Scaffold de alumina obtido por fabricação por filamento fundido - Faccio, Maíra (My University, 2021)
Tissue engineering aims to replace the affected tissues and organs through structures known as scaffolds. Biomaterials and tissue engineering can be applied in tissue replacement, through the use of biocompatible, bioactive and biodegradable materials, manufactured in different configurations. Not only in health but also in the petrochemical industry, porous ceramics are widely used for improving catalytic efficiency, for the ability to mimic the porosity of natural systems, in addition to providing adequate surface area, among other advantages. Thus, it is necessary to produce complex porous structures with controlled porosity, which can be done by additive manufacturing, as it is a fast method and allows the obtaining of highly complex parts. Additive manufacturing (AM), also known as 3D printing, has been one of the most used tools due to its ability to manufacture metallic, polymeric, ceramic, and composite material structures with a high complexity of shapes. To obtain a three-dimensional structure, for application in health and in the chemical industry, in this work, alumina scaffolds with LDPE, alumina with ABS, and alumina with PLA were produced by fused filament fabrication (FFF). The extrusion process was used to obtain the printing wire. The wire is composed of a mixture of polymer and ceramic (with and without stearic acid) and then used to print the scaffolds. The micrographs of the filaments allowed us to identify that the presence of stearic acid, in the amount of 9.0% by weight, allowed more significant interaction of the polymer with the ceramic particles and reduced the viscosity of the mixture. The 3D printing stage of the filaments was possible to be carried out with all mixtures. The process of extracting the organic vehicle (debinding) from mixtures with LDPE, ABS, and PLA was satisfactory, with ideal compaction characteristics, good interaction between the deposited layers, presenting a resistant structure even with high porosity, without the presence of defects. However, it must be taken into account that the mixture with ABS showed better performance properties in all stages of the work performed, without the presence of defects, with ease of printing process, pre-sintering with resistance in the structure, and a satisfactory microporous microstructure. Being a low-cost and little-used polymer, LDPE presented difficulty in extruding filament and printing, but it presented a high porosity according to studies already carried out for biomedical applications. To obtain scaffolds, it is necessary to obey the process steps so that the final consolidation of the ceramic piece can be obtained. It is necessary to point out that for future studies, a biological analysis is necessary to obtain results of porosity efficiency for cell growth and catalytic application. The optimization of factors such as additives, temperatures used, and dwell times at these temperatures allows the obtaining of increasingly resistant parts, with properties suitable for each application. [resumo fornecido pelo autor]
A engenharia de tecidos tem como objetivo substituir os tecidos e órgãos afetados, por meio de estruturas conhecidas como scaffolds. Os biomateriais e a engenharia de tecidos podem ser aplicados na substituição de tecidos, através da utilização de materiais biocompatíveis, bioativos e biodegradáveis, manufaturados em diferentes configurações. Não apenas na saúde, mas também na indústria petroquímica, as cerâmicas porosas são amplamente utilizadas por aumentarem a eficiência catalítica, pela capacidade de mimetizar a porosidade de sistemas naturais, além de fornecer área superficial adequada, entre outras vantagens. Assim, é necessária a produção de estruturas porosas complexas, com porosidade controlada, o que pode ser feito por meio dos processos de manufatura aditiva, por ser um método rápido e que permite a obtenção de peças com alta complexidade. Com o propósito de obtermos uma estrutura tridimensional, para aplicação na saúde e na indústria química, scaffolds de alumina com PEBD, alumina com ABS e alumina com PLA foram produzidos pelo método de fabricação por filamento fundido (FFF). Foi utilizado o processo de extrusão para a obtenção do fio de impressão, composto pela mistura polímero e cerâmica (com e sem ácido esteárico) e que, em seguida, foi utilizado para a impressão dos scaffolds. As micrografias dos filamentos permitiram identificar que, a presença de ácido esteárico, na quantidade de 9,0 % em peso, permitiu uma maior interação do polímero com as partículas cerâmicas e reduziu a viscosidade da mistura. A etapa de impressão 3D dos filamentos foi possível de ser realizada com todas as misturas. O processo de extração do veículo orgânico (debinding) das misturas com PEBD, ABS e PLA, foi satisfatório, com características de compactação ideais, boa interação entre as camadas depositadas, apresentando uma estrutura resistente mesmo com porosidade elevada, sem a presença de defeitos. Entretanto, deve-se levar em consideração que, a mistura com ABS apresentou melhores propriedades de desempenho em todas as etapas do trabalho realizado, sem presença de defeitos, com facilidade de processo de impressão, pré-sinterização com resistência na estrutura e uma sinterização com uma microestrutura microporosa satisfatória. O PEBD, um polímero de baixo custo, mas pouco utilizado na impressão, apresentou dificuldade na extrusão dos filamentos e na impressão, porém apresentou uma porosidade elevada que, de acordo com estudos já realizados, é adequada para aplicação biomédica. Para a obtenção de scaffolds é necessário obedecer às etapas de processo, para que a consolidação final da peça cerâmica possa ser obtida. É necessário salientar que, para estudos futuros, uma análise biológica é necessária, de modo a serem obtidos resultados de eficiência da porosidade no crescimento celular, bem como em aplicações catalíticas. A otimização de fatores como a presença de aditivos, temperaturas utilizadas e tempos de permanência nestas temperaturas, permitem a obtenção de peças cada vez mais resistentes, com propriedades adequadas para cada aplicação. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Materiais biomédicos; Ciência dos materiais; Biomedical materials; Materials science