Abstract:
CONDITION FOR PUBLICATION OF PROJECT. This research focused on the design and validation of a low-environmental-impact biocomposite material for the manufacture of orthopedic devices. The synergy between a conventional epoxy resin matrix (0% VOC) catalyzed with polyamide and natural fibers from Morete (Mauritia flexuosa) was evaluated. The experimental study, governed by ASTM D7264 and ASTM D3039 standards, determined that a 30% volume fraction of fine fiber is the optimal conFig.tion, achieving a tensile strength of 43.82 MPa and a Young's modulus of 1324.75 MPa, significantly exceeding the properties of the pure matrix.
The results confirm that the developed biocomposite exhibits significant mechanical superiority over conventional thermoplastics used in orthopedics, demonstrating more robust structural behavior, greater dimensional stability, and high specific stiffness.
To obtain the material, a processing window was established using a consolidation matrix. It was determined that accelerated curing at 90°C and a pressure of 1500 psi guarantees maximum nominal density and interfacial adhesion. This protocol avoids low-pressure porosity or the thermo-oxidative degradation observed at higher temperatures. The design was validated through numerical modeling in ANSYS, ensuring the device's integrity under service conditions. Finally, the integration of additive manufacturing for custom molds facilitated the transition from digital design to physical prototype, positioning Morete as a high-performance, sustainable, and technically sound alternative to synthetic reinforcements.
Keywords: Biocomposite, Mauritia flexuosa, Epoxy resin, Orthosis, Thermal consolidation, Structural robustness.
Description:
CONDICIONAMIENTO DE PUBLICACION DE PROYECTO. La presente investigación se centró en el diseño y validación de un material biocompuesto de bajo impacto ambiental para la manufactura de dispositivos ortopédicos. Se evaluó la sinergia entre una matriz de resina epóxica convencional (0% VOC) catalizada con poliamida y fibras naturales de Morete (Mauritia flexuosa). El estudio experimental, regido por las normas ASTM D7264 y ASTM D3039, determinó que la configuración de 30% de fracción volumétrica de fibra fina es la óptima, alcanzando una resistencia de 43.82 MPa y un módulo de Young de 1324.75 MPa, superando significativamente las propiedades de la matriz pura.
Los resultados confirman que el biocompuesto desarrollado presenta una superioridad mecánica significativa frente a los termoplásticos convencionales utilizados en ortopedia, exhibiendo un comportamiento estructural más robusto, una mayor estabilidad dimensional y una rigidez específica elevada.
Para la obtención del material, se estableció una ventana de procesamiento mediante una matriz de consolidación, determinando que un curado acelerado a 90°C y una presión de 1500 psi garantizan la máxima densidad nominal y adherencia interfase. Este protocolo evita la porosidad por baja presión o la degradación termo-oxidativa observada a temperaturas superiores. El diseño fue validado mediante modelado numérico en ANSYS, asegurando la integridad del dispositivo bajo condiciones de servicio. Finalmente, la integración de manufactura aditiva para moldes personalizados facilitó la transición del diseño digital al prototipo físico, posicionando al Morete como una alternativa técnica y sostenible de alto desempeño frente a refuerzos sintéticos.