Design e ottimizzazione di una coppa acetabolare a reticolo giroide in lega di titanio sovrastampato in PEEK

Traditional acetabular cups for hip prostheses are generally manufactured from solid titanium and coupled with a separate polymer liner in order to reduce friction and wear. Although this solution is well established in clinical practice, it presents mechanical interfaces that are prone to instability, fretting phenomena, and stress concentrations. The objective of this thesis is the development and numerical evaluation of an innovative Ti-6Al-4V acetabular cup featuring an internal gyroid lattice structure, in which the PEEK liner is integrated through overmolding, with the aim of achieving a continuous structural coupling between metal and polymer. The work seeks to verify the design and numerical feasibility of the proposed configuration. The adopted methodology involves modeling the gyroid structure using nTop software, defining finite element models, and performing FEM analyses as well as injection molding process simulations, aimed at analyzing the biomechanical behavior of the cup under physiological loads and assessing the feasibility of the PEEK overmolding process within the titanium structure.

Le coppe acetabolari tradizionali per protesi d’anca sono generalmente realizzate in titanio pieno e accoppiate a un liner polimerico separato al fine di ridurre attrito e usura. Sebbene tale soluzione sia ampiamente consolidata in ambito clinico, essa presenta interfacce meccaniche soggette a instabilità, fenomeni di fretting e concentrazioni di tensione. L’obiettivo della presente tesi è lo sviluppo e la valutazione numerica di una coppa acetabolare innovativa in Ti-6Al-4V con struttura interna a reticolo giroide, nella quale il liner in PEEK è integrato mediante sovrastampaggio, con lo scopo di ottenere un accoppiamento strutturale continuo tra metallo e polimero. Il lavoro si propone di verificare la fattibilità progettuale e numerica della configurazione proposta. La metodologia adottata prevede la modellazione della struttura giroide mediante software nTop, la definizione di modelli a elementi finiti e l’esecuzione di simulazioni FEM e del processo di stampaggio a iniezione, finalizzate ad analizzare il comportamento biomeccanico della coppa sotto carichi fisiologici e la riuscita del processo di sovrastampaggio del PEEK all’interno della struttura in titanio.