Fabbricazione e caratterizzazione di un biomateriale composito Ti6Al4V/PEEK per applicazioni biomediche

La presente tesi ha come obiettivo la produzione e la caratterizzazione di materiali compositi Ti6Al4V/PEEK destinati ad applicazioni biomediche, con particolare attenzione al loro potenziale impiego come materiali per superfici di scorrimento nelle protesi ortopediche. L’integrazione di una struttura metallica porosa in lega Ti6Al4V con una fase polimerica in PEEK è finalizzata allo sviluppo di un materiale composito in grado di coniugare elevate proprietà meccaniche, affidabilità strutturale e resistenza all’usura, requisiti fondamentali per garantire la durabilità degli impianti ortopedici. Nella prima parte del lavoro sono state realizzate strutture trabecolari in lega Ti6Al4V mediante tecnologia di produzione additiva Laser Powder Bed Fusion (LPBF). In particolare, sono state investigate diverse geometrie reticolari al fine di valutarne l’influenza sulle caratteristiche morfologiche e sul comportamento meccanico delle strutture ottenute. Successivamente, le strutture metalliche trabecolari sono state infiltrate in forno a vuoto con polietere etere chetone (PEEK) per ottenere materiali compositi Ti6Al4V/PEEK. La caratterizzazione dei materiali ottenuti ha previsto l’analisi delle caratteristiche geometriche e morfologiche delle strutture, della porosità e della qualità del processo di infiltrazione, con particolare attenzione alla distribuzione del PEEK e alla continuità dell’interfaccia tra la fase metallica e quella polimerica. Sono state inoltre valutate la stabilità termica del polimero e la durezza delle due fasi. Il comportamento meccanico è stato analizzato mediante prove di compressione, confrontando la risposta delle diverse geometrie prima e dopo l’infiltrazione. Le prestazioni tribologiche sono state invece studiate attraverso prove pin-on-disc condotte utilizzando una controparte ceramica e confrontate con quelle del Ti6Al4V e del PEEK massivi. La valutazione complessiva dei risultati ha infine consentito di individuare, tra le configurazioni esaminate, quella caratterizzata dal miglior compromesso tra infiltrabilità, proprietà meccaniche e comportamento tribologico, in vista di un possibile impiego per la realizzazione di una coppa acetabolare.