CARATTERIZZAZIONE DI MATERIALI A STRUTTURA RETICOLARE CON GRADIENTE DI POROSITÀ PER APPLICAZIONI BIOMEDICHE

L’avanzamento tecnologico e la costante ricerca di innovazione, ha portato esperti di scienza dei materiali e ingegneri a volgere la loro attenzione nella ricerca di nuovi materiali, che possano risolvere problematiche ricorrenti in ambito fisico e ingegneristico. A tal fine, negli ultimi decenni, sono stati ideati sofisticati materiali in cui la composizione, la microstruttura o la densità variano in funzione del volume, generando variazioni graduali nelle proprietà fisico-chimiche dei materiali stessi. Questi materiali vengono chiamati Functionally Graded Materials (FGMs), ed esprimono un concetto ben visibile anche in natura: ad esempio la struttura interna del legno di cui è fatto un albero o la microstruttura delle ossa e dei denti ne sono un esempio. Gli FGMs sono quindi un tentativo di ricreare la struttura gerarchica a gradiente dei sistemi naturali. Nell’elaborato di tesi in questione, è stato caratterizzato un materiale avente Functionally Graded Lattice Structrures (FGLS), in modo poi da realizzare un prototipo di protesi ossea. Dapprima è stata indagata la microstruttura ossea ed in seguito si è optato per la realizzazione di un materiale FGLS al fine di apportare benefici al prototipo protesico: aumentare la rigidezza, facilitare la producibilità, ridurre l’impiego di materiali, ridurre i costi, ridurre il peso e migliorare l’osteointegrazione. La modellazione volumetrica è stata realizzata mediante l’utilizzo del software CAD 3D Rhinoceros 7 realizzato da Robert McNeel & Associates, e di Grasshopper, un plug-in direttamente integrato nel software stesso. In seguito, il modello è stato ottenuto mediante Additive Manufacturing, per mezzo di una stampante 3D Form 3 stereolitografica (SLA). Sono stati quindi stampati diversi provini con diversi valori di densità, i quali successivamente sono stati sottoposti a prove sperimentali. Per appurare l’attendibilità dei risultati sperimentali sono state eseguite anche analisi agli elementi finiti (FEM) mediante il software Abaqus Unified FEA - SIMULIA™ di Dassault Systèmes. Questo elaborato propone pertanto una possibile applicazione biomedica di strutture reticolari a gradiente funzionale in modo da superare ostacoli tutt’ora presenti nel campo protesico osseo, e al contempo di indirizzare l’attenzione nei confronti degli FGMs quali materiali innovativi e all’avanguardia per le prossime sfide future.