Soluzioni innovative per ottimizzare la lavorabilità del PEEK nelle applicazioni biomedicali.

Polyether ether ketone (PEEK) is an advanced polymeric material widely used in the biomedical field due to its excellent mechanical, chemical, and biocompatibility properties. This thesis explores innovative solutions to improve the machinability of PEEK through cryogenic machining using liquid nitrogen and the use of textured inserts. First, acetabular cups made of PEEK will be manufactured under different lubrication conditions (dry, cryogenic, and traditional). The quality of the cryogenic finishing will then be analyzed and evaluated using a coordinate measuring system (CMM). To facilitate chip breakage during machining, the use of textured tools with grooves oriented at different angles relative to the cutting edge (0° and 90°) and different texture depths (8p and 2p, corresponding to 40 μm and 10 μm, respectively) will be tested for PEEK machining under dry and cryogenic lubrication conditions. The various trials will be compared in terms of the accuracy of the obtained surfaces and the cutting forces involved. Additional trials using blue-colored pigment will help experimentally define the contact zones, identifying the most effective texture design and providing valuable insights for its optimization. In conclusion, a new texture design will be presented, based on the considerations developed during the experimentation. This design will aim to further enhance chip curling, promoting chip breakage even under dry lubrication conditions.

Il Polietere etere chetone (PEEK) è un materiale polimerico avanzato ampiamente utilizzato in ambito biomedicale grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche, chimiche e di biocompatibilità. In questa tesi, sono state approfondite delle soluzioni innovative per migliorare la lavorabilità del PEEK con le lavorazioni criogeniche ad azoto liquido e l’utilizzo di inserti texturizzati. In primo luogo, verranno realizzate delle coppe acetabolari in PEEK con diverse condizioni di lubrificazione (a secco, criogeniche e tradizionali). Successivamente saranno analizzate e verrà valutata la qualità ottenuta con la finitura criogenica mediante un sistema di misurazione a coordinate (CMM). Per favorire la rottura del truciolo in fase di lavorazione verrà sperimentato l'impiego di utensili texturizzati con scanalature a diverse orientazioni rispetto al tagliente (0° e 90°) e profondità di texture (8p e 2p pari, rispettivamente, a 40 μm e 10 μm) per la lavorazione del PEEK in condizioni di lubrificazione a secco e criogenico. Le varie prove saranno confrontate in termini di accuratezza delle superfici ottenute e forze di taglio in gioco. La realizzazione di ulteriori prove con pigmento colorato blu permetteranno di definire sperimentalmente le zone di contatto identificando il design di texture più performante e fornendo importanti indicazioni per la sua ottimizzazione. In conclusione, verrà presentato un nuovo design di texture, frutto delle considerazioni sviluppate durante la sperimentazione, che avrà come obiettivo enfatizzare ulteriormente l’arricciamento del truciolo favorendo la rottura anche in condizioni di lubrificazione a secco.