Riassunto analitico
La presente tesi descrive il metodo e i risultati relativi alla progettazione, analisi e convalida sperimentale di un guscio in metamateriale auxetico finalizzato alla realizzazione di protesi vertebrali. La sostituzione di corpi vertebrali danneggiati, operazione nota come “vertebrectomia”, può essere necessaria nel caso di fratture, osteoporosi e/o tumori spinali che causano una perdita di resistenza dell’osso stesso. Ad oggi, tecniche di stampa additiva di strutture in titanio medicale consentono di realizzare protesi in grado di assicurare caratteristiche meccaniche quali la rigidezza del sistema e una porosità tale da garantire l’accrescimento dei tessuti al proprio interno. Nonostante ciò, nel medio/lungo periodo, la rigidezza caratteristica della protesi può provocare l’insorgere di complicazioni quali il danneggiamento dei corpi vertebrali sani nelle zone di contatto con la protesi stessa. La soluzione a tali complicanze prevede la realizzazione di sistemi protesici in metamateriale auxetico, caratterizzato da un valore del coefficiente di Poisson negativo. Si tratta di un materiale innovativo che si contraddistingue per avere microstrutture in grado di tollerare una deformazione elastica del sistema maggiore a fronte di rigidezze inferiori. Il lavoro di tesi si è concentrato sulla progettazione di un guscio auxetico di cui sono state poi indagate le prestazioni meccaniche attraverso tecniche agli elementi finiti. Successivamente, al fine di verificare la risposta strutturale della struttura analizzata, è stato realizzato un prototipo mediante tecnica di stampa 3D su cui è stata eseguita una prova di compressione. Grazie a un sistema di correlazione d’immagini digitale (DIC), si è verificata la consistenza dei risultati e si è riscontrato che gli esiti ottenuti sperimentalmente rispecchiano le aspettative numeriche in termini di coefficiente di Poisson e proprietà meccaniche. In futuro, si potranno valutare eventuali ulteriori geometrie per la realizzazione del guscio ma risulta essere di fondamentale importanza la progettazione di una struttura interna e di un sistema di fissaggio della protesi in modo da garantire un sistema protesico completo per il paziente.
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