Riassunto analitico
Il lavoro riguarda la progettazione, la modellazione e l’analisi strutturale, sia agli elementi finiti sia sperimentale, di strutture tubolari che presentino proprietà auxetiche. L’attività si inserisce nel più ampio contesto dello sviluppo di una protesi vertebrale innovativa da realizzarsi in titanio mediante tecnologia additiva. Partendo da un preesistente lavoro di progettazione ed ottimizzazione di una geometria planare con modulo di Poisson negativo, si è proceduto attraverso modellazione 3D (Dassault Systems Solidworks, Autodesk Fusion 360) alla generazione di differenti geometrie auxetiche con struttura tubolare a sezione circolare che differissero tra loro in rigidezza e coefficiente di Poisson. Le strutture proposte sono state in seguito analizzate agli elementi finiti (Simulia Abaqus) al fine di individuare quali mostrassero le prestazioni desiderate in termini di caratteristiche meccaniche (rigidezza, massima deformazione in campo elastico, valore del modulo di Poisson) e tecnologiche richieste dal processo manifatturiero (dimensioni minime consentite, tipo di materiale utilizzabile). Alla fase teorica è succeduta quella sperimentale, in cui tre prototipi fisici realizzati in Nylon mediante stampa 3D presso i laboratori dell’università sono stati oggetto delle stesse condizioni di carico e vincolo dapprima simulate. L’analisi dei dati ottenuti (curve sforzo-deformazione, foto e video) tramite calcolo dei parametri meccanici e tecniche di fotogrammetria ha permesso la comparazione delle risposte dei modelli teorici e fisici per l’implementazione nelle future simulazioni degli opportuni coefficienti correttivi. Si sono in seguito sfruttate le conoscenze acquisite per progettare un tubolare dalla sezione più complessa, in modo da trasferire i risultati ottenuti all’applicazione biomedicale di nostro interesse. Il lavoro si articolato successivamente in una fase di simulazione agli elementi finiti e convalida sperimentale su prototipi fisici. Si sono considerati inoltre, in queste fasi, i vincoli di forma e di ingombri imposti dalla biologia del corpo umano. Futuri sviluppi comprendono la finalizzazione del prodotto con la progettazione ed implementazione della struttura interna del tubolare.
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