- Studio e ottimizzazione del processo di fabbricazione additiva (SLM) per applicazioni in ambito biomedicale: produzione di protesi e strutture reticolari
- Study and optimisation of Selective Laser Melting (SLM) for biomedical applications: Production of prostheses and lattice structures
- Liverani, Erica <1987>
Subject
- ING-IND/16 Tecnologie e sistemi di lavorazione
Description
- Il progetto di dottorato che verrà presentato in questa tesi è focalizzato sullo sviluppo di un metodo sperimentale per la produzione di protesi personalizzate utilizzando il processo di fabbricazione additiva di Selective Laser Melting (SLM). L’obiettivo è quello di definire una condizione di processo ottimizzata per applicazioni in ambito chirurgico che possa essere generalizzabile, ovvero che ne garantisca la riproducibilità al variare dell’anatomia del paziente e che rappresenti la base per estendere il metodo ad altre componenti protesiche. Il lavoro si è sviluppato lungo due linee principali, la cui convergenza ha permesso di realizzare prototipi di protesi complete utilizzando un solo processo: da una parte la produzione di componenti a massima densità per il raggiungimento di elevate resistenze meccaniche, buona resistenza ad usura e corrosione e controllo di tensioni residue e deformazione delle parti stampate. Dall’altra si sono studiate strutture reticolari a geometria e porosità controllata per favorire l’osteointegrazione della componente protesica post impianto. In questo studio sono stati messe a confronto le possibili combinazioni tra parametri di processo e sono state individuate le correlazioni con le proprietà finali dei componenti stampati. Partendo da queste relazioni si sono sviluppate le strategie tecnologiche per la progettazione e la produzione dei componenti. I test sperimentali svolti e i risultati ottenuti hanno dimostrato la fattibilità dell’utilizzo del processo SLM per la produzione di protesi personalizzate e sono stati fabbricati i primi prototipi funzionali. La fabbricazione di protesi personalizzate richiede, però, anche la progettazione e la produzione di strumentario chirurgico ad hoc. Per questo motivo, parallelamente allo studio della lega di Cromo Cobalto, sono stati eseguiti i test anche su campioni in INOX 316L. Anche in questo caso è stato possibile individuare una finestra operativa di processo che garantisse proprietà meccaniche comparabili, e in alcuni casi superiori, a quelle ottenute con processi convenzionali.
- This dissertation presents the development of an experimental method for the production of personalised prostheses by additive manufacturing; specifically, Selective Laser Melting (SLM). The aim of this thesis is to optimise the process for surgical applications, ensuring the reproducibility of prosthesis characteristics independently of variations in patient anatomy. The work follows two main lines of study, whose convergence has allowed the production of prostheses using a single process. Firstly, the production of maximum density components with high mechanical strength and good wear and corrosion resistance was carried out. Subsequently, lattice structures with controlled porosity were studied to promote the osseointegration of implants. Relationships between the process parameters and final properties of SLM components were identified. Based on these results, a new manufacturing strategy was developed for prosthesis production. The performed experiments and obtained results demonstrated feasibility of the SLM process for production of personalised prostheses. Following this outcome, the first functional prototypes were produced. The manufacturing of patient-specific prostheses also requires the design and production of personalised surgical instruments. Experimental tests on AISI 316L components were therefore carried out. It was also possible in this case to identify a process window that guarantees comparable mechanical properties with conventional processes.
Date
- 2017-06-06
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-20847
Liverani, Erica (2017) Studio e ottimizzazione del processo di fabbricazione additiva (SLM) per applicazioni in ambito biomedicale: produzione di protesi e strutture reticolari, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Meccanica e scienze avanzate dell'ingegneria