Testing of polymers printed with multi-material fused deposition modeling technology and their application in the field of veterinary medicine

Slowly but undoubtedly, 3D printing, also known as additive manufacturing, is transforming the field of medicine, in the same way that it is affecting many other industrial sectors around the world. It cannot be considered a surprise because the main advantage, compared to other traditional processes, is to allow a rapid and economic production of customized products. Even today it takes days, sometimes weeks, to develop a prosthesis and this is due to the fact that is a customized device that must meet the needs of the individual patient. This also determines its particularly high price. There is no other field that has greater need for such a wide variety of shapes and sizes. The goal of this thesis is to design and develop a prosthesis for animals through the use of a multi-material 3D printer. Over time, the development and integration of this technology will lead to a reduction in prosthetic prices which will have as the effect reduction of the number of euthanized animals. The reason is that it will make it easier for veterinarians to print prostheses and allow more animals to have a functional and satisfying life. Two different materials were used to print the prosthesis, PLA and TPU. The reason behind this choice is the different mechanical behavior of the two materials, one rigid and the other flexible. In this way, the various requirements of the prosthesis will be met. The soft material in contact with the body will allow to better adapt the prosthesis to the animal; the rigid material will serve as a support to the stresses imposed by the weight of the animal and possible movements. The mechanical properties of these materials have been tested in different conditions: printed alone or together through the use of the multi-material FDM technique. This also allowed to optimize the best printing parameters. Printing objects with the use of multiple materials is a very interesting possibility offered by additive manufacturing. This can further strengthen its potential as it allows to obtain objects with complex characteristics without the need to resort to complicated or expensive assembly or post-processing phases.

Lentamente ma indubbiamente, la stampa 3D, nota anche come produzione additiva, sta trasformando il campo della medicina, nello stesso modo in cui sta condizionando molti altri settori industriali in tutto il mondo. Non si può considerare una sorpresa perché il principale vantaggio, rispetto ad altri processi tradizionali, è consentire una produzione rapida ed economica di prodotti personalizzati. Ancora oggi sono necessarie giorni, a volte settimane, per sviluppare una protesi, questo perché si tratta di un dispositivo personalizzato che deve soddisfare le esigenze del singolo paziente. Questo ne determina anche il prezzo particolarmente elevato. Non esiste altro campo che abbia maggiore necessità di una così ampia varietà di forme e dimensioni. L'obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di progettare e sviluppare una protesi per animali attraverso l'uso di una stampante 3D multi-materiale. Lo sviluppo e l'integrazione di questa tecnologia porteranno, con il tempo, a una riduzione dei prezzi delle protesi. Questo si spera che abbia come effetto la riduzione del numero di animali abbattuti. Il risultato sperato sarà quello di rendere più semplice per i veterinari stampare delle protesi e consentire a più animali di avere una vita più funzionale e soddisfacente. Per la stampa della protesi sono stati utilizzati due diversi materiali, il PLA e il TPU. Il motivo alla base di questa scelta è il diverso comportamento meccanico dei due materiali, una rigido e l'altro flessibile. In questo modo si andranno a soddisfare i deversi requisiti della protesi. Il materiale morbido a contatto con il corpo permetterà di adattare meglio la protesi all'animale; il materiale rigido servirà come supporto alle sollecitazioni imposte dal peso stesso dell'animale e dai possibili movimenti. Le proprietà meccaniche di tali materiali sono state testate in diverse condizioni: stampati da soli o insieme attraverso l’utilizzo della tecnica FDM multi-materiale. Questo tra l’altro ha permesso anche di ottimizzare i migliori parametri di stampa. La stampa di oggetti con l'uso di più materiali è una possibilità molto interessante offerta della produzione additiva. Questo ne può rafforzare ulteriormente il potenziale in quanto permette di ottenere oggetti con caratteristiche complesse senza il bisogno di ricorrere ad un assemblaggio o a fasi di post-elaborazione complicate e costose.