Analisi numerica e sperimentale di materiali metallici per protesi di bacino ottenute per stampa 3D e loro interazione meccanica con l'osso

3D printing technique is a promising approach for fabricating metallic prostheses mimicking the bone’s structure in terms of anatomy and mechanical properties. In fact, thanks to the possibility to create porous structures, the stiffness of the implant can be reduced to avoid stress shielding and to create lighter prostheses but at the same time with adequate mechanical properties. Obtaining patient-specific prothesis permits to have a primary stability and a quick healing. This thesis project is inserted in the Biomechanical field, referred both to experimental and computational spheres and its aim is to study the biomechanics of the hemipelvis-hemipelvic prosthesis interface; the hemipelvic prosthesis is produced with the EBM (Electron Beam Melting) technique. By means of experimental tests, characterizing the prosthesis’ material, in particular the porous components, was possible; additionally, using Asymptotic Expansion Homogenization, simplifying the numerical model was possible.

La stampa 3D mira ad ottenere protesi metalliche simili alla struttura ossea in termini sia anatomici che di proprietà meccaniche. Infatti, grazie alla possibilità di creare strutture porose è possibile ridurre la rigidezza della protesi per evitare il fenomeno dello stress shielding e creare protesi più leggere ma allo stesso tempo con adeguate proprietà meccaniche. Avendo la possibilità di ottenere protesi paziente-specifiche si riesce facilmente ad avere la stabilità primaria e una rapida guarigione del paziente. Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito della biomeccanica sperimentale e computazionale del bacino ed è mirato allo studio del comportamento biomeccanico dell’interfaccia tra l’osso di bacino e una protesi di emibacino stampata con la tecnica EBM (Electron Beam Melting). Attraverso prove sperimentali è stato possibile caratterizzare il materiale che costituisce la protesi, in particolare le componenti porose; inoltre utilizzando l’algoritmo di omogeneizzazione è stato possibile semplificare il modello numerico.