Definizione di una metodologia numerico-sperimentale per la caratterizzazione di strutture trabecolari in lega di titanio per lo sviluppo di una protesi di astragalo

In recent decades, the use of Additive Manufacturing (AM) has increased extensively, particularly in the field of personalized medicine. The orthopedic sector is a clear example of this. AM makes it possible to produce devices that mimic the morphology of bone, as demonstrated by the presence of lattice structures that promote the osseointegration of the prosthesis while lightening its weight. However, the defects introduced by this technology are not negligible for small structures, in the order of a tenth of a millimeter. This work aims to develop a numerical-experimental methodology to characterize lattice structures in Titanium alloy in view of the design and printing of a patient-specific talus prosthesis. The morphological and mechanical characteristics of hourglass specimens (mimicking the trabecular dimensions) will be investigated by means of tensile tests, and of three types of trabecular specimens, named BCC (Body-Centered Cubic), FCC (Face-Centered Cubic), and TOH (Truncated OctaHedral), by means of compression tests. After this characterization, a numerical model of a resurfacing prosthetic talus composed of a cortical shell, acting as the external articular surface, and an internal trabecular filling, simulating the spongy bone, will be developed.

Negli ultimi decenni, l’utilizzo della Produzione Additiva (PA) ha subito una forte crescita, in particolare nell’ambito della medicina personalizzata. Il settore ortopedico ne costituisce un chiaro esempio applicativo. La PA permette di produrre dispositivi atti a mimare la morfologia dell’osso, come dimostrato dalla presenza di strutture trabecolari che favoriscono l’osteointegrazione della protesi, alleggerendone al contempo il peso. Tuttavia, i difetti introdotti da questa tecnologia risultano essere non trascurabili per strutture di dimensione ridotta, nell’ordine del decimo dei millimetri. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è lo sviluppo di una metodologia numerico-sperimentale per caratterizzare strutture trabecolari in lega di Titanio in vista della progettazione e stampa di una protesi di astragalo paziente-specifica. Verranno investigate le caratteristiche morfologiche e meccaniche di provini a clessidra (atti a mimare le dimensioni trabecolari) mediante prove di trazione, e di tre tipologie di campioni trabecolari, denominati BCC (Body Centered Cubic), FCC (Face Centered Cubic) e TOH (Truncated OctaHedral), attraverso prove di compressione. A valle di questa caratterizzazione, verrà sviluppato un modello numerico di protesi di rivestimento di astragalo composta da un guscio corticale, atto a fungere da superficie articolare esterna, e da un riempimento trabecolare interno, atto a simulare l’osso spongioso.