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Archivio digitale delle tesi discusse presso l’Università di Pisa

Tesi etd-08122022-093727


Tipo di tesi
Tesi di laurea magistrale
Autore
ESPOSITO, ALESSIO
URN
etd-08122022-093727
Titolo
Modellizzazione analitica e computazionale di strutture ottenute per stampa 4D per la realizzazione di scaffold tubolari attivi
Dipartimento
INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE
Corso di studi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Relatori
relatore Prof. Vozzi, Giovanni
correlatore Dott.ssa Chiesa, Irene
Parole chiave
  • 4D
  • analitico
  • analytical
  • computational
  • computazionale
  • model
  • modeling
  • modellizzazione
  • modello
  • print
  • scaffold
  • stampa
Data inizio appello
07/10/2022
Consultabilità
Non consultabile
Data di rilascio
07/10/2062
Riassunto
La stampa 4D è una tecnologia che aggiunge la dimensione tempo alle tre dimensioni spaziali proprie della Stampa 3D, aumentandone capacità e applicazioni. La dimensione tempo consiste in un cambiamento di forma e/o funzione dell’oggetto stampato in conseguenza ad uno stimolo. In letteratura sono descritti diversi stimoli utilizzabili, materiali e tecniche di stampa. La componente di modellistica è una delle parti principali del processo di stampa 4D, in quanto permette di prevedere il movimento e controllare in modo migliore il processo di stampa. In questo lavoro di tesi viene proposta una modellizzazione analitica e numerica di strutture tubolari ottenute per stampa 4D a partire da strutture planari, con lo scopo di poter determinare la geometria finale della struttura, note le dimensioni iniziali. In particolare, è stato approfondito il movimento di strutture a doppio strato, uno uniforme ed uno con una geometria ottenuta attraverso stampa ad estrusione di linee parallele di un secondo materiale. In particolare, i due materiali usati sono entrambi a base di gelatina, in modo da risultare biocompatibili, in previsione di un utilizzo di queste strutture come scaffold nell’ambito dell’ingegneria dei tessuti. La differente espansione relativa dei materiali in seguito all’assorbimento di acqua è alla base della variazione di forma della struttura. La modellazione analitica è basata sul modello di struttura bilayer di Timoshenko, che in modo generale descrive il bending di una striscia bimetallica causata dall’espansione relativa dei due materiali. Partendo da tale modello sono stati ottenuti modelli computazionali (tramite software agli elementi finiti e software basati sul metodo mass-spring) e un modello analitico. Questi modelli sono poi stati confrontati con misure sperimentali delle strutture realizzate in laboratorio, previa caratterizzazione fisica e meccanica dei materiali usati. In particolare, è stato valutato il raggio di curvatura della struttura tubolare finale, in quanto parametro che principalmente descrive la geometria. I raggi di curvatura misurati, posti in funzione dello spessore totale delle strutture planari di partenza, sono risultati compatibili con i raggi predetti dai modelli, tenendo conto della variabilità delle proprietà dei materiali usati.
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