ETD

• biological tissue reconstruction
• extrusion-based bioprinting
• non-planar slicing
• robotic-based in situ bioprinting

Il lavoro di tesi si pone come obiettivo lo sviluppo e l’implementazione di un algoritmo di pianificazione della traiettoria di un robot a cinque assi per la ricostruzione di difetti anatomici, in applicazioni di in-situ bioprinting. Questo metodo innovativo è in grado di rigenerare l’intero volume del difetto, seguendo fedelmente la sua forma e geometria, e combinando i tradizionali strati planari con la generazione di superfici non planari. Rispetto ai tradizionali software di slicing, questo algoritmo è in grado eliminare completamente il problema dell’effetto gradino, tipico delle geometrie costituite da soli strati planari, generando aree anatomiche con ottime proprietà estetiche e meccaniche. L’algoritmo è stato testato su geometrie a diverso grado di complessità, includendo la simulazione di un caso clinico di difetto osseo, con ottimi risultati. Sviluppi futuri hanno come obiettivo la possibilità di ricostruire aree anatomiche con materiali differenti in base al numero di tessuti presenti, ognuno con la sua specifica pianificazione della traiettoria.

The thesis work aims to develop and implement a path planning algorithm for a five-axis robot for the reconstruction of anatomical defects, in in-situ bioprinting applications. This innovative method can regenerate the entire volume of the defect, faithfully following its shape and geometry, and combining traditional planar layers with the generation of non-planar surfaces. Compared to conventional slicing software, this algorithm can eliminate the staircase effect problem, typical of geometries consisting of planar layers only, generating anatomical areas with excellent aesthetic and mechanical properties. The algorithm was tested on geometries with different degrees of complexity, including the simulation of a clinical case of a bone defect, with excellent results. Future developments aim to reconstruct anatomical areas with different materials based on the number of tissues present, each with its own specific path planning.