MANIFATTURA ADDITIVA FUNZIONALE USANDO RIVESTIMENTI NANOSTRUTTURATI ED ELETTROSPINNING

Questo lavoro di tesi è la sintesi di tre anni di attività di dottorato durante i quali sono stati indagati diversi casi studio, nell'ambito della produzione additiva multifunzionale, sfruttando diverse tecniche di stampa 3D. È un campo di ricerca che mira ad indagare processi in grado di combinare diversi tipi di materiali all'interno di un componente, in modo tale che il componente risultante abbia un grado di funzionalità più elevato rispetto a quello che si avrebbe in una parte prodotta attraverso un tradizionale processo di fabbricazione. Questo approccio, che si basa sulla stampa 3D come tecnica di produzione di partenza, è giustificato dal fatto che, nel panorama industriale moderno, sono sempre più comuni le esigenze di applicazioni pratiche che richiedono strutture complesse, oggetti su misura e funzioni speciali. In questo contesto si sta diffondendo la manifattura additiva (AM) come tecnica innovativa di produzione, nella quale è necessario riprogettare i prodotti con l'obiettivo di migliorarne le prestazioni, sviluppando rapidamente una personalizzazione richiesta per far fronte alle richieste in tempo reale dei clienti e per rendere i costi di produzione più bassi. In questa attività di ricerca sono state studiate diverse tecniche AM per produrre i componenti funzionali desiderati, come la più comune, ovvero il Fused Deposition Modeling (FDM) e quella più innovativa e recente, ovvero la Projection Micro-Stereolithography (PSL), opportunamente combinati con rivestimenti nanostrutturati. In dettaglio, diversi componenti funzionali che richiedono caratteristiche e funzionalità precise nel campo della microfluidica, dei sensori e del settore biomedicale sono stati progettati, fabbricatiti e completamente caratterizzati con l'obiettivo di valutare i requisiti desiderati per ciascuno di essi. Più in dettaglio, nel primo caso di studio, la tecnica di stampa 3D PSL è stata sfruttata per realizzare un dispositivo micro-optofluidico che deve possedere diverse funzionalità come trasparenza ottica, tolleranze dimensionali, assenza di perdite di fluido e proprietà chimiche della superficie adeguate. Successivamente, nel secondo caso di studio, sono stati sviluppati sensori di risonanza plasmonica di superficie che mostrano elevate prestazioni sfruttando la tecnica di stampa 3D a getto d'inchiostro opportunamente combinata con strategie di funzionalizzazione superficiale. In questo caso siamo stati in grado di aggiungere alla trasparenza ottica due funzioni richieste: la capacità di innescare il fenomeno della risonanza plasmonica di superficie insieme al monitoraggio dei parametri: indice di rifrazione temperatura. Nel terzo caso studio è stata fabbricata una prova di fattibilità per la produzione di una protesi di arto inferiore personalizzata, leggera e con elementi funzionali incorporati, come i sensori. In quest'ultimo caso studio, abbiamo cercato di espandere le lezioni apprese su un'applicazione in macroscala. In questo caso, sono state affrontate anche le funzioni di riciclo e di facile disassemblaggio utilizzando alcune nuove resine epossidiche riciclabili. L'uso di queste resine è interessante in quanto potrebbe aprire la strada ad assemblaggi complessi consentendo il recupero di preziosi sensori alla fine della vita dell'assieme. Alla fine, sono stati sviluppati scaffold funzionali con proprietà anti-biofilm. Va sottolineato che si è deciso di effettuare le prime prove su fibre elettrofilate di polietersulfone (PES) e, successivamente, di estendere l'approccio agli scaffold di polietere etere chetone (PEEK) stampati in 3D. Questa strategia è stata scelta perché i veli elettrofilati in PES sono adatti come scaffold 3D perchè imitano molto bene la matrice extracellulare (ECM), la loro produzione è meno costosa di quella degli scaffold stampati in 3D in polietere etere chetone (PEEK), ed è stato conveniente e veloce eseguire i test antibatterici sui veli elettrofilati. Mentre, poi, l'utilizzo dell'approccio AM ha permesso di sviluppare scaffold con un controllo combinato su mesoscala, ottenuto utilizzando la tecnica FDM, e nanoscala mediante la crescita degli ossidi funzionali. Al contrario, utilizzando gli scaffold elettrofilati il controllo sulla mesoscala non è realizzabile.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2022

Author dc:creator

• SAITTA, LORENA

Contributors dc:contributor

• ARENA, Paolo Pietro

• functional additive manufacturing, 3d printing, nanostructured coatings, epoxy composites, recycling, SPR sensors, micro-optofluidic, electrospinning
• manifattura additiva funzionale, stampa 3d, rivestimenti nanostrutturati, compositi epossidici, riciclo, sensori SPR, micro-optofluidica, elettrospinning

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/581573

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/581573