Italia: studio delle proprietà e della geometria di strutture a impalcatura per l’ingegneria dei tessuti
Le autrici italiane Claudia Pagano, Lara Rebaioli, Irene Fassi e l’autore Francesco Baldi esplorano i dettagli unici della creazione di strutture simili a impalcature nel recente comportamento ” Comportamento meccanico di strutture simili a impalcature: ricerca di relazioni tra proprietà e geometria “. In questo studio, l’attenzione è rivolta alla geometria e alla stabilità dell’impalcatura e al modo in cui le proprietà meccaniche sono influenzate.
Le impalcature oggi vengono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni di ingegneria e rigenerazione dei tessuti, fungendo da strutture porose basate su reti che promuovono la crescita del tessuto umano. I ricercatori hanno capito per questo studio che era fondamentale confermare la relazione tra rigidità e resistenza e la dimensione dei campioni in “parti polimeriche” strutturate come impalcature. I “campioni simili a impalcature” del PLA sono stati stampati e testati per la resistenza alla trazione, tagliando i modelli 3D in Simplify3D usando una stampante 3D Sharebot NG . I campioni sono stati stampati per includere dieci repliche per ogni altezza di 6, 12, 18 e 24 mm.
Ciascuno dei campioni è stato valutato in termini di densità, porosità e massa.
Le curve di caricamento per ciascun campione hanno dimostrato:
Prima regione (R1) – il carico aumenta in modo lineare
Seconda regione (R2) – caratterizzata da una brusca riduzione della pendenza
Terza regione (R3) – appena oltre il ginocchio
“Per analogia con il comportamento dei materiali cellulari e considerando la direzione di compressione e la struttura 3D specifica, è probabile che: nella regione elastica lineare R1, il carico sia principalmente sostenuto dal materiale nelle giunzioni del filamento degli strati adiacenti ; al ginocchio (R2), si verifica il collasso plastico della struttura, basato su fenomeni di cedimento localizzati del polimero costituente; in R3, la struttura porosa subisce un progressivo accumulo di deformazione plastica e i filamenti si schiantano insieme, provocando un’evidente distorsione del campione. “
Gli autori osservano inoltre che a causa della resistenza del polimero che offre maggiore influenza, “rispetto alla rigidità”, tale elemento dovrebbe essere preso in considerazione quando si seleziona il materiale per costruire una struttura; infatti – e ovviamente questo ha senso in qualsiasi progetto di costruzione – una conoscenza globale è fondamentale per il successo di qualsiasi progetto e struttura conseguente che viene creata in seguito.
“Nel caso in cui il comportamento meccanico di una tipica struttura di impalcatura potesse essere descritto facendo riferimento a proprietà intrinseche al sistema (indipendentemente dalla geometria / dimensione) la struttura potrebbe essere trattata come un efficace” materiale 3D “e il design dell’impalcatura potrebbe essere facilmente prodotto e le sue prestazioni previste “, hanno concluso i ricercatori.
“Sono stati fabbricati diversi campioni a forma di parallelepipedo di diverse dimensioni e la loro rigidità meccanica e resistenza sono state misurate mediante test di compressione. I risultati hanno mostrato che il grado di porosità controlla la rigidità e la forza della struttura 3D. Solo la resistenza, considerata come una sollecitazione a rottura, è intrinseca alla struttura esaminata (comportandosi quindi come un “materiale 3D” relativo alla resistenza meccanica), mentre per la rigidità è stata osservata una dipendenza dalla dimensione del campione. Le proprietà del polimero hanno un’influenza maggiore sulla forza della struttura 3D piuttosto che sulla sua risposta elastica. “
