Realizzazione delle protesi con processo SPIF

Le attività di ricerca che hanno visto direttamente impegnata la UO2 (Università della Calabria) sono state mirate alla realizzazione tramite Formatura Incrementale (SPIF) di un prototipo di protesi craniale in lega di Titanio altamente customizzato; gli step eseguiti per l’ottenimento di tale obiettivo sono schematizzati nella figura seguente.

Inizialmente sono state valutate le diverse varianti tecnologiche di processo (a freddo / a caldo) con riferimento allo specifico ambito applicativo. Per le due configurazioni investigate sono state considerate come variabili di indagine i parametri di processo e, dove previsto, il regime termico; allo stesso modo, l’accuratezza geometrica e la distribuzione dello spessore lungo la sezione sono state le variabili di risposta analizzate. Le analisi condotte hanno evidenziato: (i) la lavorabilità del solo Ti-Gr2 mediante SPIF a freddo e la necessità di ricorrere ad un processo termicamente assistito (circa 650°C) per il Ti-Gr5; (ii) la scarsa influenza della velocità del processo sugli output evidenziati e, di contro, la significativa rilevanza sia del passo tra due spire successive (p=0.5mm) che della traiettoria per l’ottimizzazione della rugosità superficiale del componente. Al fine di prevedere e controllare lo spessore del componente SPIF, è stato creato un modello FEM, validato mediante confronto numerico-sperimentale. Il modello individuato è stato impiegato come ulteriore tool di progettazione del processo sia per la scelta del migliore posizionamento della geometria della protesi rispetto al piano della lamiera sia della traiettoria di deformazione (entrambi fattori fortemente influenti sulla fattibilità del processo e sulla distribuzione di spessore). In tutti i casi, la validazione sperimentale ha dimostrato la robustezza e l’accuratezza del modello nel prevedere sia la temperatura che l’assottigliamento della lamiera. Infine, partendo dai risultati precedenti indicati, è stata svolta una campagna sperimentale finalizzata alla realizzazione della geometria di protesi cranica scelta come case study in Ti-Gr2 ed in Ti-Gr5.

Le analisi delle protesi prodotte mediante SPIF hanno evidenziato un livello di precisione dimensionale dell’ordine del mm, non problematico da un punto di vista estetico ed in grado di assicurare comunque l’osseointegrazione. Impiegando una traiettoria dell’utensile ottimizzata tramite FEM e le conoscenze acquisite nel corso del progetto, la protesi è stata realizzata tramite SPIF al massimo in 40 min (nel caso peggiore di formatura a caldo). L’analisi degli spessori ha rivelato la presenza di limitate aree di assottigliamento, al massimo pari al 20%, a favore di uno spessore sostanzialmente inalterato registrato sul profilo di maggiore interesse della protesi. Considerando le spese sostenute per la produzione della singola protesi tramite SPIF, il costo finale, nella variante in temperatura, è stimato in circa 300 €.