Implementazione di un algoritmo di massimizzazione del riempimento a pattern non standard per la tecnologia Fused Filament Fabrication: applicazione al campo protesico

Il presente elaborato di tesi si concentra sull'ottimizzazione delle prestazioni strutturali dei componenti prodotti tramite Fused Filament Fabrication (FFF), un metodo di produzione additiva ampiamente utilizzato per applicazioni di prototipazione in varie industrie. Nonostante i numerosi progressi nella tecnologia FFF, le parti prodotte sono spesso limitate ad applicazioni non critiche e non portanti a causa della mancanza di strumenti di progettazione e produzione dedicati che sfruttino appieno la libertà di progettazione offerta dalla FFF. La tesi tiene conto di un algoritmo esistente sviluppato da Varun Murugan e colleghi, il quale genera una deposizione di filamenti a pattern non standard per affrontare le problematiche di fabbricabilità comunemente osservate nelle strategie di ottimizzazione esistenti. L'algoritmo proposto può accettare i campi di orientamento puntuali risultanti dalle procedure di ottimizzazione e distribuire i filamenti lungo i campi di orientamento per realizzare la progettazione ottimizzata. Questo algoritmo presenta tre fasi per l'ottimizzazione delle traiettorie di filamenti nelle strutture FFF. In particolare, il seguente elaborato si focalizza sulla terza fase dell'algoritmo, che mira alla massimizzazione del riempimento del componente stampato per migliorare le proprietà meccaniche, in particolare la rigidezza, aspetti fondamentali in vari ambiti, tra cui quello protesico. Nella tesi sono riportati vari test ed esperimenti condotti per verificare la funzionalità e l'efficacia dell'algoritmo proposto per ottimizzare le prestazioni strutturali dei componenti FFF, utilizzando una geometria di esempio rettangolare. Successivamente, l'algoritmo viene applicato a una geometria biomedicale, in particolare a un modello di femore, per valutare la sua applicabilità e efficacia nel contesto specifico delle applicazioni ortopediche. La geometria del femore è fondamentale nel contesto biomedicale, in quanto si tratta di un osso sottoposto a continue ed elevate sollecitazioni; proprio per questo, la rigidezza di una protesi femorale è di fondamentale importanza. Attraverso l'implementazione di nuove strategie di ottimizzazione, l'elaborato si propone di sviluppare un processo più efficace ed efficiente per la produzione di parti FFF con prestazioni strutturali ottimizzate.