Simulazioni al computer dei meccanismi di frattura per migliorare le protesi ossee della professoressa Tamara Reinicke e del professor Christian Hesch dell’Università di Siegen

Ricercatori presso l’Università di Siegen stanno effettuando simulazioni al computer dei meccanismi di frattura per migliorare le prestazioni delle protesi ossee create con la stampa 3D.

In certi casi, come incidenti gravi, malattie o usura, le ossa dei pazienti non sono più recuperabili, richiedendo l’uso di sostituti artificiali. Gli impianti di titanio sono stati finora riconosciuti per la loro stabilità, resistenza e durata.

Nel corso degli anni, si è compreso sempre di più che questi impianti non devono essere pensati come semplici pezzi di un’automobile, ma devono integrarsi nel corpo, interagendo con il sistema biologico e promuovendo la rigenerazione finché il corpo non sia in grado di  riprendere il controllo. Per questo motivo, gli impianti ossei sono ora prodotti con stampanti 3D, permettendo una microstruttura molto sofisticata che favorisce la crescita di cellule ossee e vasi sanguigni all’interno dell’impianto, consentendo la connessione con l’osso rimanente.

Il professor Christian Hesch, della Cattedra di Meccanica Computazionale, e la professoressa Tamara Reinicke, della Cattedra per lo Sviluppo del Prodotto, stanno studiando la complessa meccanica di questa nuova generazione di impianti. Questo progetto, finanziato dalla German Research Foundation (DFG), mira a simulare per la prima volta con l’ausilio del computer il comportamento degli impianti fino alla loro possibile frattura. “Stiamo iniziando a comprendere le dinamiche meccaniche di questi impianti e come interagiscono con il corpo del paziente. La microgeometria degli impianti stampati in 3D è fondamentale sia per la resistenza sia per la prevenzione del fallimento, il quale, se si verifica, può essere difficile da individuare, anche con le più moderne tecniche di tomografia computerizzata”, spiega il professor Hesch.

Gli studiosi stanno esplorando la meccanica numerica con l’obiettivo di simulare e modellare materiali complessi. Per gli impianti, devono combinare informazioni provenienti da scale diverse (sub-millimetriche nelle strutture di dettaglio, centimetriche per l’intero impianto) per permettere una simulazione efficiente di questi materiali microstrutturati. Questo non solo contribuisce a ridurre il consumo di energia e la potenza di calcolo per le simulazioni, ma facilita anche i numerosi calcoli necessari per ottimizzare gli impianti.

Il progetto è finanziato dalla DFG con un importo di 372.000 euro. Questa somma copre anche i costi per le indagini sperimentali su diverse strutture 3D, realizzate con una stampante laser 3D presso l’Università di Siegen.