Design and test of bioinspired specimens by using tensile testing machine and Digital Image Correlation

Lo scopo di questo lavoro è individuare, tra vari materiali, il più adatto a simulare il comportamento meccanico di un tendine/legamento anatomico con l’obiettivo finale di inserirlo in un modello 3D multimateriale per applicazioni di training chirurgico. A tal fine sono stati progettati alcuni provini a osso di cane con pattern bio-inspirati ottenuti utilizzando la stampante 3D J750TM Digital AnatomyTM (DAP) della Stratasys, combinando lo stesso materiale polimerico, l’Agilus30, con diversi valori di durometro. È stato adottato un approccio biomimetico prendendo in considerazione alcune strutture gerarchiche esistenti in natura, come tendini e bambù, che conferiscono migliori proprietà meccaniche a livello macroscopico. Per caratterizzare meglio il comportamento meccanico di tali provini sono state impiegate due tecniche diverse: test di trazione uniassiale e Digital Image Correlation (DIC). La seconda, in particolare, aveva anche l’obiettivo di verificare l’affidabilità dello standard utilizzato per il calcolo dei parametri meccanici. I dati ottenuti hanno mostrato una mancata congruenza tra la deformazione ricavata dai test meccanici seguendo lo standard ASTM D638 e la deformazione ottenuta per via ottica utilizzando la DIC, portando alla conclusione che la seconda sia una metodica più accurata della prima, in quanto si studia l’intero campo di deformazione e non solo quello della sezione costante del provino. Un confronto tra le prestazioni meccaniche dei vari campioni ha permesso di valutare le combinazioni di durometro e pattern più prestazionali. Sulla base di tali considerazioni e mantenendo lo stesso rapporto fibre/matrice sono stati progettati altri due pattern, ispirati a materiali altamente performanti, la iuta e il nylon. Questi provini sono stati poi sottoposti ad un’analisi FEM al fine di valutare come, modificando unicamente il pattern, potesse variare il comportamento meccanico dei provini.