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Bertolini, Rachele (2018) Innovative machining strategies to manufacture biomedical prostheses for improved in-life functional performances. [Ph.D. thesis]

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Abstract (italian or english)

The growing demand of components of higher performances, in terms of reliability and durability, is continuously pushing to find innovative manufacturing methods to realize such components.
Especially in the biomedical field, as a consequence of the raising of population age and consequent increase of the number of revision surgeries, this is a matter of concern, since revision operations are complex and costly for the healthcare, furthermore they cause pain to the patient.
The failure of the biomedical implants is mainly due to excessive wear and corrosion, which leads to implant loosening, and premature failure of the implants inside the biological environment. These phenomena are surfacedependent, since they initiate from the latter.
Efforts have been made by several researchers in the past few decades to investigate the relationships among the machining process parameters, the nature of the surface alterations and their effect on the product functional performances. In the manufacturing scenario, cryogenic machining is emerging as a potential strategy to attain improved functional performance.
Liquid nitrogen is a sustainable, non-toxic, and environmentally-benign means to alternatively cool the surface during machining. Its potential application in the biomedical field is related to the drastic reduction of secondary cleaning processes usually needed to wash off biomedical derived from contamination of flood coolant.
However, the effect of cryogenic cooling on surface integrity, and especially, the link with functional performances is still missing. Therefore, the aim of this study is to evaluate the effect innovative machining strategies, with a particular reference to cryogenic machining, on the functional performances of biomedical products with the aim of improving their durability once placed into the human body.

Abstract (a different language)

La continua e crescente domanda del mercato volta alla richiesta di prodotti sempre più performanti, è la ragione che motiva la ricerca di tecniche manifatturiere innovative per la realizzazione degli stessi.
Specialmente nel settore biomedicale, ove l’incalzante crescita della popolazione comporta un aumento costante delle operazioni di revisione degli impianti protesici, con conseguente innalzamento del costo della sanità pubblica nonchè del dolore causato al paziente, tale necessità è sempre più urgente.
La rottura degli impianti biomedicali è attribuibile a due principali
cause, ovvero ad eccessiva usura o allo sviluppo di reazioni di corrosione, che, di conseguenza, comportano la perdita di stabilità dell’impianto causandone, talvolta, una rottura prematura ed inaspettata.
Tali fenomeni sopraindicati sono dipendenti dallo stato della superficie, il quale viene determinato dalle operazioni di manifatturiere di finitura.
Notevoli sforzi sono stati svolti al fine di trovare una relazione tra i parametri di processo, la natura delle alterazioni superficiali e le prestazioni del prodotto in vita di esercizio.
Nell’ambito delle lavorazioni meccaniche, la tornitura criogenica appare come una potenziale strategia per migliorare le caratteristiche della superficie prodotta.
L’azoto liquido è un composto non tossico e totalmente non inquinante utilizzato come mezzo di raffreddamento alternativo durante le operazioni di tornitura. La sua potenziale adozione in ambito biomedicale è legata al fatto che comporta una drastica riduzione dei processi di pulizia usualmente necessari per la rimozione dei residui di oli lubrificanti dai componenti
biomedicali. Tuttavia, l’impatto della lavorazione criogenica sull’integrità superficiale, ed in particolare, la relazione che quest’ultima stringe con le prestazioni in vita di esercizio è ancora oggetto di studio da parte dei ricercatori.
L’obiettivo di questo lavoro di ricerca è la valutazione dell’impatto di nuove tecniche innovative di lavorazione, con particolare riferimento alla lavorazione criogenica, sulle prestazioni dei prodotti biomedicali al fine di aumentarne la durabilità all’interno del corpo umano.

Statistiche Download
EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Bruschi, Stefania
Ph.D. course:Ciclo 31 > Corsi 31 > INGEGNERIA INDUSTRIALE
Data di deposito della tesi:29 November 2018
Anno di Pubblicazione:29 November 2018
Key Words:Biomedical application; Cryogenic machining; large strain extrusion machining; titanium alloys; magnesium alloys; corrosion resistance; wear resistance
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/16 Tecnologie e sistemi di lavorazione
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Ingegneria Industriale
Codice ID:11508
Depositato il:08 Nov 2019 13:04
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