Realizzazione di compositi bio-ispirati mediante tecnica RVI

Abstract

La biomimetica è una scienza che si dedica allo studio dei materiali e delle strutture presenti in natura con l'obbiettivo di replicarne le caratteristiche principali. Questo lavoro si concentra sull'analisi dell'osso un tessuto di grande interesse per le sue proprietà meccaniche. L'osso, come molti altri materiali naturali, è un composito gerarchico avente una organizzazione complessa disposta su vari livelli. Sebbene sia costituito da componenti fragili, l'osso mostra eccellenti proprietà meccaniche ed elevata tenacità. In questa ricerca, l'attenzione è rivolta alla microstruttura dell'osso, caratterizzato dal sistema Haversiano, che comprende strutture cilindriche multistrato, gli osteoni, immersi in una matrice di tessuto interstiziale. Questo livello caratterizza il comportamento a frattura dell'osso. Lo scopo di questo studio è la progettazione, realizzazione e la descrizione di un materiale composito, ispirato alla struttura ossea. L’analisi è partita dallo studio del materiale osseo e dall’analisi degli studi precedenti. Una volta studiato il fenomeno naturale è stato progettato un materiale composito ispirato alla microstruttura dell’osso. La fase di produzione e le prove meccaniche: trazione e flessione sono avvenute presso i laboratori DIME dell’Università degli Studi di Genova. Inoltre, insieme al laminato bio-ispirato è stato realizzato un laminato equivalente per ottenere un confronto oggettivo.

Biomimetics is a science dedicated to studying materials and structures found in nature with the goal of replicating their key characteristics. This work focuses on analyzing bone tissue, which is of great interest due to its mechanical properties. Like many natural materials, bone is a composite with a hierarchical organization across various levels. Despite its brittle components, bone exhibits excellent mechanical properties and high toughness. This research specifically examines the microstructure of bone, characterized by the Haversian system, which includes multilayered cylindrical structures called osteons embedded in an interstitial tissue matrix. This level defines bone fracture behavior. The aim of this study is to design, fabricate, and describe a composite material inspired by bone structure. The analysis began with the study of bone material and an examination of previous studies. After studying the natural phenomenon, a composite material inspired by the microstructure of bone was designed. The production phase and mechanical tests—such as tensile and flexural tests—took place at the DIME laboratories of the University of Genoa. Additionally, an equivalent laminate was fabricated alongside the bio-inspired laminate to provide an objective comparison.