Progettazione e sviluppo di dispositivi in Nitinol per applicazioni attuative e biomediche

Nitinol, with its unique properties of shape memory and superelasticity, has emerged as a pivotal material for both medical devices and actuator applications. This thesis focuses on the innovative design and additive manufacturing of Nitinol-based endovascular stents and bidirectional actuators, exploring their applications in both medical and industrial fields. The research adopts a comprehensive approach, incorporating numerical, analytical, and experimental methods to enhance the mechanical performance and functionality of these devices. For endovascular stents, the study examines various designs utilizing different manufacturing techniques, including braiding, laser cutting, and additive manufacturing. Specifically, it employs advanced optimization techniques, such as Multi-Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO), to improve key performance metrics such as radial stiffness, radial force, and foreshortening, with a particular focus on braided stents. Additionally, the work investigates laser-cut stents and explores the potential of additive manufacturing techniques to further enhance their performance. Moreover, the thesis presents the development of novel bidirectional actuators based on shape memory alloys (SMA), introducing a unique design capable of achieving reversible global elongation through localized SMA contraction. This design is validated through experimental testing and theoretical modeling, demonstrating significant potential for diverse applications requiring multi-directional actuation.

Il Nitinol, con le sue proprietà uniche di memoria di forma e superelasticità, è emerso come un materiale fondamentale sia per i dispositivi medici che per le applicazioni attuative. Questa tesi si concentra sulla progettazione innovativa e la manifattura additiva di stent endovascolari e attuatori bidirezionali a base di Nitinol, esplorando le loro applicazioni nei campi medico e industriale. La ricerca adotta un approccio completo, incorporando metodi numerici, analitici e sperimentali per migliorare le prestazioni meccaniche e la funzionalità di questi dispositivi. Per quanto riguarda gli stent endovascolari, lo studio esamina diversi progetti che utilizzano tecniche di produzione differenti, tra cui la tessitura, il taglio laser e la manifattura additiva. In particolare, vengono impiegate tecniche avanzate di ottimizzazione, come l'ottimizzazione multi-obiettivo tramite Particle Swarm Optimization (MOPSO), per migliorare parametri prestazionali chiave come la rigidità radiale, la forza radiale e l'accorciamento, con particolare attenzione agli stent intrecciati. Inoltre, il lavoro investiga sugli stent tagliati al laser ed esplora il potenziale delle tecniche di manifattura additiva per migliorare ulteriormente le loro prestazioni. Inoltre, la tesi presenta lo sviluppo di attuatori bidirezionali innovativi basati su leghe a memoria di forma (SMA), introducendo un design unico capace di ottenere un allungamento globale reversibile tramite la contrazione localizzata delle SMA. Questo design è stato convalidato attraverso test sperimentali e modellizzazione teorica, dimostrando un potenziale significativo per applicazioni diverse che richiedono un'attuazione multidirezionale.