Zero Impact MUltifunctional 3D printed composite materials for biomedical and industrial applications in the neXt generation society (ZIMuX)
Avviso “Progetti di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) 2020 – Settore PE8”
Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR) di cui al Decreto Direttoriale n. 1628 del 16/10/2020
Prot. 2020F23HZ7, CUP E85F22000230006
Il progetto ZIMuX, in collaborazione con l’Università Cattolica del Sacro Cuore, l’Università di Bologna, l’Università di Napoli “Partenope” e il Consilio Nazionale per la Ricerca, è finalizzato allo studio della formulazione, sintesi e caratterizzazione di materiali polimerici compositi innovativi sostenibili, multifunzionali e stampabili 3D.
Nello specifico, il progetto intende sviluppare nuove formulazioni di polimeri e compositi fotocurabili (quindi stampabili tramite tecniche di VAT polymerization) a partire da oli/resine di origine naturale o di scarto con lo scopo di realizzare materiali multifunzionali, ovvero con funzionalità supplementari oltre alla funzione strutturale, tramite l’utilizzo di specifici filler. In particolare, due differenti casi verranno investigati: (i) l’aggiunta di farmaci o fattori di crescita per la produzione di strutture bioattive, e (ii) l’aggiunta di filler elettricamente conduttivi per ottenere materiali autodiagnosticanti stampabili 3D.
Nel primo caso, verrà condotto uno studio pre-clinico sull’applicazione di materiali sostenibili innovativi stampati 3D alla realizzazione di mesh personalizzate per interventi chirurgici di Guided Bone Regeneration (GBR) necessari per garantire impianti dentali a lungo termine in pazienti con difetti ossei risultanti da traumi, invecchiamento o patologie. Lo studio pre-clinico verrà condotto tramite test in-vitro e in-vivo sui materiali polimerici e compositi.
Nel secondo caso, i materiali autodiagnosticanti (o Self-Monitoring) posseggono la capacità di misurare in maniera continuativa il loro stesso stato di deformazione/sollecitazione o danno subìto mentre allo stesso tempo forniscono la funzionalità strutturale. Questi materiali si configurano come candidati eccellenti in scenari di Industria 4.0 per applicazioni di ingegneria strutturale. In questo progetto, verranno sviluppati materiali nanocompositi autodiagnosticanti a base di resine termoindurenti sostenibili e filler carboniosi stampati 3D tramite tecniche di VAT polymerization.
Per entrambe le tipologie di materiali, verranno utilizzate simulazioni numeriche tramite metodi di omogenizzazione e approcci multiscala.
Responsabile di progetto: Prof.ssa Dr. Francesca Nanni – Università degli studi di Roma “Tor Vergata” – Dipartimento di Ingegneria dell’Impresa “Mario Lucertini”
English
Project ZIMuX, funded by the italian Ministry of Education, University and Research (MIUR) and in collaboration with the Università Cattolica del Sacro Cuore, University of Bologna, University of Napoli “Partenope” and National Research Council (CNR), is aimed to study the formulation, synthesis, and characterization of innovative sustainable, multifunctional, and 3D printable polymeric composite materials.
Specifically, the project intends to develop new formulations of photocurable (thus VAT printable) polymers and composites starting from natural or waste oils/resins to achieve multifunctional materials, i.e. with specific supplementary functions beyond the structural one, through the use of specific fillers. In particolar, two different cases will be investigated: (i) the addition of drugs or growth factors to produce bioactive structures, and (ii) the addition of electrically conductive fillers to obtain self-monitoring 3D printable materials.
In the first case, a pre-clinical study will be carried out on the application of the innovative 3D printed sustainable materials to the realization of patient-personalized meshes in the Guided Bone Regeneration (GBR) surgical procedure, necessary to ensure long-term dental implants in patients showing osseous defects as a result of trauma, aging or disease. The pre-clinical study will be performed via in-vitro and in-vivo tests on both neat polymers and composites.
Self-monitoring materials, on the other hand, have the ability to continuously measure their own stress/strain or damage, while providing in-service structural performances. They are excellent candidates to be used in Industry 4.0 scenarios for structural engineering applications. In this project, sustainable carbonaceous thermosetting self-monitoring nanocomposites will be produced via VAT polymerization 3D printing techniques.
For both types of materials, numerical simulations will be attempted using homogenization methods and multiscale approaches.
Project Manager: Prof. Dr. Francesca Nanni – Università degli studi di Roma “Tor Vergata” – Dipartimento di Ingegneria dell’Impresa “Mario Lucertini”