Mejora de diseño de prótesis transtibial. Fabricación por métodos aditivos.

Ramírez Perea, Cristian (2019). Mejora de diseño de prótesis transtibial. Fabricación por métodos aditivos.. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Mejora de diseño de prótesis transtibial. Fabricación por métodos aditivos.
Author/s:
  • Ramírez Perea, Cristian
Contributor/s:
  • Martínez Muneta, María Luisa
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: September 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Mecánica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

Full text

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Abstract

Este es un proyecto planteado y enfocado para todas esas personas que sufren una amputación transtibial del miembro inferior y que se encuentran en una situación desfavorable de recursos económicos, o para aquellas ONGs que ejercen una labor desinteresada, para que con sus recursos puedan mejorar la calidad de vida de muchas más personas. El proyecto ha conseguido desarrollar un pie protésico básico cuyo valor de mercado ronda los 4.500€, en uno cuyo valor es de aproximadamente 105€ mediante procesos aditivos como lo es la impresión 3D, y que puede ser fabricado, ensamblado y reparado por cualquier persona sin conocimientos técnicos. Además, puede acoplarse a cualquier prótesis transtibial ya que cumple con todas las medidas y elementos estandarizados de las piezas del mercado. El proyecto desarrollado a continuación refleja un estudio de mercado y un análisis en profundidad de todos los parámetros que no se pueden ver a simple vista y parecen triviales, pero que con la ayuda de profesionales del sector se ha descubierto que en realidad son complejos y que cualquier variación en ellos determinan resultados finales muy diversos. Para llevarlo a cabo, se han estudiado las partes de un elemento protésico y se han identificado ciertas piezas que no son propensas a mejoras, como los elementos de conexión entre piezas de la prótesis transtibial, o que no son posibles de modelizar dado que no es posible estandarizar la pieza para todos los usuarios, como es el soporte del muñón. Se ha observado, así mismo, que la parte de la prótesis transtibial con mayor margen de mejora es el conjunto del pie, pero no cualquiera de ellos puede ser seleccionado para el estudio, ya que existen muchos con ámbitos de usos y solicitaciones muy variadas y diversas. Este proyecto se ha centrado en el estudio del pie Sach [1] por su escaso número de piezas, que facilitan el estudio simulado en un ordenador PC, ya que los demás tipos de pie aumentan los grados de libertad al contener más piezas y se necesitan o bien muchos recursos para producir prototipos y realizar un estudio ensayo prueba-error, o bien muchos recursos para tener un clúster de ordenadores. A continuación, se fija el objetivo de reproducir un pie Sach con plástico en lugar de fibra de carbono y metal, ya que el plástico es barato y es posible utilizarlo en impresión 3D. Además, abre mucho el abanico de propiedades mecánicas con las que jugar y buscar un comportamiento mecánico parecido al de referencia comercial, dada la amplia variedad de tipos de combinaciones de plásticos y materiales existentes para impresión 3D. Seguidamente, se localizan fuerzas de referencia que sirvan de dato aproximado para poder realizar simulaciones fiables y poder así analizar el comportamiento del pie sin necesidad de realizar el prototipo. Tras varias simulaciones en las que se modifican diferentes tipos de materiales y geometrías, se consigue que las tensiones generadas en la suela debido a los grandes desplazamientos del movimiento de flexión se reduzcan hasta niveles aceptables e inferiores, aunque cercanos al límite elástico del material. En cuanto al soporte, como ha de ser rígido, no hay grandes complicaciones en cuanto al análisis de tensiones, por lo que en esta pieza se realiza un estudio más a fondo y específico de diseño, donde se analiza cómo afecta la disminución del espesor de los nervios a las tensiones del bloque, buscando de esta manera disminuir el peso del pie protésico y abaratar la pieza al necesitar menos material extruido y menos tiempo de extrusión de la máquina. Además, se realiza un estudio de diseño, cuyo objetivo es desplazar el centro de masas del conjunto de la suela y del soporte; en función de un pequeño bulón situado en la parte trasera del pie, a modo de contrapeso, se consigue que el centro de masas quede por detrás del eje de conexión con la prótesis, dotando al usuario de cierta ayuda al caminar, pues en el movimiento del despegue y gracias a la gravedad, el centro de masas buscará la verticalidad y para ello deberá avanzar hacia adelante por sí mismo. También se incluyen las tablas donde se especifican las variaciones del centro de masa en función del material y la longitud del bulón, para que el usuario pueda configurar el balance a su gusto. Finalmente, se ha fabricado el prototipo empleando impresión 3D con el presupuesto aproximado de 105€ para comprobar que todo lo simulado es viable y la realidad se corresponde con lo virtual.

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Item ID: 56775
DC Identifier: http://oa.upm.es/56775/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:56775
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 09 Oct 2019 12:33
Last Modified: 09 Oct 2019 12:33
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