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https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4083| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Desenvolvimento de próteses para membros inferiores híbridas em impressão 3d/fibra de carbono |
| Autor(es): | SILVA, Felipe Eduardo Ribeiro |
| Primeiro Orientador: | ANCELOTTI JUNIOR, Antonio Carlos |
| metadata.dc.contributor.advisor-co1: | GOMES, Guilherme Ferreira |
| Resumo: | Visando a reabilitação de pessoas com amputações nos membros inferiores, as próteses são utilizadas com o intuito de proporcionar aos usuários condições para terem mais conforto e funcionalidades, possibilitando o caminhar e a execução de tarefas cotidianas. As próteses para amputação transtibial são dispositivos utilizados na região dos membros inferiores faltantes, localizados abaixo da articulação do joelho, ou seja, a tíbia, a fíbula e o pé. Um pé protético comumente é fabricado em moldes no processo autoclave, visando a produção em massa, o que impede que o usuário obtenha um modelo personalizado. Considerando obter uma prótese personalizada e de baixo custo, o presente trabalho busca projetar, fabricar e analisar a viabilidade de um novo conceito em pé protético. O projeto consiste em executar o escaneamento 3D de um pé humano real para obtenção de um modelo de desenho editável. O modelo foi então preparado para o desenvolvimento da parte estrutural do pé, em fibra de carbono/epóxi. A parte estrutural do pé foi trabalhada em um programa computacional de elementos finitos para obter as respostas estruturais (tensões, deformações e índice de falha de Tsai-Wu). Após a simulação numérica, os modelos em escala real foram impressos com o auxílio de uma impressora 3D e filamento de poliuretano termoplástico (TPU). O pé impresso recebeu, em seguida, uma estrutura interna (reforço) fabricada em compósito de matriz polimérica reforçado com fibra de carbono por meio de um processo manual de manufatura. Após a fabricação dos modelos, foram realizados ensaios mecânicos estáticos de compressão, de acordo com a norma ISO 10328:2016 para verificar as estruturas propostas neste trabalho. Os resultados dos ensaios mecânicos foram comparados com os da simulação numérica para a obtenção das correlações de valores, mostrando que as correlações entre a simulação numérica e os ensaios mecânicos foram satisfatórias. Adicionalmente, observou-se que o ensaio na região do calcanhar superou os requisitos da norma em 358%. Já o ensaio realizado na porção do antepé falhou quando aplicada uma carga de 20% da carga objetivo, devido a defeitos oriundos do processo de manufatura do compósito. Os resultados indicam que o conceito é altamente promissor, sendo uma alternativa viável na área de próteses para membros inferiores. |
| Abstract: | Aiming at the rehabilitation of individuals with lower limb amputations, prostheses are used to provide users with conditions for greater comfort and functionality, enabling walking and the execution of daily tasks. Prostheses for transtibial amputation are devices used in the region of the missing lower limbs, located below the knee joint, namely the tibia, fibula, and foot. A prosthetic foot is commonly manufactured in molds using the autoclave process, aiming at mass production, which prevents the user from obtaining a personalized model. Considering obtaining a customized and low-cost prosthesis, the present work seeks to design, manufacture, and analyze the feasibility of a new concept in prosthetic feet. The project consists of performing 3D scanning of a real human foot to obtain an editable design model. The model was then prepared for the development of the structural part of the foot, in carbon fiber/epoxy. The structural part of the foot was worked on in a finite element computational program to obtain structural responses (stresses, deformations, and Tsai-Wu failure index). After numerical simulation, full-scale models were printed with the assistance of a 3D printer and thermoplastic polyurethane (TPU) filament. The printed foot then received an internal structure (reinforcement) manufactured in polymer matrix composite reinforced with carbon fiber through a manual manufacturing process. After the fabrication of the models, static compression mechanical tests were performed, following ISO 10328:2016 standard, to verify the structures proposed in this work. The results of the mechanical tests were compared with those of the numerical simulation to obtain correlation values, showing that the correlations between numerical simulation and mechanical tests were satisfactory. Additionally, it was observed that the test in the heel region exceeded the standard requirements by 358%. However, the test performed in the forefoot portion failed when a load of 20% of the target load was applied, due to defects originating from the composite manufacturing process. The results indicate that the concept is highly promising, being a viable alternative in the field of lower limb prosthetics. |
| Palavras-chave: | Prótese Escaneamento Impressão 3D Manufatura aditiva Fibra de carbono Simulação computacional |
| CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA |
| Idioma: | por |
| País: | Brasil |
| Editor: | Universidade Federal de Itajubá |
| Sigla da Instituição: | UNIFEI |
| metadata.dc.publisher.department: | IEM - Instituto de Engenharia Mecânica |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica |
| Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
| URI: | https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4083 |
| Data do documento: | 28-Mar-2024 |
| Aparece nas coleções: | Dissertações |
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