Studiul Obtinerii Protezelor Ortopedice Prin Procedee de Prototipare Rapida

7/23/2019 Studiul Obtinerii Protezelor Ortopedice Prin Procedee de Prototipare Rapida

http://slidepdf.com/reader/full/studiul-obtinerii-protezelor-ortopedice-prin-procedee-de-prototipare-rapida 1/19

1

STUDIUL OBŢINERII PROTEZELOR ORTOPEDICE PRIN PROCEDEE DEPROTOTIPARE RAPIDĂ

Autorul: Îndrumător:Ing. Radu TOMESCU, an II E.R.T.A. ş. l. dr. ing. Daniel ANGHEL

Rezumat: In aceasta lucrare se prezinta avantajele care le poate presupune prototiparea rapida in obtinerea protezelor

ortopedice in detrimentul procedeelor actuale de fabricare ale acestora.

Cuvinte cheie: amputari, dizabilitati, proteze, modelare 3D, prototipare rapida, rapid manufacturing

1. INTRODUCERE

Lucrarea va incepe cu prezentaare catorva generalitati despre diferitele tipuri de proteze

ortopedice, precum si diversele probleme cu care se pot confrunta pacientii care au nevoie de o

proteza. Se va continua apoi cu emiterea ipotezei de a utiliza procedee de prototipare rapida inscopul obtinerii anumitor proteze de configuratii complexe intr-un timp mai scurt.

Studiul de caz va fi reprezentat de proiectarea unei proteze ortopedice si simularea unui

procedeu de obtinere a acesteia prin prototipare rapida, urmand a fi prezentate concluziile asupra

rezultatelor obtinute.

2. GENERALITATI DESPRE PROTEZELE ORTOPEDICE

Protezele sunt aparate sau piese care se aplica pe corpul unui pacient in scopul de a fi

utilizate pentru inlocuirea unor parti ale corpului pierdute de exemplu, in urma unui accident, a unei

boli sau care lipsesc din nastere in vederea suplinirii, corectarii sau compensarii unui deficit.

Acestea sunt personalizate, fiind realizate pornind de la caracteristicile precise ale pacientului si

astfel putand fi utilizate doar de catre pacientul respectiv.

Totodata, proteza trebuie sa devina o parte integrata a corpului si prin urmare acceptata de

catre pacient, acesta din urma trecand printr-un adevarat proces de integrare, interiorizare si

identificare.

2.1 Tipuri de dizabilitati si proteze ortopedice

Protezele ortopedice sunt destinate, de cele mai multe ori, persoanelor ale caror membre au

fost amputate sau care lipsesc. Astfel, putem defini urmatoarele tipuri de dizabilitati, precum si

protezele care se pot utiliza:

I.

Proteze destinate pacientilor cu amputatie transfemurala:a.

Proteza de coapsa modulara cu articulatie de genunchi controlata, recomandata

pacientilor cu un nivel de activitate mediu. Dispune de laba protetica C-Walk cu

intaritura de carbon, are articulatia genunchiului este hidraulica si controlata

electronic prin microprocesoare (cu doua moduri de functionare: standard si

sport), oferind siguranta in timpul mersului, o durata de functionare a bateriei de

pana la 40 de ore, posibilitatea coborarii treptelor cu pasi alternativi si un invelis

cosmetic (Figura 1.a);



2

Figura 1.a - Proteza de coapsa modulara cu articulatie de genunchi controlata

b. Proteza de coapsa modulara cu manson din silicon, recomandata persoanelor cu

nivel de activitate mediu si ridicat (contraindicatii: bonturi foarte scurte sau

foarte lungi, reactii alergice la silicon). Aceasta proteza dispune de laba proteticadin material plastic cu sau fara intaritura elastica din metal/carbon, articulatie de

genunchi fixa sau mobila, cupa din rasina laminata cu fibra de carbon, manson de

silicon si un adaptor ce asigura confort sporit si o buna sustinere (Figura 1.b);

Figura 1.b - Proteza de coapsa modulara cu manson din silicon

II.

Proteze pentru amputatii la nivelul coapsei:

a. Proteza de coapsa modulara cu manson Thermolyn SupraSoft, este destinata

pacientilor cu nivel de activitate mediu si ridicat, cu bont de lungime medie si

fara proeminente osoase (contraindicatii: bont foarte scurt, bonturi cu

particularitati anatomico-functionale precare). Aceasta proteza are o laba

protetica din material plastic cu sau fara intaritura elastica din metal/carbon,

articulatie de genunchi fixa sau mobila, cupa externa din rasina laminata cu fibra

de carbon si manson din Thermolyn SupraSoft (permite dilatarea in urma

contractiilor musculare), precum si un invelis cosmetic (Figura 2.a);



3

Figura 2.a – Proteza de coapsa modulara cu manson Thermolyn SupraSoft

b. Proteza de coapsa modulara cu vacuum, destinata pacientilor cu nivel de

activitate ridicat si care tolereaza contactul total dintre bont si cupa

(contraindicatii: bont foarte scurt, particularitati anatomico-functionale precare).Laba protetica este din material plastic cu sau fara intaritura elastica din

metal/carbon, articulatie de glezna fixa sau mobila, manson extern din rasina si

invelis cosmetic (Figura 2.b);

Figura 2.b - Proteza de coapsa modulara cu vacuum

III.

Proteze pentru amputatii la nivelul gambei:a. Proteza de gamba modulara, destinata pacientilor ce desfasoara o activitate

normala, nerecomadata celor cu bont foarte scurt. Dispune de laba protetica

flexibila din material plastic cu sau fara intaritura elastica din metal/carbon,

componente modulare si adaptor tubular din aluminiu, otel sau titan, manson

extern din rasina sau material plastic, fixare supracondiliana si/sau pe coapsa prin

genunchera si un invelis cosmetic (Figura 3.a);



4

Figura 3.a - Proteza de gamba modulara

b. Proteza de gamba modulara cu manson suplu din silicon, destinata pacientilor cu

activitate normala si ridicata (contraindicatii: bont foarte scurt, particularitati

anatomico-functionale precare). Are laba protetica flexibila cu sau fara intaritura

elastica din metal/carbon, componente modulare si adaptor tubular din aluminiu,

otel sau titan, manson intern din Silicon, SiliconGel sau TechnoGel (asigura unconfort sporit), manson extern din rasina in combinatie cu fibra de carbon si

invelis cosmetic (Figura 3.b);

Figura 3.b - Proteza de gamba modulara cu manson suplu din silicon

c. Proteza de gamba modulara cu vacuum – Sistem Harmony, recomandata

pacientilor cu amputatie sa la nivelul gambei (doar nivel de amputatie mediu)

care desfasoara o activitate medie-crescuta si au particularitati anatomo-functionale ale bontului precare (proeminente osoase, grefe de piele, circulatie

periferica slaba, bont dureros). Nu este recomandata persoanelor cu bont scurt

sau foarte lung. Aceasta proteza este printre primele proteze de gamba care se

sutine pe bont cu ajutorul vacuumului, avand sisteme de suspensie si amortizare

a socurilor, precum si un adaptor de torsiune. De asemenea, imbunatateste

circulatia din bont, este usor de utilizat, creste proprioceptia (simtul pozitiei

relative a partilor vecine ale corpului), asigura un mers natural, nu permite

fluctuatii de volum ale bontului si are un invelis cosmetic (Figura 3.c);



5

Figura 3.c - Proteza de gamba modulara cu vacuum – Sistem Harmony

d. Proteza de gamba pentru activiati acvatice, este o proteza destinata pacientilor

care desfasoara activitati acvatice (inot, dus), dar totodata au o activitate de

intensitate redusa (conditie fizica precara), fiind un inlocuitor functional si

cosmetic al membrului amputat si avand posibilitatea de a fi adaptata si la alte

nivele de activitate (contraindicatii: afectiuni vasculare la nivelul bontului).

Dispune de laba protetica cu proprietati elastice, articulatie de glezna fixa,configuratie exoscheletala din rasina si manson din material flexibil (Figura 3.d);

Figura 3.d - Proteza de gamba pentru activiati acvatice

IV. Proteza de sold modulara pentru amputatie de dezarticulatie de sold (contraindicatii:

hipersensibilitate tegumentara, conditii anatomo-functionale precare), este o proteza ce

dispune de laba protetica flexibila cu sau fara intaritura elastica din metal/carbon,

articulatia gleznei fixa sau mobila, componente modulare si adaptor tubular din aluminiu,

otel sau titan, articulatia genunchiului mobila, articulatia de sold mobila sau cu blocare,

manson din rasina rigida si elastica, captuseala din material textil si invelis cosmetic

(Figura 4);



6

Figura 4 - Proteza de sold modulara

V. Proteza partiala de picior Pirogoff este destinata pacientilor cu amputatie partiala de picior

tip Pirogoff (este o amputare a articulatiei gleznei, in care lamboul posterior al calcaneului

– osul calcaiului – este retinut si opus capatului taiat al tibiei) cu control in miscarea

articulatiei de glezna (contraindicatii: imposibilitatea incarcarii greutatii pe bont,

particularitati anatomo-functionale precare). Aceasta proteza are laba protetica cu

proprietati elastice, manson interior, manson exterior din rasina, fixare pe gamba, cupa cucontact total si inchidere cu velcro (Figura 5);

Figura 5 - Proteza partiala de picior Pirogoff

VI. Proteza partiala picior Chopart este destinata pacientilor cu amputatie partiala de picior tip

Chopart (implica indepartarea chirurgicala a piciorului prin articulatia tarsului mijlociu,

dar pastrand calcaneul si celelalte parti ale tarsului), cu control in miscarea articulatiei de

glezna (contraindicatii: imposibilitatea incarcarii greutatii pe bont, particularitati anatomo-

functionale precare). Aceasta proteza dispune de laba protetica cu proprietati elastice,

manson interior, manson exterior din rasina, fixare pe gamba, cupa cu contact total si

inchidere cu velcro (Figura 6);



7

Figura 6 - Proteza partiala de picior Chopart

VII. Proteze pentru amputatii partiale de picior tip Lisefranc (inter-tarso-metatarsiane):

a.

Proteza partiala picior Lisefranc este destinata pacientilor cu articulatia de glezna

complet functionala (contraindicatii: conditii anatomo-functionale precare ale

calcaiului, hipersensibilitate tegumentara). Dispune de laba protetica cu

proprietati elastice, insertie rigida si umplutura a degetelor si asigura contactultotal intre bont si cupa interna a protezei (Figura 7.a);

Figura 7.a - Proteza partiala picior Lisefranc

b. Proteza partiala picior Lisefranc din silicon este contraindicata pacientilor cu

hipersensibilitate la silicon. Este estetica, imitand perfect piciorul existent, are

laba protetica cu proprietati elastice si confort sporit (Figura 7.b). Se executa

inainte o cupa de proba, dupa care se finalizeaza cupa definitiva din silicon.

Figura 7.b - Proteza partiala picior Lisefranc din silicon



8

VIII. Proteza modulara pentru dezarticulatie de genunchi, contraindicata pacientilor cu

particularitati anatomo-functionale precare. Acesta proteza are laba protetica din material

plastic cu sau fara intaritura elastica din metal/carbon, articulatie de glezna fixa sau

mobila, componente modulare si adaptor tubular din aluminiu, otel sau titan, manson

intern flexibil, manson extern din rasina, articulatie de genunchi specifica fixa sau mobila

si invelis cosmetic (Figura 8);

Figura 8 - Proteza modulara pentru dezarticulatie de genunchi

IX. Proteza pentru dezarticulatie de glezna Syme, destinata pacientilor cu amputatie de picior

la nivelul articulatiei gleznei tip Syme (dezarticulare a piciorului cu indepartarea ambelor

maleole – proeminente situate in partea inferioara a tibiei si a peroneului), fiind

contraindicata celor cu particularitati anatomo-functionale precare. Aceasta dispune de

laba protetica cu proprietati elastice, manson interior flexibil, manson exterior din rasina si

fixare pe gamba cu velcro (Figura 9);

Figura 9 - Proteza pentru dezarticulatie de glezna Syme

2.2 Probleme cu care se pot confrunta pacientii

I. Probleme ale pacientilor

Asteptarile pacientilor difera in functie de varsta fiecarei categorii de amputat. Astfel, cei

tineri vor sa stie daca mai pot alerga, pe cand cei in varsta vor sa stie daca vor mai fi in stare sa se

ridice de pe scaunul cu rotile si sa indeplineasca activitati utile in mod independent.



9

Un numar mare de posibile probleme este dat si de capacitatea fiecarui pacient de a utiliza

proteza. Astfel, capacitatea acestuia de a invata este importanta si acest lucru poate fi stabilit cu

usurinta in activitatea de zi cu zi impreuna cu terapeutul. Daca un pacient a suferit traume, este

important de a stabili un nivel general de capacitate fizica, cum ar fi toleranta la sezut sau in

picioare, stabilind in acest mod un nivel de activitate in concordanta cu pregatirea protetica.

Echilibrul si anduranta sunt de asemenea doua arii care ar trebui sa intereseze intr-un program de

protetica.

Mai mult, rezerva respiratorie si cardiaca a pacientului este importanta. Infarcturilemiocardice precedente, hipertensiunea, sau bolile de inima pot limita toleranta la exercitii a

pacientilor si, implicit, abilitatea acestora de a urma programul protetic. Chiar daca pacientul este

considerat apt, asemenea trecut poate influenta viteza de progres a programului.

II. Probleme cu bontul

Este important de a revizui inainte cu chirurgul lungimea planificata a bontului pentru a

determina daca este necesar sau nu de a incorpora in proteza o articulatie interna, cum ar fi un

genunchi, astfel incat sa poata fi integrata cu usurinta alaturi de celelalte articulatii. In cazul

copiilor, potentiala crestere a bontului trebuie luata in considerare chiar si cu pretul de a planifica o

revizie dupa maturitatea scheletala.

Functia articulatiei, mai ales in cazul unei amputari traumatice, trebuie luata foarte atent in

considerare. O fractura a articulatiei din care rezulta compromiterea acesteia si un bont scurt si plin

de cicatrici poate avea mai multe dezavantaje decat avantaje in anumite situatii.Bandajarea si tehnicile de micsorare ale bontului sunt importante pentru a da forma optima a

acestuia. O bandajare incorecta duce la un contur incorect al bontului si astfel apar dificultati in

montajul protezei. Din posturile de odihna precare si lipsa unui program de fizioterapie vor rezulta

contractii la flexiunea genunchiului si a soldului. Aceste complicatii pot fi usor evitate.

Urme neobisnuite ale purtarii pe bont, precum si infectii cronice ale pielii sunt probleme

locale care necesita educatie si atentie din partea medicului, a specialistului in proteze si a

pacientului. Pielea curata, evitarea lotiunilor si o proteza montata corespunzator minimalizeaza

aceste probleme. Pentru acei pacienti care transpira excesiv, o schimbare regulata a sosetei bontului

in timpul zilei micsoreaza iritarea pielii.

III. Probleme cu functionarea

Abilitatea unui pacient de a pune si a scoate piciorul rapid este important in confortul si

siguranta in utilizare. Stabilitatea trebuie asigurata pentru mersul pe teren neregulat, precum sipentru a permite urcarea scarilor. Chiar si echipamentele asistive ambulatorii trebuiesc luate in

calcul. Un baston este, de obicei, indeajuns pentru a oferi balans si siguranta. Utilizatorii de proteze

pot alege carjele ca dispozitive asistive atunci cand au dureri de bont sau spate.

IV. Probleme cu proteza

Exista cateva observatii generale in legatura cu insasi proteza. Sincronizarea montajului

initial al protezei trebuie luat in considerare alaturi de conditia pacientului si a bontului. Bontul

trebuie micsorat si adus la o forma care permite indentificarea corecta ale contururilor anatomice.

Pentru a obtine acest rezultat sunt necesare, de obicei, intre doua si trei saptamani de bandajare. In

acest moment se poate face un manson de prim-montaj, iar pacientului va avea un avantaj dublu: va

putea merge si va putea micsora bontul in functie de manson.

Copiii ce prezinta potential de crestere trebuiesc monitorizati regulat intrucat au tendinta de

a creste mai mari decat mansonul. Ajustarea mansonului este o activitate care consuma timp si bani,

trebuind planificata din timp.

Lungimea unei proteze ortopedice poate fi de asemenea o problema practica. De obicei,

pacientii cu amputare sub genunchi au lungimea protezei facuta dupa celalalt picior. Pe amputarile

deasupra genunchiului, datorita dificultatii de a degaja degetul de la picior, se pot monta proteze

mai scurte cu 1.3, sau 2.5 cm, depinzand de agilitate, tipul de picior pe care il au, precum si de tipul

de teren pe care se va deplasa pacientul. Inegalitatea intre picioare poate conduce la un mers greoi si

dureri de spate cronice.



10

Costul protezei poate fi un factor limitativ in indicatiile protezei. Partea sociala este cea care

determina solicitarea cel mai frecvent a protezelor clasice fata de cele sofisticate care sunt solicitate

in special de sportivi. Astfel, in tabelul 1 sunt prezentate cateva preturi ale unui centru de protezare

din Romania.Tabel nr. 1 – Lista de preturi pentru proteze ortopedice

Nrcrt.

Denumire dispozitiv Tip dispozitivPret de referinta

(RON)

1 Proteza partiala de piciorLisefranc 1763,06Chopart 1821,72

Pirogoff 1975,27

2 Proteza pentru dezarticulatie de glezna Syme 2151,56

3 Proteza de gambaConvetionala din material plastic cu contact total 2467,33

Modulara 2460,06

4 Proteza pentru dezarticulatie de genunchi Modulara 5402,79

5 Proteza de coapsa

Din plastic 2837,99

Cu vacuum 3429,61

Modulara 4526,22

Modulara cu vacuum 4662,37

6 Proteza de sold Modulara 7539,82

7 Proteza partiala de bazin hemipelvectomie Modulara 7668,69

Un alt factor important este dat si de timpul de realizare si de livrare al unei proteze, acesta

fiind de cel putin o saptamana.

3. IPOTEZA: PROTOTIPARE RAPIDA PENTRU OBTINEREA UNORPROTEZE IN TIMP SCURT SI DE CONFIGURATII COMPLEXE

3.1 Generalitati despre prototiparea rapida

Prototiparea rapida (Rapid prototyping) este o metoda de construire automata a obiectelor

fizice folosind tehnologia de fabricare cu ajutorul aditivilor. Primele tehnici de prototipare rapida au

fost utilizate in jurul anului 1980, fiind folosite pentru producerea de modele si piese prototip.

Totusi, in ultimul deceniu aparut un nou concept de prototipare rapida fizica, numit fabricare

stratificata sau fabricare solida. Aceasta activitate isi are inceputurile de abia vreo 12 ani, cu aparitia

sistemului de stereolitografiere, proces ce a avut un impact foarte mare, mai ales in partea de

design. Acesta se baza pe un model CAD 3D si a fost anuntat ca fiind un “proces magic”, implicand

surse necunoscute ca UV sau polimeri fotosensibili. In mod clar, activitatea de creare rapida a

prototipului nu era noua: chiar si un proiectant putea crea un model 3D fizic cu mainile lui

(bazandu-se pe desenele 2D) mai rapid decat orice sistem de prototipare. Multi autori folosesc totusi

definitii limitate, iar unii includ tehnologiile de creare ale prototipului prin depunere in straturi

subtiri de material (ca si sistemul de stereolitografiere). Aspectul important al acestui procesul ca si

“cutie neagra” este dat de translatia automata a modelului CAD catre modelul fizic, tehnologia

folosita neavand importanta prea mare.

Ideea cheie a acestei noi tehnologii de prototipare rapida este bazata pe descompunerea 3D

in straturi subtiri de sectiune transversala, urmate de formare fizica a straturilor si stivuirea lor “strat

cu strat”. Crearea obiectelor 3D in dispunere stratificata este o idee aproape la fel de veche ca si

civilizatia umana (piramidele egiptene au fost de asemenea construite bloc cu bloc si strat cu strat).

Asezarea in stive a straturilor de materiale in forma individuala are o veche traditie in randul

aplicatiilor de fabricatie la fel ca turnarea pieselor sau ca si topirea piesei. Ceva mai mult de un



11

deceniu arta constructiei de obiecte 3D cu straturi a fost avansata semnificativ de 3D System Inc., o

companie americana din sudul Californiei. Disponibilitatea modelelor 3D computerizate a fost

cruciala in realizarea conceptului de creare a obiectelor stratificate, dar alte tehnologii precum

sistemele laser si computere puternice au ajutat la definirea acestei tehnologii numite

stereolitografie. Aceasta tehnologie este capabila sa produca structuri 3D foarte complexe cu o

foarte mica sau chiar deloc contributie umana. Aparand aproape in paralel cu progresul,

stereolitografia a fost sistemul alternativ pentru fabricarea stratificata oferita de mai multe companii

americane. Sunt incluse sisteme care construiesc obiecte stratificate prin laminarea straturilor demateriale (Helisys) si prin fuziunea stratificata sau legarea materialelor pulverulente (DTM,

Soligen) sau extrudarea firelor de sarma (Stratosys). Progresele au adaugat un sir de materiale noi

care sunt mai bune decat polimerii utilizati in stereolitografie. Avantajele fabricarii stratificate sunt

majoritatea derivate din abilitatile sale de a crea rapid modele fizice, indiferent de complexitatea

formei.

Putem defini astfel prototiparea rapida ca o tehnica ce permite constructia fizica a unui

obiect 3D plecand de la un fisier CAD. Prototipul obtinut este fidel modelului, indiferent de

complexitatea acestuia.

Figura 10 – Reprezentarea 3D a unei piese in CATIA

Prototipul este utilizat pentru a reprezenta, a testa si a corecta anumite concepte de

proiectare. Principalul sau scop este de a servi ca suport pentru testarea anumitor aspecte sau

caracteristici ale sistemului dorit, fara a reclama costuri si durate mari. Prototipul serveste si ca

suport pentru medierea alternativelor de proiectarea ce apar mai ales în cadrul unei echipe

multidisciplinare de studiu. El nu va fi dezvoltat într-un produs final, dar furnizeaza informatii

necesare proiectarii iterative, evaluarii performantelor, constructiei de noi cunostinte etc.

3.2 Principiile de functionare ale unei masini de prototipare rapida

Pentru a realiza un prototip, am ales ca exemplu piesa din figura 10. Astfel, sunt necesare:

•

Un calculator personal;• Un soft ce permite reprezentarea piesei in 3D;

• O masina de prototipare rapida;

• Materiale necesare realizarii prototipului.Calculatorul utilizat pentru realizarea acestei lucrari poate fi un calculator obisnuit, cu

performante medii, de tipul desktop sau laptop.

Softul utilizat pentru reprezentarea 3D a prototipurilor poate fi Catia V5 R19, dar pot fi

utilizate si alte softuri capabile sa realizeze constructii 3D si fisiere „*. stl”.



12

Masina de prototipare prezentata este ZCorp 310 plus (figura 11).

Masina de prototipare este ZCorp 310 plus Desprafuitorul aferent masiniiFigura 11 – Masina si desprafuitorul aferent

Aceasta masina realizeaza prototiparea „strat cu strat” prin depunerea succesiva a unui strat

de liant si a unui strat de pulbere si are urmatoarele caracteristici:

• Marimea cuvei in care se va realiza piesa 203 x 254 x 203 mm;

• Grosimea stratului: ajustabila de catre utilizator in momentul imprimarii intre 0.089 - 0.203

mm;

• Materialul: compozit, elastomer;

• Modelul monocrom;

• Procedeu rapid;

• Viteza de imprimare: 12 mm/h dupa axa Z;

•

Soft ZPrint™.Daca prototipul ce trebuie realizat depaseste dimensiunile 203 x 254 x 203 mm el poate fi

impartit in mai multe parti si apoi „asamblat” prin lipire cu liant.

Masina lucreaza prin pargugerea urmatoarelor etape:

• Se va prelua un desen 3D al unui prototip si se va transfera softului masinii (Figura 12);

Figura 12 – Prototip reprezentat in 3D de catre softul masinii



13

• Desenul prototipului va fi discretizat prin sectionarea acestuia cu un numar de plane egal cu

raportul dintre dimensiunea acestuia dupa axa Z si grosimea stratului imprimat;

• Se va realiza o simulare a functionarii masinii prin parcurgerea tuturor straturilor ce

formeaza prototipul pentru a intelege modul de realizare a acestora si pentru a verifica

functionarea corecta a masinii (Figura 13);

Figura 13 – Exemplu de sectiuni in modelul virtual al prototipului

• Se va realiza o estimare a timpului si a consumului de pulbere (Figura 14);

Figura 14 – Raportul generat de softul ZPrint™

• Se pregateste masina:

o platanul din partea stanga (rezervorul) va fi coborat cu o inaltime mai mare cu cativa

centimetri fata de marimea piesei;o platanul din partea dreapta va fi adus in pozitia „superioara”;

o masina va fi setata pe „on-line”;

•

Se trece la realizarea propriu-zisa a prototipului (Figura 15);



14

Figura 15 – Realizarea unui prototip de catre masina ZCorp 310 plus

• Dupa terminarea „imprimarii” prototipului, acesta se va lasa o perioada de timp (in medie o ora)

pentru a se solidifica liantul impreuna cu pulberea de compozit;

• Se va deschide capacul masinii si se va extrage cu grija prototipul realizat din masa de pulbere

continuta in cuva din partea dreapta (Figura 16);

Figura 16 – Extragerea prototipului din cuva masinii ZCorp 310 plus

• Prototipul se va introduce in desprafuitor pentru a se indeparta excesul de pulbere ce adera

la suprafata acestuia, prin suflarea unui jet puternic de aer (Figura 17);

Figura 17 – Desprafuirea cu jet de aer a prototipului



15

• In vederea cresterii rezistentei mecanice a prototipului acesta se va impregna cu un lac

epoxidic;

Figura 18 – Prototipul final

• Se vor face masuratori dimensionale si de pozitie ale prototipului si se vor compara cu cele

ale modelului 3D, pentru a vedea daca sunt conforme;

•

Se va examina calitatea suprafetelor cat si integritatea acestora;

Astfel, se poate spune ca un prototip permite obtinerea, pe parcursul ciclului de dezvoltare al

unui produs, intr-o perioada foarte scurta de timp, cu un cost minim si cu un minimum de scule, a

unui model ce serveste la validarea conceptiei din punct de vedere estetic, geometric, functional si

tehnologic.

Prototiparea rapida este caracterizata printr-o reducere considerabila a duratei de obtinere a

prototipului la un pret de cost redus al acestuia.

Prototiparea rapida are o serie de avantaje:

• Detectarea anumitor probleme de proiectare;

•

Testarea solutiilor alternative;

• Validarea fezabilitatii industriale;

• Optimizarea formei piesei;

• Reducerea costului cu sculele necesare prelucrarii piesei;

• Realizarea testelor mecanice, termice, ergonomice etc.

4. STUDIU DE CAZ

In cadrul procesului de realizare al unei proteze, primul pas este dat de masuratorile bontului

si de mulajul necesar obtinerii produsului finit. Cum a fost prezentat anterior, din cauza anumitor

factori, bontul, dar mai ales forma si procedurile de obtinere ale acestuia pot suferi complicatii. Casi urmare a acestor complicatii, cea mai importanta poate fi considerata realizarea unei proteze care

nu corespunde pacientului.

Astfel, putem discuta de posibilitatea de a utiliza procedee de prototipare rapida in vederea

diminuarii la maxim a posibilelor erori ce pot aparea in productia unei proteze. Pentru acest lucru,

vom considera necesara realizarea unei proteze partiale de picior simpla pentru amputatii Lisefranc,

marimea 40, pentru piciorul stang. Dupa masurarea bontului, precum si a celuilat picior, utilizand

tehnici de proiectare pe suprafete dupa schite la scara (Figura 19), a fost proiectata versiunea

“bruta” a acesteia in softul CATIA V5R19 (Figura 20).



16

Figura 19 – Proiectarea de suprafete dupa schite

Figura 20 – Forma “bruta” a protezei

Forma exterioara nu intereseaza foarte mult in acest moment, intrucat prototipul va fi creat

strict cu scopul de a testa potrivirea pe bont, precum si pentru a crea o idee despre cum va arata

produsul finit. Dupa salvarea fisierului in format .stl, se trece la simularea prototiparii rapide a

protezei. Avand in vedere faptul ca inaltimea totala a prototipului este de 98.1 mm, putem alege

grosimea fiecarui strat ca fiind de 0.2 mm, ceea ce va duce la un numar de aproximativ 490 de

straturi. Timpul de realizare va fi de aproximativ 8 ore.



17

In figurile 21, 22 si 23 sunt prezentate cateva sectiuni din timpul simularii prototiparii

modelului virtual la straturile 60, 200, respectiv 450, alaturi de inaltimea pe care o are produsul in

acel moment.

Figura 21 – Stratul 60, inaltime 12 mm

Figura 22 – Stratul 200, inaltime 40 mm

Figura 23 - Stratul 450, inaltime 90 mm

In urma simularii realizate, obtinem proteza in forma finala (Figura 24).



18

Figura 24 – Rezultatul simularii

5. CONCLUZII SI PERSPECTIVE

In cazul protezelor, luand in calcul faptul ca majoritatea sunt unicate si produse dupa

specificatiile fiecarui pacient, realizarea unui prototip ofera, in primul rand, avantajul de a avea o

perspectiva mai clara asupra satisfacerii nevoilor pacientului.

Astfel, se pot face teste de montaj si ajustari inca dinainte de a avea produsul final, in acest

mod eliminandu-se eventualele erori sau probleme ce pot aparea, cum ar fi modificarea bontului din

cauza unei bandajari incorecte sau a eventualelor complicatii post-operatorii. Tot in aceasta faza, se

poate ajusta lungimea talpii (anumiti pacienti prefera o talpa mai scurta) sau a adancimii protezei, a

marginilor cupei, sau chiar a modalitatii de fixare.

In acest fel, nu se va mai pierde cel putin o saptamana pentru realizarea unui produs care

poate fi neconform si al carui pret este mare, iar in momentul in care proteza finala va fi produsa,

aceasta va raspunde intocmai la nevoile pacientului.

Totodata, timpul de fabricatie se reduce semnificativ, intrucat proteza se va face dupa untipar bine definit, specific si corect din punct de vedere al formei, putand astfel sa raspunda in

totalitate exigentelor fiecarui pacient in parte.

In final putem afirma faptul ca utilizarea procedeelor de prototipare rapida in cadrul

obtinerii protezelor ortopedice reprezinta un avantaj enorm pentru calitatea lucrarii, reducerea

costurilor si al timpului de executie, precum si din punct de vedere al satisfacerii nevoilor fiecarui

pacient.



19

Bibliografie

1. Anghel, D. (2009). Rapid prototyping in iterative design, using CATIA V5 and Zprinter 310 plus. Scientific

Bulletin, Automotive series, year XV, no. 19, vol. A, Pitesti: Editura Universitatii din Pitesti.

2. Ghionea, I. (2009). CATIA V5. Aplicatii în inginerie mecanica. Bucuresti: Editura Bren.

3. Murray, D. (1989). Problems in prosthetics. CAN. FAM. PHYSICIAN VOL. 35, 309-312.

4. Stan, M. (2012). “Echipamente si Tehnologii Asistive”, Suport de curs, Pitesti.

5. <www.theranova.ro> accesat la 09.05.2013.

6.

<www.rosal-ortopedic.ro> accesat la 10.05.2013.

Documents

Studiul Obtinerii Protezelor Ortopedice Prin Procedee de Prototipare Rapida