توصيفگر ها :
سوكت پروتز پاي مصنوعي , فشار تماسي , روش اجزاي محدود , استحكام , پلي‌لاكتيك اسيد , كامپوزيت¬ اليافي
چكيده فارسي :
در سال‌هاي اخير فناوري چاپ سه‌بعدي در صنايع مختلف و براي كاربردهاي متفاوت به خصوص كاربردهاي پزشكي رشد چشمگيري داشته است. پروتزهاي مصنوعي به صورت گسترده به عنوان جايگزين اندام از دست‌رفته‌ي افرادي كه دچار قطع عضو ناشي از بيماري، تصادفات يا حوادث شده‌اند استفاده مي‌شود. سوكت پروتز مصنوعي قسمتي از ساختار پروتز است كه به عضو باقيمانده بيمار متصل شده و در كشور ايران به روش سنتي، با استفاده از هنر دست متخصص پروتز توليد مي‌شود كه نياز به دقت، مهارت و صرف زمان زياد و هزينه بالا براي بيمار دارد. هدف از انجام اين پژوهش، توليد و بررسي كارآيي سوكت پروتز پاي مصنوعي توليد شده به روش چاپ سه‌بعدي با استفاده از فناوري لايه‌نشاني رشته مذاب است. در همين راستا تاثير ضخامت سوكت (2، 4 و 5 ميلي‌متر)، نوع ماده اوليه تشكيل¬دهنده سوكت (پلي‌لاكتيك اسيد، پلي‌لاكتيك اسيد تقويت¬شده با ذرات كربن و كامپوزيت پلي‌لاكتيك اسيد تقويت شده با نخ شيشه) در سه حالت راه رفتن بيمار (تماس اوليه، تماس كف پا با زمين و ايستادن مياني) بر روي استحكام سوكت و فشار تماسي وارده بر روي عضو باقيمانده مورد بررسي قرار گرفت. تصوير سه‌بعدي از عضو باقيمانده بيمار با دستگاه اسكن سه‌بعدي گرفته شده و به كمك نرم‌افزار مش-ميكسر، سوكت مناسب براي بيمار طراحي شد. با نرم‌افزار اجزاي محدود آباكوس شبيه‌سازي انجام شده و تاثير سطوح مذكور بر فشار تماسي وارده بر عضو باقيمانده و استحكام سوكت بررسي شد. طبق نتايج بدست آمده، فارغ از نوع ماده اوليه بكار رفته در ساختار سوكت، ضخامت 2 ميلي‌متر براي سوكت از نقطه نظر فشار تماسي و استحكام، شرايط مطلوبي ندارد. با افزايش ضخامت به 5 ميلي¬متر، از فشار تماسي وارده بر عضو باقيمانده به مقدار قابل¬توجهي كاسته شده و استحكام افزايش مي¬يابد. همچنين، طبق نتايج بدست آمده، نمونه‌هاي كامپوزيتي در ضخامت¬هاي مورد نظر، طبق معيار تساي‌هيل دچار شكست مي‌شوند. سوكت بهينه، از نظر رعايت حدود فشار تماسي بين سوكت و عضو باقيمانده، استحكام و هزينه¬هاي توليد، سوكت با ضخامت 5 ميلي¬متري از جنس پلي‌لاكتيك اسيد است. در نهايت سوكت مورد نظر توليد شد و با استفاده از حسگرهاي فشاري، فشار تماسي براي يك بيمار سنجيده و نتايج با سوكت قديمي توليد شده به روش سنتي مقايسه گشت. همچنين نتايج شبيه‌سازي شده براي سوكت پلي‌لاكتيك اسيد با ضخامت 5 ميلي‌متر با نتايج آزمون تجربي مقايسه شد. داده¬هاي بدست آمده از روش شبيه¬سازي انطباق خوبي با نتايج تجربي دارد.
چكيده انگليسي :
In the recent years, 3D printing technology has grown significantly in various industries for different applications, especially medical applications. Artificial prosthesis are widely used as a replacement for missing limbs of the people who have suffered amputations due to disease or accidents. An artificial socket is a part of the prosthesis’s structure which is connected to the patient's residual limb. These prosthesis are normally produced by hand which requires high precision and skill. Also, this production method is time-consuming and expensive for the patients. This research undertakes to evaluate the efficiency of the lower-limb socket produced by FDM 3D-printing method. In this regard, the effect of the socket thickness (2, 4 and 5 mm), material type (polylactic acid, polylactic acid reinforced with carbon particles and polylactic acid composite reinforced with glass fibers) in three gait cycles (initial contact, foot flat and midstance) on the contact pressure on residual limb as well as socket strength were investigated. A 3D image from the patient's residual limb was taken using a 3D scanning device. A suitable socket was designed via Meshmixer software using captured image. The produced geometrical model was imported to Abaqus software’s environment and the contact pressure on the residual limb and the socket strength was simulated. The results revealed that regardless to socket’s material type, the thickness of 2 mm is not optimal for the socket in terms of contact pressure and strength. By increasing the socket thickness to 5 mm, the contact pressure on the residual limb was significantly reduced and the socket strength was increased. Also, the composite samples failed at the desired thicknesses according to the Tsai-hill criterion. The optimal socket, in terms of least contact pressure, high strength and low production costs, is the socket made from polylactic acid filaments having the thickness of 5 mm. Finally, the desired socket was produced by 3D printer and, the contact pressure on the patient's residual limb was measured using pressure sensors. Also, the simulated results for the produced socket were compared with the experimental results. The results showed that the outcomes obtained from the simulation method are in good agreement with the experimental results.
