Μελέτη και σχεδιασμός ορθοπεδικού βοηθήματος για πρόληψη μυοσκελετικών παθήσεων με αξιοποίηση της DFAM
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2025-03-12
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών
Επιβλέπων
Περίληψη
Προσθετική κατασκευή AM (Additive manufacturing) είναι ο καθιερωμένος πλέον όρος αυτού που τα
προηγούμενα χρόνια αποκαλούνταν ταχεία πρωτοτυποποίηση RP (Rapid Prototyping) και σήμερα είναι γνωστό
στο ευρύ κοινό ως τρισδιάστατη εκτύπωση (3D Printing). Είναι μια μέθοδος κατασκευής εξαρτημάτων μέσω
της επάλληλης τοποθέτησης υλικού σε στρώματα. Η επάλληλη αυτή τοποθέτηση υλικού ποικίλει στον τρόπο
που πραγματοποιείται ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη τεχνολογία και το υλικό. Οι τεχνολογίες της
προσθετικής κατασκευής αναπτύσσονται τα τελευταία τριάντα χρόνια, τεράστια ώθηση έδωσε η ραγδαία
ανάπτυξη τόσο της επιστήμης των υπολογιστών, όσο και της επιστήμης των υλικών. Αναμφισβήτητα, η
προσθετική κατασκευή αποτελεί τη μεγαλύτερη τεχνολογική επανάσταση των τελευταίων ετών καθώς
υπόσχεται να αναβαθμίσει πολλούς τομείς και να επηρεάσει σημαντικά τον τρόπο ζωής. Σήμερα, οι τεχνολογίες
προσθετικής κατασκευής έχουν αναπτυχθεί σε τέτοιο βαθμό που χρησιμοποιούνται σε όλους τους
παραγωγικούς κλάδους για την παραγωγή τελικών αντικειμένων. Με αφετηρία τους κλάδους της
αυτοκινητοβιομηχανίας, της αεροδιαστημικής και των ιατρικών προϊόντων, η προσθετική κατασκευή
χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό και στην ανάπτυξη σχεδόν οποιουδήποτε είδους καταναλωτικού προϊόντος. Ο
σημαντικότερος από όλους τους παράγοντες που διαθέτουν οι τεχνολογίες προσθετικής κατασκευής είναι η
δημιουργία εξατομικευμένων προϊόντων. Η παρούσα διπλωματική εργασία με τίτλο «Βελτιστοποίησης
σχεδίασης ορθοπεδικού κηδεμόνα με προσθετική κατασκευή» παρουσιάζει τη παραδοσιακή μέθοδος
κατασκευής ενός κηδεμόνα σε σύγκριση με την παραγωγή με τη βοήθεια Η/Υ και συστήματα CAD/CAM. Τα
τελευταία χρόνια εφαρμόζεται η παραγωγή εξατομικευμένων κηδεμόνων για παθήσεις σπονδυλικής στήλης
μέσω της χρήσης της Προσθετικής Κατασκευής. Οι μελέτες που έχουν πραγματοποιηθεί έως σήμερα
προτείνουν διάφορους σχεδιασμούς που προκύπτουν κυρίως από την εμπειρία και τη γνώση του ορθωτικού,
αλλά είναι αδύνατο να εξασφαλίσουν ένα βέλτιστο σχεδιαστικό αποτέλεσμα όπως είναι η κατασκευής ενός
εξατομικευμένου νάρθηκα. Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, με τη χρήση προηγμένων
σχεδιαστικών εργαλείων και κατασκευαστικών μεθόδων στόχο έχει την σχεδίαση ενός εξατομικευμένου
κηδεμόνα. Τα προγράμματα CAD/CAE/CAM που χρησιμοποιούνται στην βιομηχανία συντελούν στις
μεθόδους σχεδίασης, υπολογισμού και κατασκευής. Το λογισμικό πακέτο που χρησιμοποιήθηκε στην εργασία
είναι το Solidworks της Dassault Systemes, το οποίο παρέχει τη δυνατότητα για σχεδίαση, κατασκευή και
έλεγχο του προϊόντος. Ένα από τα βασικά βήματα για κάθε σχεδιαστή που χρησιμοποιεί το λογισμικό είναι η
ύπαρξη του “Topology Study”, χρησιμοποιήθηκε για να υλοποιηθεί μια μελέτη με επαναλήψεις σχεδιασμού
προκειμένου να μειωθεί το βάρος του κηδεμόνα χωρίς να επηρεαστεί το διορθωτικό αποτέλεσμα. Η εφαρμογή
της τοπολογικής βελτιστοποίησης μπορεί να προσφέρει ένα ελαφρύτερο και άνετο αποτέλεσμα για τον ασθενή
και ταυτόχρονα να πληροί τα κριτήρια υψηλής αντοχής που απαιτούνται. Τα σχέδια μελέτης τοπολογικής
βελτιστοποίησης ταιριάζουν τέλεια με διαδικασίες προσθετικής κατασκευής AM (Additive Manufacturing) που
έχουν πιο επιεικούς κανόνες σχεδιασμού και μπορούν εύκολα να αναπαράγουν πολύπλοκες γεωμετρίες. Η
εναπόθεση τηγμένου υλικού FDM (Fused Deposition Modelling) είναι μία από τις μεθόδους της προσθετικής
κατασκευής που μπορεί να εφαρμοστεί για ορθωτικές και προσθετικές εφαρμογές. Τα αποτελέσματα της
παρούσας διπλωματικής εργασίας παρουσιάζουν τη δυνατότητα εφαρμογής της χρήσης συστημάτων
σχεδιομελέτης και παραγωγής σε συνδυασμό με την τεχνολογία της AM ως μία εναλλακτική επιλογή για τον
σχεδιασμό και την κατασκευή εξατομικευμένων ιατρικών προϊόντων.
AM (Additive manufacturing) is a generally accepted term of what was previously known as RP (Rapid Prototyping) whereas now it is commonly known as (3D Printing). It is a method of constructing components by applying several layers of the material. This method of applying the material varies according to the technology and the material used. The technology of AM has developed over the last thirty years. However, the rapid development in the computer science as well as that of the science of materials have boosted the technology of AM immensely. Undoubtedly, AM constitutes the most significant technological achievement of the last few years since it is bound to upgrade multiple sectors and impact our way of life extensively. Nowadays AM technology has developed to such an extent that it is utilized in all industrial sectors for the production of the end product. To begin with the industries of car manufacturing, aerospace engineering and medical products, AM is applied in the design and development of almost any kind of consumer products. The most important aspect of AM technology is its ability to customize products. This undergraduate thesis entitled “Improved design of orthopedic back brace with the use of AM technology” presents the conventional construction method of a back brace as opposed to that with the help of a computer and CAD/CAM systems. In the past few years there has been an increase in the implementation of the production of customized back braces for spinal disorders with the use of AM technology. The studies conducted so far have put forward several designs which are mainly the result of experience and knowledge of orthotist, however, they have not been able to ensure the best possible design effect such as a customized splint. The objective of this undergraduate thesis is to design a customized back brace with the use of state-of-the-art design tools and construction methods. The CAD/CAE/CAM programs, which are used in the field of industry, are conducive to the design, calculation and construction methods. The software used for the purpose of this assignment was Solidworks of Dassault Systemes, which enables design, construction and quality control of the end product. One of the basic steps for every designer who makes use of this software is the existence of “Topology Study”, which was used to conduct a study with design repetitions with a view to reducing the weight of the back brace without affecting the corrective effect. The implementation of topology study can provide the patient with a lighter and comfortable structure which will also meet durability requirements. The designs for topology study match perfectly with AM (Additive Manufacturing) procedures which have more flexible design standards and can easily reproduce complex geometry patterns. FDM (Fused Deposition Modelling) is one of AM methods which can be implemented in the case of orthotic and prosthetic applications. The results of this undergraduate thesis present the extent to which the CAD/CAE/CAM systems combined with AM technology can be implemented as an alternative option for the design and construction of customized medical products.
AM (Additive manufacturing) is a generally accepted term of what was previously known as RP (Rapid Prototyping) whereas now it is commonly known as (3D Printing). It is a method of constructing components by applying several layers of the material. This method of applying the material varies according to the technology and the material used. The technology of AM has developed over the last thirty years. However, the rapid development in the computer science as well as that of the science of materials have boosted the technology of AM immensely. Undoubtedly, AM constitutes the most significant technological achievement of the last few years since it is bound to upgrade multiple sectors and impact our way of life extensively. Nowadays AM technology has developed to such an extent that it is utilized in all industrial sectors for the production of the end product. To begin with the industries of car manufacturing, aerospace engineering and medical products, AM is applied in the design and development of almost any kind of consumer products. The most important aspect of AM technology is its ability to customize products. This undergraduate thesis entitled “Improved design of orthopedic back brace with the use of AM technology” presents the conventional construction method of a back brace as opposed to that with the help of a computer and CAD/CAM systems. In the past few years there has been an increase in the implementation of the production of customized back braces for spinal disorders with the use of AM technology. The studies conducted so far have put forward several designs which are mainly the result of experience and knowledge of orthotist, however, they have not been able to ensure the best possible design effect such as a customized splint. The objective of this undergraduate thesis is to design a customized back brace with the use of state-of-the-art design tools and construction methods. The CAD/CAE/CAM programs, which are used in the field of industry, are conducive to the design, calculation and construction methods. The software used for the purpose of this assignment was Solidworks of Dassault Systemes, which enables design, construction and quality control of the end product. One of the basic steps for every designer who makes use of this software is the existence of “Topology Study”, which was used to conduct a study with design repetitions with a view to reducing the weight of the back brace without affecting the corrective effect. The implementation of topology study can provide the patient with a lighter and comfortable structure which will also meet durability requirements. The designs for topology study match perfectly with AM (Additive Manufacturing) procedures which have more flexible design standards and can easily reproduce complex geometry patterns. FDM (Fused Deposition Modelling) is one of AM methods which can be implemented in the case of orthotic and prosthetic applications. The results of this undergraduate thesis present the extent to which the CAD/CAE/CAM systems combined with AM technology can be implemented as an alternative option for the design and construction of customized medical products.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Προσθετική κατασκευή, Συστήματα CAD/CAE/CAM, Εναπόθεση τηγμένου υλικού, Σπονδυλική στήλη, Additive manufacturing, CAD/CAE/CAM systems, Fused Deposition Modelling, Spine