prótese mioelética infantil por impressão 3d
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Modelagem 3D, Manufatura aditiva e Análise Computacional de uma prótese mioelétrica infantil de membro superior
Instituto de Ciência e Tecnologia - Engenharia Biomédica
Aluna : Thabata Alcantara Ferreira GangaOrientadora: Profª Drª Maria Elizete Kunkel
Junho de 2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULOINSTITUTO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIAENGENHARIA BIOMÉDICA
Introdução
2-42
(Science Museum, Londres) 31069 - 664 AC, Egito 1
Renascimento (1400 – 1800) 2 Ficção cientifica (1980-2016) 4,5Século 19, Alemanha 3
Introdução
Fig. 1 – 31 ossos. Fig. 2 – Articulações (17). Fig. 3 – Tendões (17) e musculatura (19).
Rádio
Ulna
Mão8 articulações
Membro superior: Anatomia
3-42
Membro superior: Fisiologia
Introdução
Fig. 4 – Sistema de controle muscular. Fig. 5 – Unidade motora.
Medula espinal
Músculo
4-42
Membro superior: Biomecânica
Introdução
Fig. 6 – 27 Graus de liberdade da mão (CUNHA, 2002). Fig. 7 – Principais funções da mão (LINSCHEID, 2002).
Garra
Pinça
5-42
Deficiência motora: Ausência, malformação congênita e amputação de membro superior
Introdução
Fig. 9 – Diferentes graus (CAPITAL HEALTH, 2016).
Fig. 8 – Malformação congênita (CHAVHAN et al, 2010).
6-42
Fig. 10 – Portadores de deficiência no Brasil (IBGE, 2010; 2011).
Deficiência motora: Ausência, malformação congênita e amputação de membro superior
Introdução
Argentina
41,5 Mi
Uruguai
3,4 Mi
Portugal
10,4 Mi
(WORLD BANK, 2014)
45,6 Mi
24,6 Mi
54%
7-42
Fig. 11 – Tipos de deficiência no Brasil (IBGE, 2010; 2011).
Deficiência motora: Ausência, malformação congênita e amputação de membro superior
Introdução
Fig. 12 – Amputação realizadas pelo SUS em 2011 (BRASIL, 2013).
8-42
Deficiência motora: Ausência, malformação congênita e amputação de membro superior
Fig. 13 – Principais causas de amputação no SUS (BRASIL, 2013). Fig. 14 – Parte do corpo afetada por acidente de trabalho (SMOR, 2014).
Introdução
9-42
Protetização e reabilitação de membro superior
Fig. 15 – Próteses comerciais (CARVALHO, 2004) Fig. 16 – Orçamento de uma prótese mioelétrica.
Introdução
10-42
Protetização e reabilitação de membro superior
SUSPor rotina não
fornece prótese de membro superior
para crianças
Fig. 17 – Reabilitação de crianças no Brasil (ABOTEC, 2015).
Introdução
Deficientes físicos
Reabilitação
45,6 Mi
2,3 Mi
7,5%0 a 15 anos 5%
171 milCrianças fazendo
reabilitação
11-42
Prótese de membro superior feita por manufatura aditiva
Fig. 18 – Manufatura por fusão e deposição (FDM).
Introdução
FDM
ABS – R$ 100,00
acrilonitrila butadieno
estireno
PLA – R$ 130,00
poli acido lático
12-42
Prótese de membro superior feita por manufatura aditiva
Fig. 19 – Evolução das próteses.
Até o séc. XIX
Séc. XX
Introdução
Séc. XXI
13-42
Prótese de membro superior feita por manufatura aditiva
Fig. 20 – Tipos de prótese segundo nível de amputação (E-NABLE, 2015).
Introdução
14-42
Prótese mioelétrica de membro superior feita por manufatura aditiva
Fig. 21 – Modelos de próteses mioelétricas (E-NABLE, 2015).
Introdução
15-42
The Limbitiless Arm (TLA)
Fig. 22 – Crianças utilizando TLA (UCF Armory, 2015).
Motivação
16-42
Objetivo
Investigar a redução do custo de produção de uma prótese mioelétrica de membro superior por manufatura aditiva (MA) e
análise com o método de elementos finitos (FEM).
17-42
Metodologia
Fig. 23 – Fluxograma.
The Limbitiless Arm
Analise cinemática
Manufatura
Montagem
Simulação computacional
Mio3D
Manufatura
Montagem
Simulação computacional
Modelagem 3D
18-42
Analise cinemática
Fig. 24 – Cadeia cinemática.
• Thingiverse (web) – modelo em stl.• Software Meshmixer.• Estudo do mecanismo.
Metodologia
19-42
Manufatura aditiva
Fig. 25 – Impressora 3D nacional Sethi3D AiP.
• Software Repetier Host.• Modelo da prótese em stl.• Software Slic3r.• Material - ABS (35%) e Flex (35%).
Metodologia
20-42
Manufatura aditiva
Fig. 25 – Impressora 3D nacional Sethi3D AiP.
• Software Repetier Host.• Modelo da prótese em stl.• Software Slic3r.• Material - ABS (35%) e Flex (35%).
Metodologia
21-42
Montagem
Fig. 26 – Esquema de montagem da mão (UFC Armory, 2014). Fig. 27 – Fluxograma de acionamento.
Metodologia
22-42
Simulação computacional
Metodologia
Fig. 28 – Método dos elementos finitos.
A)
B)
C)
Deformação e Tensão
23-42
Geometria e propriedades materiais
Forças atuantes Deformação
A)
B)
C)
Deformação e Tensão
Geometria e propriedades materiais
Forças atuantes Deformação
Simulação computacional
Fig. 29 – Condição de contorno.
• Software Inventor – simulação.• Fator de segurança > 3.• NBR 6122/1996 (fundações de prédios).
• ABS e PLA (MATWEB, 2016).
Metodologia
25-42
Mio3D
Metodologia
26-42
Modelagem 3D com alteração estrutural
• Resultado FEM – Área de cisalhamentodo braço da prótese.
• Software FreeCAD – stl em step.• Inventor – modelagem paramétrica 3D.• MeshMixer – detalhes estéticos (stl).
Metodologia
27-42
Manufatura aditiva e montagem
Fig. 30 – Impressora 3D nacional Stella 3D
• Software Repetier Host.• Modelo da Mio3D em stl.• Software Slic3r.• Material - PLA (10%) e Flex (25%).
Metodologia
28-42
Resultados e Discussão
The Limbitiless Arm
Analise cinemática
Manufatura
Montagem
Simulação computacional
Mio3D
Manufatura
Montagem
Simulação computacional
Modelagem 3D
29-42
Analise cinemática
Fig. 31 – Modelo 3D do Thingiverse. Fig. 32 – Diagrama cinemático.
19 GDL
Resultados e Discussão
30-42
Manufatura aditiva e montagem
Fig. 33 – a) Estrutura e b) funcionamento. Fig. 34 – Sensor e eletrodo.
Produzido em
42 h
Resultados e Discussão
Estrutura Massa (kg)
Mão 0,240
Braço 0,245
Total 0,485
31-42
Resultados e Discussão
Manufatura aditiva e montagem
32-42
Simulação computacional
Fig. 35 – a) Malha; b) von Misses; c) FS e d) deformação.
Resultados e Discussão
ABS PLA
Fmax (N) 520 510
Deformação (mm) 2 10
• Deformação e tensão• Software Inventor – simulação• FS < 3
Deformação
33-42
Mio3D
Resultados e Discussão
34-42
Fig. 36 – Peças que compõe a prótese. Fig. 37 – Montagem da parte mecânica e eletrônica.
Resultados e Discussão
Modelagem 3D com alteração estrutural
35-42
Fig. 38 – Protótipo da Mio3D.
Manufatura aditiva e montagem
Resultados e Discussão
Produzido em
96 h
Estrutura Massa (kg)
Mão 0,142
Braço 0,150
Total 0,292
36-42
Fig. 39 – a) Malha; b) von Misses; c) FS e d) deformação.
• Deformação e tensão• Software Inventor – simulação• FS < 3
Resultados e Discussão
ABS PLA
Fmax (N) 600 695
Deformação (mm) 2 13
Simulação computacional
Deformação
37-42
Fig. 40 – a) TLA e b) novo modelo
ABS x PLA
Resultados e Discussão
ABSMio3d TLA
PLAMio3d TLA
Fmax (N) 600 520 695 510
Deformação (mm) 2 2 13 10
38-42
Fig. 40 – Custo
Resultados e Discussão
R$ 15.000,00 6
R$ 300,00Estrutura mecânica da Mio3D
39-42
Conclusão
• Modelagem 3D: parametrização e personalização (lúdico).
Prótese mioelétrica infantil de baixo custo
40-42
Conclusão
• Modelagem 3D: parametrização e personalização (lúdico).
• Manufatura aditiva: reprodutibilidade, baixo custo e tempo.
Prótese mioelétrica infantil de baixo custo
41-42
Conclusão
• Modelagem 3D: parametrização e personalização (lúdico).
• Manufatura aditiva: reprodutibilidade, baixo custo e tempo.
• Método dos elementos finitos: custo-benefício na produção.
Prótese mioelétrica infantil de baixo custo
42-42
• Modelagem 3D: parametrização e personalização (lúdico).
• Manufatura aditiva: reprodutibilidade, baixo custo e tempo.
• Método dos elementos finitos: custo-benefício na produção.
• Material PLA: leve, baixo custo, biodegradável, biocompatível
e boa resistência estrutural.
Conclusão
Prótese mioelétrica infantil de baixo custo
43-42
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Referencias bibliográficas
44-42
Fim
ganga.thabata@gmail.com
Agradecimentos:
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