Desenvolvimento de próteses para membros inferiores híbridas em impressão 3d/fibra de carbono

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: SILVA, Felipe Eduardo Ribeiro
• Orientador(a): ANCELOTTI JUNIOR, Antonio Carlos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Engenharia Mecânica
• Departamento: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Prótese; Escaneamento; Impressão 3D; Manufatura aditiva; Fibra de carbono; Simulação computacional
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/4083

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.