Návrh 3D tištěné předloketní protézy

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá návrhem parametricky řízeného modelu 3D tištěné předloketní protézy. Cílem je automatizovat tu část procesu návrhu a výroby, při které vzniká samotná protéza. Automatizace spočívá v tom, že se model díky své parametrizaci dokáže samostatně přizpůsobit novému skenu pahýlu při minimálním dodatečném zásahu modeláře. Hlavní motivací této práce je snížení časové náročnosti celého procesu a zvýšení efektivity lidské práce, což přispívá ke snížení celkové ceny protézy. Teoretická část začíná přehledem protéz nahrazující jakékoli části těla a popisem jejich funkce. Dále se zaměřuje konkrétně na předloketní (transradiální) protézy a požadavky na ně kladené. Součástí je rovněž popis materiálu PA12GB a technologie 3D tisku Multi Jet Fusion (MJF), které byly použity pro výrobu fyzického prototypu protézy. Proces tvorby modelu začíná importem skenu pahýlu, reprezentovaným souborem .stl, do CAD systému, v tomto případě do softwaru Siemens NX. Na základě této vstupní geometrie navazuje soubor úkonů, kterými je vytvořen model protézy. Po dokončení je model exportován zpět do souboru .stl, což umožňuje tisk na 3D tiskárně. V praktické části jsou nejprve porovnány dva způsoby tvorby parametrického modelu. Poté je jeden z nich vybrán a jeho postup modelování následně rozepsán. Součástí práce je také návrh čtyř variant vizuálního designu, z nichž si pacient může vybrat a nechat na protézu aplikovat. Návrhy jsou opět tvořeny parametricky, díky čemuž se dokážou přizpůsobit novému skenu s minimálním dodatečným zásahem. Dva z těchto designů byly spolu se základní protézou vytištěny pro ověření kvality modelu a tisku. Navržená protéza byla ve své základní podobě podrobena pevnostní analýze, a to jak numericky pomocí simulaci MKP, tak i experimentálně pomocí zkoušky na zkušebním stroji v laboratoři. Pro experiment byla použita jedna z vytištěných protéz. Výsledky obou analýz slouží jako podklad pro dimenzování protézy a potvrzují její odolnost za účelem pravidelného používání.