Desenvolvimento de um protocolo de impressão 3D para a prótese de membro superior Unlimbited Arm v2.2 com base em análises mecânicas

Página do item simplificado
dc.contributor.advisorKunkel, Maria Elizete [UNIFESP]
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8083413188703004pt_BR
dc.contributor.authorBina, Tainara dos Santos [UNIFESP]
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6923143510881975pt_BR
dc.coverage.spatialSão José dos Campos, SPpt_BR
dc.date.accessioned2022-09-12T13:03:26Z
dc.date.available2022-09-12T13:03:26Z
dc.date.issued2022-04-11
dc.description.abstractIntrodução: A manufatura aditiva ou impressão 3D tem sido cada vez mais utilizada na produção de próteses acessíveis para pessoas com amputação de membro superior. Em São José dos Campos, o Projeto de Extensão Mao3D produz próteses que são doadas a quem precisa, feitas com o uso de impressoras 3D, que utilizam o processo de extrusão de material. Um desafio encontrado no processo de reabilitação de amputados utilizando próteses produzidas por manufatura aditiva em impressoras desktop é a baixa qualidade das peças manufaturadas. O modelo de prótese open source mais utilizado no Projeto Mao3D e por outras organizações é o Unlimbited arm v2.2. Até o momento da realização dessa pesquisa não foi encontrado na literatura, um protocolo para ser utilizado no processo de produção desse modelo de prótese. Objetivo: Definir os parâmetros de impressão 3D pelo processo de extrusão de material para manufatura das peças da prótese Unlimbited Arm v2.2 e desenvolver um protocolo de impressão 3D para auxiliar na produção deste dispositivo. Metodologia: Na primeira fase foram realizados ensaios mecânicos de impacto e tração uniaxial em corpos de prova manufaturados por impressão 3D, com filamento poli (ácido lático), para correlacionar os parâmetros de impressão 3D de camada do topo, base, perímetro e densidade de preenchimento interno e as propriedades mecânicas de peças manufaturadas. Na segunda fase foi realizada uma análise estrutural pelo Método dos Elementos Finitos (FEM) para definir quais configurações permitem que a prótese suporte mais carga. A partir desses resultados, na terceira fase 3 da pesquisa foi desenvolvido um protocolo com os parâmetros de impressão adequados para a produção das peças da prótese Unlimbited Arm v2.2. Resultados e discussão: A análise estatística dos dados obtidos mostrou que os parâmetros testados de camada tem mais influência nos resultados de resistência ao impacto e tensão máxima do que o preenchimento. Além disso, foi possível comparar quais configurações de camada e densidade de preenchimento interno fornecem uma peça com melhor resistência mecânica. A análise FEM mostrou que uma prótese manufaturada com número de camadas entre 4 e 5 e densidade de preenchimento interno de 35 a 45% pode segurar um objeto de até 1kg. Além disso, o protocolo apresentar informações relevantes sobre a impressão das peças, em qualquer software de fatiamento. Conclusão: Esta pesquisa auxiliou a definir os parâmetros de impressão 3D para a manufatura da prótese Unlimbited Arm v2.2 e disponibiliza um protocolo em português e inglês para auxiliar na produção dos voluntários que realizam a doação.pt_BR
dc.description.abstractIntroduction: Additive manufacturing or 3D printing has been increasingly used to produce accessible prosthetics for people with upper limb amputation. In São José dos Campos, the Mao3D Extension Project produces prostheses that are donated to those who need them, created with 3D printers that use the material extrusion process. One challenge encountered in the rehabilitation process of amputees using prosthetics made by additive manufacturing on desktop printers is the low quality of the manufactured parts. The open-source prosthesis model most used in the Mao3D Project and by other organizations is the Unlimbited arm v2.2. At the time of this research, it was not found in the literature a protocol to be used in the production process of this prosthesis model. Objective: Define the 3D printing parameters by the material extrusion process to manufacture the parts of the Unlimbited Arm v2.2 prosthesis and develop a 3D printing protocol to assist in the production of this device. Methodology: In the first phase, impact and uniaxial tensile mechanical tests were performed on specimens manufactured by 3D printing with poly (lactic acid) filament to correlate the 3D printing parameters of top, bottom, perimeter, and internal fill density layers and the mechanical properties of the manufactured parts. In the second phase, a Finite Element Method (FEM) structural analysis was performed to define which configurations allow the prosthesis to hold more load. From these results, in the third phase 3 of the research, a protocol was developed with the appropriate printing parameters for the production of the Unlimbited Arm v2.2 prosthesis parts. Results and discussion: Statistical analysis of the obtained results showed that the layer parameters tested have more influence on the results for impact strength and ultimate tensile strength than the infill. Furthermore, it was possible to compare which layer configurations and internal fill density provide a part with better mechanical strength. The FEM analysis showed that a prosthesis manufactured with a layer number between 4 and 5 and an internal fill of 35 to 45% could hold an object of up to 1kg. In addition, the protocol provides relevant information about the printing of the parts, in any slicing software. Conclusion: This research helped to define the 3D printing parameters for the manufacturing of the Unlimbited Arm v2.2 prosthesis and provides a protocol in Portuguese and English to assist the production of the volunteers that realize the donation.pt_BR
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamentopt_BR
dc.format.extent145 f.pt_BR
dc.identifier.citationBina, T. (2022). Desenvolvimento de um protocolo de impressão 3D para a prótese de membro superior Unlimbited Arm v2.2 com base em análises mecânicas.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.unifesp.br/handle/11600/65527
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de São Paulopt_BR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesspt_BR
dc.subjectImpressão 3Dpt_BR
dc.subjectManufatura aditivapt_BR
dc.subjectPoliácido lático (PLA)pt_BR
dc.subjectPrótese de membro superiorpt_BR
dc.subjectAmputaçãopt_BR
dc.subjectPropriedades mecânicaspt_BR
dc.subjectEnsaios mecânicospt_BR
dc.subject3D- printed prosthesispt_BR
dc.subjectAdditive manufacturingpt_BR
dc.subjectPoly (lactic acid)pt_BR
dc.subjectProcess parameterspt_BR
dc.subjectMechanical propertiespt_BR
dc.subjectUpper limbpt_BR
dc.subjectAmputationpt_BR
dc.titleDesenvolvimento de um protocolo de impressão 3D para a prótese de membro superior Unlimbited Arm v2.2 com base em análises mecânicaspt_BR
dc.title.alternativeDevelopment of a 3D printing protocol for the Unlimbited Arm v2.2 upper limb prosthesis based on mechanical analysispt_BR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesispt_BR
unifesp.campusInstituto de Ciência e Tecnologia (ICT)pt_BR
unifesp.graduateProgramMestrado Profissional Interdisciplinar em Inovação Tecnológicapt_BR
unifesp.knowledgeAreaManufatura aditivapt_BR
unifesp.researchAreaPróteses de membro superior feitas por impressão 3Dpt_BR
Arquivos
Pacote Original
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
Dissert. Tainara Ficha.pdf
Tamanho:
9.87 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format
Descrição:
Dissertação de Mestrado final
Baixar
Licença do Pacote
Agora exibindo 1 - 1 de 1
Imagem de Miniatura
Nome:
license.txt
Tamanho:
5.74 KB
Formato:
Item-specific license agreed upon to submission
Descrição:
Baixar
Coleções
Mestrado Profissional Interdisciplinar em Inovação Tecnológica