Superior (sport prosthesis optimized fiber composite). Stampa 3D di un componente modulare protesico

The aim of this thesis is to design 3D printed running specific prosthesis. Extremely performing materials are required for this kind of product; that is why the focus is on composite materials with continuous fibres and discontinuous fibres. Especially we are talking about continuous glass fibre and composite materials with polymeric matrix and carbon reinforcement. The running prosthesis model was chosen from the “C-shaped” category. As a first step, materials were printed with different technologies: FDM (Fused Deposition Modeling), SLS (Selective Laser Sintering), CFCSM (Continuous Fiber Composites Smart Manufacturing), all these technologies allow to print composite material object. As second step, the products have been tested using finite element analysis. In the third step they have been compared with those currently on the market. Over recent years, the 3D printing technique have been introduced in the prosthetic field. The amputee’s life is improved thanks to new medical devices and technologies. The main reason for this research, focused on new materials and methods to produce running prosthesis, is economic. The products on the market are very expensive, not accessible to anyone. However, this research is not only based on the production of low cost prosthesis, but in finding new methods suitable for improve it in efficiency, productivity, customization and price. Customization is the key word for this study. Prosthetic devices should pander every single patient’s movement, people are extremely different from each other, also the amputation are different. To produce a prosthesis can be insidious, with many change. 3D printing can be very useful, in this case, because it’s an automatic and fast process which allow to remove obstacles. Maybe in the future, a new scenario will be open for 3D printing and prosthetic running devices.

Questa tesi ha come obiettivo la progettazione e la stampa 3D di protesi da corsa. Per la realizzazione di questi prodotti sono necessari materiali altamente performanti; pertanto questa ricerca si è focalizzata sull’utilizzo di compositi a fibra continua e a fibra discontinua. Nello specifico sono stati testati ed utilizzati la fibra di vetro continua e alcuni compositi a matrice polimerica e carica di carbonio. Come modello di riferimento è stato scelto un piede protesico da corsa della categoria “C shaped”. In una prima fase, i materiali scelti sono stati stampati utilizzando diverse tecnologie. Si tratta della stampa FDM (Fused Depostion Modeling), SLS (Selective Laser Sintering) e CFCSM (Continuous Fiber Composites Smart Manufacturing), tecnologie che permettono di stampare oggetti in materiale composito. In una seconda fase, sui prodotti sono stati eseguiti dei test di simulazione, utilizzando il metodo degli elementi finiti. Nella terza fase, sono stati confrontati con i dispositivi protesici in commercio. Negli ultimi anni, il mondo della protesica si è avvicinato molto alla stampa 3D. Fornire nuovi ausili medici ed utilizzare nuove tecnologie, ha migliorato notevolmente lo stile di vita delle persone amputate. La motivazione principale, che spinge questa ricerca, focalizzata su nuovi materiali e nuovi metodi per la produzione delle protesi da corsa, è di natura economica. I prodotti in commercio, infatti, hanno prezzi molto elevati, per tale motivo non sono accessibili a tutti. Tuttavia, lo scopo di questa ricerca non è solo produrre protesi low cost, ma trovare anche nuovi metodi che le possano migliorare in termini di efficienza, producibilità, personalizzazione e costo. È proprio la personalizzazione la parola chiave che motiva questa indagine. Le protesi devono assecondare ogni singolo movimento della persona, le persone sono estremamente diverse come diverse sono le tipologie di amputazione. Spesso il percorso di produzione di una protesi è molto lungo e prevede svariati cambiamenti. Avere un processo automatico e rapido come la stampa 3D, potrebbe abbattere diversi ostacoli e aprire il panorama per un nuovo futuro nella progettazione delle protesi da corsa.