Progettazione, analisi FEM e prototipazione di un nuovo piede protesico dinamico a restituzione di energia di livello K2

This thesis focuses on the design and development of a new cost-effective prosthetic foot aimed at improving the performance of the traditional Solid Ankle Cushion Heel (SACH) foot, for use in developing countries. The new design targets K2 mobility level,which represents moderate mobility, providing users with better flexibility and movement than the standard SACH foot. The study includes all phases of the product design cycle, from the market analysis of existing prosthetic feet, the definition of design specifications according to current regulations, structural analysis to select appropriate materials according to ISO 10328:2016 standards, to the prototyping process using 3D printer. The design maintains certain aspects of the traditional SACH foot, such as a keel, but improves it by incorporating innovative components and modifying the type of material of the keel. Different configurations have been done in which, for example, a carbon fiber laminate has been added to improve dynamic energy return or a new bumper was added to enhance shock absorption. The results of this thesis, suggest that this new prosthetic foot, with other improvements and analysis, could be a solution for enhancing mobility and comfort for users with moderate activity levels, contributing to the advancement of accessible prosthetic technologies.

Questa tesi si concentra sulla progettazione e lo sviluppo di un nuovo piede protesico, mirato a migliorare le prestazioni del tradizionale piede Solid Ankle Cushion Heel (SACH), che possa essere utilizzato nei paesi in via di sviluppo. Il nuovo design è destinato a utenti di livello di mobilità K2, che rappresenta una mobilità moderata, offrendo agli utenti una migliore flessibilità e capacità di movimento rispetto al piede SACH standard. Lo studio comprende tutte le fasi del ciclo di progettazione del prodotto, inclusa l'analisi del mercato dei piedi protesici esistenti, la definizione delle specifiche di progettazione in conformità con le normative vigenti, l'analisi strutturale per selezionare i materiali appropriati secondo gli standard ISO 10328:2016, e, infine, una fase di prototipazione utilizzando la stampa 3D. Il design mantiene alcuni aspetti del piede SACH tradizionale, come ad esempio, la carena, ma migliorandolo incorporando componenti innovativi e modificando la tipologia di materiale della carena. Differenti configurazioni sono state studiate in cui, per esempio, una lamina in fibra di carbonio/vetro è stata aggiunta per migliorare il ritorno di energia oppure un bumper è stato inserito per aumentare l’assorbimento degli urti. I risultati di questa tesi, suggeriscono che questo nuovo piede protesico, con le appropriate analisi e miglioramenti, possa essere una soluzione per accrescere la mobilità e il confort degli utilizzatori con un medio livello di mobilità, contribuendo al raggiungimento di tecnologie protesiche accessibili.