Progettazione e ottimizzazione del piede protesico SACH: efficienza funzionale per un dispositivo protesico accessibile

This thesis work aims to develop an improved version of the SACH (Solid Ankle Cushion Heel) prosthetic foot, with the aim of increasing efficiency in terms of mobility, aiming to reach the K2 mobility level (nomenclature to indicate a moderate level of mobility), while maintaining the product within a medium-low price range (50-70 euros). To this end, a study of the biomechanics of the foot was conducted, in order to understand the natural movements and stresses that a prosthesis must withstand. The operating principles and limitations of the SACH foot and its main alternatives were analyzed, with particular attention to the aspects that influence the flexibility and elastic response of the device. In addition to this, an investigation was conducted on the materials commonly used in the production of low-cost prostheses, evaluating their mechanical characteristics, durability, and resistance. At the same time, innovative solutions and advanced materials derived from other industrial sectors, such as those used in the sports footwear sector, were explored, evaluating their compatibility and efficiency. Market research allowed us to identify key user needs, such as comfort, durability, and reliability, as well as the market potential of an affordable SACH prosthetic foot. The design process continued with the 3D modeling of the prosthetic foot and the creation of 3D printed prototypes to verify the feasibility and assembly of the components. The design phase concluded at the concept level, with the creation of a prototype printed in PLA. Based on the results obtained, it is possible to demonstrate the feasibility of an optimized SACH prosthetic foot, capable of offering adequate mobility at a low cost. This approach aims to make quality prostheses more accessible to a large number of users, ensuring greater performance.

Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo lo sviluppo di una versione migliorata del piede protesico SACH (Solid Ankle Cushion Heel), con l’intento di aumentare l’efficienza in termini di mobilità, mirando a raggiungere il livello di mobilità K2 (nomenclatura per indicare un livello di mobilità moderata), mantenendo al contempo il prodotto entro una fascia di prezzo medio-bassa (50-70 euro). A tal fine, è stato condotto uno studio della biomeccanica del piede, al fine di comprendere i movimenti naturali e le sollecitazioni che una protesi deve sostenere. Sono stati analizzati i principi di funzionamento ed i limiti del piede SACH e delle sue principali alternative, con una particolare attenzione agli aspetti che influenzano la flessibilità e la risposta elastica del dispositivo. Oltre a ciò, è stata condotta un’indagine sui materiali comunemente utilizzati nella produzione di protesi a basso costo, valutando le loro caratteristiche meccaniche, durata e resistenza. Parallelamente, sono state esplorate soluzioni innovative e materiali avanzati derivati da altri settori industriali, come ad esempio quelli utilizzati nel settore delle calzature sportive, valutandone la compatibilità e l’efficienza. La ricerca di mercato ha permesso di identificare i bisogni principali degli utenti, come il comfort, la durata e l’affidabilità, nonché il potenziale di mercato di un piede protesico SACH economicamente accessibile. Il processo di progettazione è proseguito con la modellazione 3D del piede protesico e la realizzazione di prototipi stampati in 3D per verificarne la fattibilità e l’assemblaggio dei componenti. La fase progettuale si è conclusa a livello di concept, con la realizzazione di un prototipo stampato in PLA. Sulla base dei risultati ottenuti, è possibile dimostrare la fattibilità di un piede protesico SACH ottimizzato, in grado di offrire una mobilità adeguata a un costo contenuto. Questo approccio mira a rendere le protesi di qualità più accessibili a un ampio numero di utenti, garantendo una maggiore performance.