بررسي اثر متغيرهاي ساختاري برخواص مكانيكي سوكت‌هاي زير زانو تهيه شده با چاپگرهاي سه بعدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

طراحي و ساخت سوكت‌هاي زيرزانو به عنوان واسط بين اندام باقي‌مانده و اندام مصنوعي، از چالش‌هاي اصلي در توانبخشي قطع عضو است كه تأثير مستقيمي بر راحتي، ايمني و كيفيت زندگي كاربر دارد. اين پژوهش با هدف بررسي اثر متغيرهاي ساختاري شامل ضخامت ديواره (3، 4 و 5 ميلي‌متر) و وجود سوراخ‌هاي سبك‌سازي (با قطر 3 و 5 ميلي‌متر) بر خواص مكانيكي سوكت‌هاي توليدشده با چاپ سه‌بعدي انجام شد. نوآوري اصلي اين تحقيق در مدلسازي جامع تمامي نيروها و گشتاورهاي شش‌گانه وارد بر سوكت در حين راه‌رفتن، به جاي تمركز صرف بر نيروي عكس‌العمل زمين، و نيز بررسي تأثير سوراخ‌هاي هدفمند بر توزيع تنش و سبك‌سازي است. در اين راستا، داده‌هاي اسكن سه‌بعدي از اندام باقي‌مانده يك بيمار مرد 51 ساله با قد 169 سانتيمتر و وزن 61 كيلوگرم به عنوان مدل پايه قرار گرفت. طراحي اوليه سوكت و ايجاد سوراخ‌هاي سبك‌سازي با قطر 3 و 5 ميلي‌متر در نرم‌افزار مش‌ميكسر انجام شد. سپس شبيه‌سازي مكانيكي با در نظر گرفتن كليه نيروها و گشتاورهاي شش‌گانه مؤثر در فاز پاي صاف در چرخه راه رفتن، در نرم‌افزار آباكوس صورت پذيرفت. نتايج شبيه‌سازي به روش اجزاي محدود نشان داد كه افزايش ضخامت ديواره سوكت از 3 به 5 ميلي‌متر، موجب كاهش قابل توجه تنش فون‌مايزز از حدود 52-47 مگاپاسكال به 23-13 مگاپاسكال و افزايش ضريب اطمينان از كمتر از 1 به بيش از 3 مي‌شود. همچنين، سوراخ‌هاي بزرگ‌تر (5 ميلي‌متر) در مقايسه با سوراخ‌هاي كوچك‌تر (3 ميلي‌متر)، اگرچه باعث تمركز تنش موضعي مي‌شوند، اما به دليل بازتوزيع بهتر بار، تنش كلي كمتري در ناحيه بحراني (ديستال) ايجاد كردند. حداكثر فشار تماسي ثبت‌شده بر اندام باقيمانده (حدود 237/0 مگاپاسكال) در تمام نمونه‌ها پايين‌تر از آستانه تحمل درد بافت نرم گزارش شد. سوكت بهينه با طراحي تركيبي (ضخامت متغير 5، 4 و 3 ميلي‌متر و سوراخ‌هاي 5 ميلي‌متري) انتخاب و با استفاده از فيلامنت PLA+ چاپ شد. اين سوكت با وزن 419 گرم، بيشينه تنش فون‌مايزز 04/14 مگاپاسكال و ضريب اطمينان 80/2، معيارهاي ايمني را به خوبي برآورده كرد. آزمايش مكانيكي مطابق استاندارد ISO 10328 نيز مقاومت سوكت را تا بار اثباتي 1860 نيوتن بدون شكست يا ترك تأييد نمود. در نهايت، اين مطالعه نشان داد كه با بهينه‌سازي همزمان ضخامت و الگوي سوراخ‌ها مي‌توان به سوكت‌هايي با استحكام كافي، وزن كمتر و راحتي بهبوديافته دست يافت.

236132

فناوري

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان