Progettazione di un'ortesi motorizzata per arto inferiore = Design of a motorized lower limb orthosis

Le ortesi sono dispositivi medici esterni utilizzati per supportare, allineare o migliorare la funzione degli arti e del sistema neuro-muscoloscheletrico. In particolare, le ortesi attive rappresentano una classe avanzata di dispositivi capaci di fornire ulteriore equilibrio, rigidità e resistenza dell’arto. A differenza delle ortesi tradizionali, che forniscono un supporto passivo, le ortesi attive integrano componenti quali motori, attuatori pneumatici o idraulici che permettono un movimento assistito dell’arto interessato. Il loro utilizzo è tuttavia limitato da costi elevati, ingombro e peso. Questo studio propone un approccio innovativo alla progettazione e realizzazione di ortesi attive per ginocchio sfruttando il modello CAD dell’arto interessato e la Fabbricazione Additiva (AM) per ottenere dispositivi altamente personalizzati a costi e tempi ridotti rispetto ai metodi tradizionali come ad esempio la Fiberglass-Casting, seppur mantenendo alti gli standard funzionali. In questa tesi è stata progettata una struttura di ortesi attiva per ginocchio partendo da un modello CAD di una gamba precedentemente sviluppato mediante Reverse Engineering. È stata poi sfruttata l’ottimizzazione topologica, un approccio matematico che può essere utilizzato per ottimizzare la disposizione del materiale all'interno di uno spazio di progettazione, per massimizzare la rigidità e minimizzare la massa della struttura. Durante la fase di ottimizzazione particolare attenzione è stata posta sulla corretta disposizione di carichi e vincoli, data la limitata letteratura in merito. Per la realizzazione fisica dell'ortesi sono state confrontate due tecnologie di fabbricazione additiva: Fused Deposition Modeling (FDM) con Acrilonitrile Butadiene Stirene (ABS) e Selective Laser Sintering (SLS) con Nylon (PA 12). Il confronto ha riguardato la resistenza meccanica, i costi e i tempi di produzione, inclusi quelli di post-processo. Infine, è stata condotta un'analisi dettagliata dei costi di realizzazione. I risultati confermano l'efficacia delle tecnologie additive nel ridurre i costi senza comprometterne la funzionalità, offrendo un’alternativa valida e accessibile ai metodi tradizionali.