Design of an OA Knee Brace developed via additive manufacturing

L’obiettivo del lavoro è stato quello di andare a realizzare un tutore per arto inferiore per il trattamento di problematiche quali osteoartrite, dolore rotuleo e lesioni del legamento crociato anteriore. Il suddetto tutore è stato sviluppato in collaborazione con l’azienda “Aid4Med” per la realizzazione tramite stampa 3D. Inizialmente, sono stati studiati differenti modelli di ginocchiere delle più note aziende presenti sul mercato e, parallelamente, sono state approfondite le patologie che esse andavano a trattare. È stato, di conseguenza, individuato quali problema affrontare, ovvero ci si è concentrati sulla patologia dell’osteoartrite, ma cercando di sviluppare un modello che potesse andare a trattare anche patologie correlate, quali dolore rotuleo e problemi legati al legamento crociato anteriore. Sono state susseguite diverse idee per il design del tutore, terminando con due modelli di ginocchiere: una per il trattamento di osteoartrite e sostegno ai legamenti, ed una alternativa dotata di una parte accessoria atta a contenere anche i problemi legati alla patella. Una volta realizzati i modelli su CAD, è stato eseguito uno studio sui possibili materiali per la realizzazione del tutore. La scelta per il telaio portante è ricaduta sul PLA, mentre per la parte accessoria è stato individuato un materiale elastico, il “Flexifil”, così da poter accompagnare al meglio il piegamento del ginocchio. Successivamente, sono state effettuate prove sul software “Abaqus” per verificare la corretta resistenza agli sforzi che il tutore subirebbe una volta indossato dal paziente, con particolare riguardo alla trazione e alla flessione. Uno step importante, inoltre, è stato quello di valutare la direzione ottimale dei layer con cui andare a stampare tramite produzione additiva, in modo tale da ottimizzare ulteriormente la resistenza agli sforzi della ginocchiera. Per effettuare ciò sono stati implementati sia modelli su “Abaqus” rappresentativi delle varie configurazioni possibili di stampa, sia sono state effettuate prove meccaniche con provini fisici di PLA. L’ultimo step è stato quello di individuare tutti i componenti accessori: il neoprene adesivo per un corretto confort e grip sulla pelle del paziente, i lacci in Velcro per l’aggancio e infine le cerniere meccaniche da posizionare sull’articolazione del ginocchio. Il tutore così realizzato tramite stampa 3D permette di avere un’ottima specificità per il paziente, adattando le forme della ginocchiera alla conformazione dell’arto inferiore, unendo in questo modo confort e funzionalità.