Metodologie per la progettazione di ortesi realizzate con manifattura additiva = Methodologies for the design of orthoses made with additive manufacturing

Negli ultimi anni vi è stato un graduale cambiamento nell'approccio alla gestione della salute dei pazienti. Nel tempo si è consolidato l'utilizzo di soluzioni standardizzate, uguali per tutti i pazienti e dunque caratterizzate da una limitata adattabilità alla persona. La tendenza attuale è invece rivolta alla medicina personalizzata, in cui l’obiettivo è quello di focalizzarsi sull’individuo specifico e creare soluzioni su misura per un maggior beneficio; in particolare questo approccio sta trovando sempre maggiore applicazione in combinazione con tecniche di reverse engineering (scansioni 3D, TAC) e tecniche di produzione innovative, quali la manifattura additiva. Uno dei campi di maggiore interesse e sviluppo in questo senso è attualmente rappresentato dai dispositivi protesici personalizzati. I calchi tradizionali sono strutture ingombranti e talvolta pesanti, alle quali è associato un alto rischio di complicanze cutanee; per questo motivo la progettazione di ortesi realizzate tramite manifattura additivi consente di produrre dispositivi più leggeri ma ugualmente resistenti grazie alle geometrie che possono essere realizzate. Il presente lavoro di tesi ha come scopo lo studio di una metodologia per la progettazione di un’ortesi personalizzata; in particolare è stato qui analizzato il caso studio delle ortesi per la stabilizzazione delle fratture del polso. Nella prima fase del lavoro si è realizzata una geometria su misura del gesso a partire dalla scansione 3D di un braccio: dalla nuvola di punti ottenuta tramite la scansione si è ricostruito il modello 3D del braccio, il quale è stato utilizzato per l’estrazione della geometria di partenza del gesso ( 3-matic,Materialise). Il primo obiettivo dello studio è stato quello di verificare tramite un’analisi agli elementi finiti (Workbench, Ansys), la possibilità di sostituire il materiale comunemente impiegato per la realizzazione del gesso (Plaster of Paris) con un nuovo materiale termoplastico biocompatibile, resistente agli urti, all’acqua e utilizzabile per la manifattura additiva (ABS). Il gesso è stato sottoposto a carichi di flessione, deviazione radiale e torsione, sulla base dei valori riportati in letteratura e si è valutata la risposta del sistema in termini di rigidezza, confrontandola con i dati presenti per i gessi comunemente impiegati. Successivamente si sono valutate diverse soluzioni per l’apertura del gesso: apertura lungo un piano frontale, lungo un piano longitudinale o un’apertura ottenuta intersecando i due precedenti piani e due piani trasversali; tra queste si è identificata la soluzione che consentisse di ottenere prestazioni confrontabili al gesso intero in termini di rigidezza e che allo stesso tempo fosse di semplice realizzazione. A seguito dell’identificazione della soluzione migliore per rendere il gesso apribile, è stata valutata la possibilità di ottenere una struttura più leggera a parità di rigidezza. Pertanto, si è seguito un processo di ottimizzazione topologica, il quale, sulla base delle condizioni di carico analizzate e dei vincoli imposti, ha fornito una geometria alleggerita. Tale geometria è stata successivamente regolarizzata ottenendo il modello finale del dispositivo e infine verificata per i carichi analizzati.