Universidad Simn Bolvar Elaborado por: Introduccin al Diseo de Piezas Plsticas John Ortiz 10-10515 Profesora Mara Virginia Candal Merchn Yainer 09- 11152

Primera Entrega Proyecto Pieza Mdica

1- Al observar que hay creaciones que por su gran utilidad a veces son de elevado costo o difcil adquisicin y en el rea mdica se presenta como un problema a mayor escala se pens utilizar el proyecto de diseo de una pieza mdica en la cual se utilizara materiales econmicos y un diseo ligero.

Las prtesis han sido de las invenciones ms tiles en el mercado, las discapacidades en muchos casos son problemas que tienen consecuencias muy graves para el funcionamiento y desempeo de las habilidades propias del ente que las padece. A nivel de prtesis humanas el diseo, clculo y elaboracin suelen ser de gran complejidad y tiempo, el costo siempre depender del ingenio en el uso de materiales y procesos econmicos pero factibles. Debido al carcter de esttica y complejidad en las prtesis humanas se decidi trabajar con discapacidades en animales. En el rea de produccin de prtesis para animales el proceso y complejidad se reducen pues tienen una mayor capacidad de adaptacin, entonces la prtesis no tiene que simular perfectamente su movimiento sino ayudarle a realizar parte del mismo y ser un apoyo. Por ltimo se encontr un perro al cual le falta gran parte de su pata delantera, a la altura de un cuarto del muslo. Esta discapacidad hace que se levante con gran dificultad al igual que el caminar y por tanto no le permite ser un perro normal. La pieza a disear ser la prtesis de la pata delantera del perro en cuestin. En el mercado se observ que las prtesis existentes no permitan el grado de libertad ocasionado por la flexin de la rodilla, adems de ser incmodo para el animal a la hora de recostarse, tambin la mayora eran para extremidades ms largas que en el caso a tratar.

Figura 1, 2, 3 Ejemplos de prtesis de patas caninas

Se tomaron las medidas principales del miembro amputado del animal para poder realizar el diseo de la prtesis, las cuales se muestran a continuacin:

2- Se pens en usar ABS por ser posible de trabajar en impresin 3d adems de sus buenas propiedades mecnicas, sobre todo por los esfuerzos ocasionados en la pieza de cuatro barras, lo importante es usar materiales con buena resistencia al impacto, rgidos, resistente a la humedad y si es posible de bajo costo. Tambin para la parte de la garra se podra usar aluminio para darle mayor rigidez. El perro tiene amputada la pata delantera desde antes del codo, por lo que hay que disear una especie de abrazadera que sirva de amarre entre la prtesis y el extremo amputado. Posiblemente se necesite un mejor agarre de la prtesis alrededor del pecho del animal, para que la prtesis no se le salga del mun. Como bosquejo inicial se pens en una abrazadera de tipo cierre mgico que sirva para apretar la cpula que se observa en la figura 4, la cual debe ser construida con un material ligeramente flexible que le permita ceder ante la presin de apriete con el miembro amputado. As mismo, se pudiera usar una espuma de poliestireno expandido que sea flexible y copie la forma del mun lo mejor posible. Dicha espuma funcionaria como amalgama entre el muon del perro y la cpula de la prtesis.

Los dems componentes de la estructura debern someterse a un proceso de seleccin de materiales, en donde se tome en cuenta la facilidad de construccin, precio y resistencia de materiales. Los sujetadores pudieran ser de Nylon o un material flexible, como alguna tela. En definitiva, el ensamblaje completo estara compuesto por diferentes materiales, entre los que se destacan plstico ABS, nylon, aluminio y posiblemente tela.

Figura 4. Cpula base del mun del perro, sola y con sujetadores

3- El proceso que podra ser ms factible es la impresin 3D, pues con el diseo en CAD se podra realizar la pieza completa ensamblada en una impresin y personalizada para el perro, si se usa el proceso de inyeccin habra que hacer el posterior ensamblaje adems de los costos elevados para realizar el molde, y tomando en cuenta que es para la produccin de una pieza pues no todos los perros con discapacidad poseen la misma longitud de perdida en su extremidad, no vale la pena hacer fabricacin masiva de la misma. Tambin se maneja la opcin de mecanizado, con el previo diseo en solidworks y el tocho de ABS se podra mecanizar cada pieza y posteriormente ensamblarla, se hara en una mquina fresadora, y en un torno para los slidos de revolucin, en el caso de disponer de un CNC, se podra exportar el archivo CAD a cualquier formato CAM. La parte de la cpula se podra fabricar de PVC, por su posible caracterstica flexible pero resistente.

5.1- Para el diseo de la prtesis se tuvo en cuenta la movilidad del animal, y la posicin de erguido y de descanso, es decir, la prtesis

debera poderse flexionar cuando el perro este echado y debe poderse

posicionar automticamente en modo marcha cuando ste se

encuentre de pie. Esto se puede hacer gracias al mecanismo de cuatro

barras mostrado a la derecha, el cual inicialmente fue una idea

propuesta por un profesor de diseo mecnico el cual ide un

proyecto para mejorar el sistema de retorno del mismo. Para el caso

del perro el mecanismo se usa al revs que en una pierna humana por

la trayectoria del movimiento. Considerando que se trata de un

mecanismo de retorno automtico, se debe posicionar un resorte que

ejecute dicha accin (no mostrado).

La anatoma de la pata de los perros cuenta con una garra, que les

sirve entre otras cosas para apoyarse cuando estn erguidos o

caminando. Se pens en realizar esta garra como una curva hecha con

un material compuesto, uno que le de rigidez, y el otro que le de

adherencia, como un elastmero. Idea que se usa actualmente en

varios tipos de prtesis caninas.

Figura 5., 6. Mecanismo 4 barras y garra

Es importante destacar que se debe ajustar o apretar la cpula al miembro amputado del perro mediante una

correa, y que el propsito de dicha apertura es que el material ceda al apriete y se ajuste mejor a la forma de la

amputacin del perro.

A continuacin mostramos el ensamblaje de todos los componentes necesarios para crear la prtesis, con la

correccin indicada por la profesora. Se simularon las dos posiciones que debe adaptar la prtesis, una en

posicin de erguido y marcha, y la otra en posicin de reposo

Figura 7: Posicion erguida

Figura 8. Simulacin de la posicin erguida y echada de la prtesis

- Anlisis de esfuerzos crticos

Figura 7. Distribucin del peso en los perros

Teniendo en cuenta que el animal debe pesar unos 25kg, equivalentes a 245N, cada pata delantera debera estar soportando 73.5N segn la distribucin de peso mostrada en la figura 7, sin embargo, el modelo se sobre-dimension pensando que en algn momento el perro puede apoyar todo su peso instantneamente en una sola pata. Esto con el fin de disear con un alto factor de seguridad. As, con la presin de diseo de P= 155 Kpa, que equivalen a apoyar una fuerza de 245N en un rea circular de dimetro D=4.5cm y con los materiales sealados en punto dos (2) se realiz el siguiente anlisis de esfuerzos y deformaciones:

Figura 8. 9. Anlisis de desplazamientos

Figura 10. Anlisis de esfuerzos crticos

Los resultados muestran que para las cargas aplicadas, las deflexiones del material son inferiores a 1mm, y que los esfuerzos se distribuyen por las barras del mecanismo de rodilla, como se esperaba. Las deformaciones se muestran exageradas para poder ver que zonas se pueden reforzar o pudieran ser propensas a fallos. Segn esta simulacin, no existiran fallos en el ensamblaje debidos a las cargas a la que est sometido.