Diseño de articulación de tobillo con multi-eje para prótesis de miembro inferior

Abstract

RESUMEN: En el presente trabajo de grado se diseñó una articulación mecánica de tobillo multi-eje, elaborada por medio de manufactura aditiva. Se evaluó por medio de simulaciones el comportamiento de la articulación con los materiales que se encuentran en el mercado actualmente como lo es el PLA, ABS, PET-G, TPU y Nailon variando la fuerza de aplicación. Adicionalmente se realizaron ensayos de compresión para el PLA y TPU con el fin evaluar la incidencia de la variación de la densidad y patrón de relleno en las propiedades mecánicas de las piezas sometidas a esfuerzos de compresión. Por último, se realizó el análisis de la NTC 4424. Se encontró que los esfuerzos más grandes a los que se encuentra sometida la articulación se encuentran en el triángulo invertido, el cual cumple una parte importante en la alineación de la prótesis. Con respecto a los materiales ensayados, se encontró que al variar la densidad del TPU se puede variar la compresibilidad del mismo y que al disminuir la densidad del PLA se reducen las propiedades mecánicas. Finalmente, se obtuvo un procedimiento para ensayar prótesis de miembro inferior, teniendo en cuenta la NTC 4424, con los cuales se elaboró una metodología para el diseño de piezas plásticas por manufactura aditiva.

ABSTRACT : During this graduation project, a mechanical multi-axis ankle joint was designed. It was elaborated through additive manufacturing. The performance of the joint with was evaluated by simulations, using various types of materials as PLA, ABS, PET-G, TPU and Nailon, shifting the magnitude of the application force. Additionally, compression tests were carried out to the PLA and TPU in order to evaluate the incidence of the variation of the density and the filling pattern in the mechanical properties of the pieces subjected to compression efforts. Finally, the analysis of the NTC 4424 was carried out. It was found that the highest stresses to which the joint is subjected are located in the inverted triangle, which plays an important role in the alignment of the prosthesis. Regarding the types of materials tested, it was found that by varying the density of the TPU, the compressibility can be varied as well and that by decreasing the density of the PLA the mechanical properties are reduced as well. Finally, a procedure was obtained to test prosthesis for lower limb taking into account the NTC 4424, which was used to elaborate a methodology for the design of plastic parts by additive manufacturing.