Diseño de prótesis de rodilla externa

Abstract

This paper presents the development and design of a external knee prosthesis monocentric type, to which it was applied the Finite Element Method, and then we proceeded to do the manufacturing. It is important that at the present there were projects on the prosthetic designs because the number of transtibial amputations has been increasing. Currently there are artificial knees of different materials which are beyond the economic means of most amputee patients due to their high costs, in this work we propose a design with an aluminum alloy which provides excellent mechanical properties and facilitates the manufacturing job. The process of this design is guided by the methodology applied in the biomechanics area with which it is possible to form an analogy between the elements that form the leg and the basic mechanical elements, hence in this way a suitable prosthesis were designed so a patient can carry out their daily activities. With the collected data the design geometry of the prosthesis was realized using the AUTOCAD and SOLIDWORKS software, and then made a numerical simulation on ANSYS. This analysis determined the stresses caused by contact and the patient loads during a natural walking movement, this was very important as it helps us to determine the mechanical behavior of the prosthesis by the simulation, thus reduce processing costs and time, also facilitates the selection of the material. Once these characteristics it was conducted its physical manufacturing, which consisted of a pouring process, a milling and polishing operation, as well as the prosthesis assembly.

En este trabajo se presenta el desarrollo y diseño de una prótesis de rodilla externa tipo mono céntrico, para lo cual se aplica el Método del Elemento Finito y posteriormente se procede a la manufactura. Es importante que en la actualidad se trabaje con diseños de prótesis ya que va en aumento el número de amputaciones transtibiales. Actualmente existen rodillas artificiales de diferentes materiales, las cuales, están fuera de la posibilidad económica de la mayoría de las personas debido a su alto costo, en este trabajo se propone un diseño con una aleación de aluminio que proporciona excelentes propiedades mecánicas y gran facilidad en la manufactura. El proceso de este diseño está guiado en la metodología aplicada al área de Biomecánica, con la cual, es posible formar una analogía entre las partes que conforman la pierna y los elementos mecánicos básicos, para que, de esta manera se diseñe una prótesis adecuada con la cual, un paciente pueda llevar a cabo sus actividades cotidianas. Con los datos recolectados se llevó a cabo la geometría del diseño de la prótesis con ayuda de los softwares AUTOCAD y SOLIDWORKS, y posteriormente se hizo su simulación numérica en ANSYS. Con este análisis se determinaron los esfuerzos ocasionados por el contacto y cargas del paciente durante la marcha, esto fue muy importante ya que nos ayuda a determinar el comportamiento mecánico de la prótesis por medio de la simulación, con lo que se ahorran gastos de fabricación y tiempo, así como también se facilita la selección del material. Una vez determinadas estas características se llevó a cabo su manufactura física, la cual consistió en un proceso de colado, maquinado y pulido, además de ensamble de la prótesis.