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• plantari ortopedici
• Registrazione 2d-2d
• Simulazione elementi finiti
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Nella tesi si sviluppa una procedura basata sulla baropodometria per la stampa 3D di plantari ortopedici, la quale, viene implementata in un live script sul programma Matlab; lo script prende in ingresso i dati della mappa delle pressioni dalla pedana baropodometrica e il modello del plantare progettato dall’ortopedico in formato stl. Il sistema di acquisizione dei dati è proprietario quindi non si è potuto acquisire direttamente i valori numerici della pressione, ma si è potuto accedere soltanto ad un grafico della mappa delle pressioni. Il primo passo effettuato è stato quello di estrarre i valori numerici dall’immagine, andando a stimare la relazione fra colore presente nell’immagine e la pressione registrata. Il secondo passaggio è stato quello dell’infittimento dei dati, poiché quelli ricavati nel passo precedente erano sparsi e la procedura necessita che la mappa delle pressioni sia completa e non vi siano punti troppo piccoli isolati; per eliminare eventuali errori introdotti dall’infittimento si è utilizzato un filtro gaussiano. I dati della pressione vengono registrati sul modello del plantare tramite una registrazione rigida 2D-2D; questi dati vengono utilizzati per creare delle maschere alle quali sarà associato un valore di pressione media che verranno sfruttate per definire la rigidezza locale del plantare.
Il materiale scelto per la realizzazione dei plantari è il TPU VARIOSHORE, il quale possiede degli agenti schiumogeni che si attivano in base alla temperatura con cui viene estruso dalla stampante 3D; per calcolare il modulo elastico in funzione della temperatura sono stati realizzati dei provini estrusi a tre temperature diverse, ovvero 200°C, 225°C e 250°C, e sono stati sottoposti a prove meccaniche secondo la normativa ISO 178:2019.Per la parte di stampa 3D si è scelto un pattern di riempimento che minimizzasse l’anisotropia e quindi rendesse tutte le proprietà meccaniche il più omogenee possibili. Una volta definito il pattern di riempimento interno da utilizzare per l’ortesi si è dovuto ricavare come il modulo elastico variasse al variare della percentuale di riempimento; per fare ciò si sono creati 12 modelli CAD che replicassero il più fedelmente possibile la geometria del pattern ad una data percentuale di riempimento. Sfruttando il software Abaqus si è sottoposti questi modelli a simulazioni agli elementi finiti. Nella simulazione veniva implementata una prova a compressione dell’elemento, in tal modo si è potuta ricavare il modulo elastico equivalente ad ogni grado di riempimento.
Nello script l’utente definisce una rigidezza di riferimento al plantare in base a questo valore e le informazioni sulla pressione, il programma autonomamente assegna i valori di rigidezza alle zone evidenziate dalle maschere. Il fattore di rigidezza viene convertito in modulo elastico che a sua volta viene rielaborato in un valore di percentuale di riempimento grazie ai dati ricavati dalle prove meccaniche e dalle simulazioni.
Infine, il modello viene salvato in un file AMF e le percentuali di riempimento vengono codificate sottoforma di metadati. Il file così ottenuto può essere elaborato da un software CAM per stampanti 3D, ovvero uno slicer. Dopo questo passaggio verrà generato un file in formato gcode che contiene tutte le istruzioni da dare alla stampante 3D per la produzione del pezzo.