Órtese dinâmica integrando manufatura aditiva e robótica cooperativa/Dynamic orders integrating additive manufacture and cooperative robotics

A evolução da artrite reumatoide (AR) leva a perda da capacidade se estender ativamente os dedos. Nos casos avançados uma órtese mecânica passiva pode não ser satisfatória. Este trabalho apresenta a integração com um sistema motor aumentando o alcance da órtese na funcionalidade de indivíduo. Foi desenvolvido um projeto conceito de órtese assistida por servo motor que após otimizações avaliadas em bancada e com portador da deformidade apresentou resultados promissores quanto ao controle do motor e opinião positiva quanto ao uso da mão. Abstract The evolution of rheumatoid arthritis (RA) leads to loss of the ability to actively extend the fingers. In advanced cases the mechanical orthosis may not be satisfactory. This work presents the integration with a motor system increasing the reach of the orthosis in the individual functionality. It was developed a concept project of servo-assisted orthosis that after optimizations evaluated in the bench and with deformity bearer presented promising results regarding the motor control and positive opinion regarding the use of the hand.Keywords: Orthosis, 3D Printing, Rheumatoid Arthritis, Servo motor, Rehabilitation ResumenLa evolución de la artritis reumatoide (AR) lleva a la pérdida de la capacidad de extender activamente los dedos. En los casos avanzados la órtesis mecánica puede no ser satisfactoria. Este trabajo presenta la integración con un sistema motor aumentando el alcance de la órtesis en la funcionalidad de individuo. Se desarrolló un proyecto concepto de órtesis asistida por servo motor que después de optimizaciones evaluadas en bancada y con portador de la deformidad presentó resultados prometedores en cuanto al control del motor y opinión positiva en cuanto al uso de la mano.Palabras clave: Órtesis, Impresión 3D, Artritis reumatoide, Servo motor, Rehabilitación

Órtese com impressão 3D para ombro: relato de caso

Subluxação do ombro é a complicação musculoesquelética mais comum das afecções do Sistema Nervoso Central e Periférico, que leva a diminuição do movimento, da função e aumento de dor. Órtese é um dos recursos auxiliares utilizados no tratamento desta patologia e visa corrigir deformidade, diminuir dor e proporcionar função ao membro acometido. Objetivo: Este trabalho propõe uma nova metodologia para projetar e fabricar órteses customizadas estabilizadoras de ombro utilizando as tecnologias de aquisição 3D por escaneamento e de fabricação por Impressão 3D, e assegurar melhor adaptabilidade e maior conforto para o usuário. Método: A metodologia foi dividida em cinco fases: estudo de caso, escaneamento, modelagem e impressão em 3D e acabamento. O estudo de caso do usuário com lesão de plexo braquial motivou o projeto de desenho original de órtese híbrida, personalizada e manufaturada em 3D, usando estrutura rígida e faixas de tração, com objetivo de estabilizar o ombro, diminuir a dor e permitir função. Resultados: Após escaneamento em 3D utilizou-se softwares especializados para processar a imagem tridimensional STL. Realizaram-se otimizações do projeto com geração de modelos e peças prototipadas em FDM; avaliada pelo usuário. O conceito desenvolvido foi: órtese personalizada, fácil de higienizar e vestir, resistente, articulada, veste nos dois braços com faixas de tração em tecido rígido acoplado à cintura. Conclusão: O teste com usuário corroborou com o conceito projetado e mostrou um protótipo preliminar com bom acoplamento ao tronco, tração satisfatória e possibilidade de realizar um maior número de AVD´s com menos dor e/ou sensação de cansaço.Subluxation of the shoulder is the most common musculoskeletal complication of Central and Peripheral Nervous System disorders, which leads to decreased movement, function, and increased pain. Objective: Orthosis is one of the assistive devices used in the treatment of this pathology and it focuses in correcting deformity, decreasing pain and providing function to the affected member. This study proposes a new methodology for designing and manufacturing customized shoulder stabilization orthoses with 3D scan image acquisition and 3D printing technologies, for ensuring better adaptability and comfort for the user. Method: The methodology used in this study was divided into five phases: case study, scanning, modeling and 3D printing; and finishing. The case study included a user with brachial plexus injury that motivated the original design of hybrid orthosis, personalized and manufactured in 3D, with rigid structure and traction straps, for stabilizing the shoulder, reduce pain and allowing function. Results: After 3D scanning, we used specialized software to process the three-dimensional STL image. Optimization of the project with generation of models and prototyped parts in FDM based on the user evaluations was performed. The developed concept was: personalized orthosis, easy to clean and wear, resistant, articulated, for wearing in both arms with traction straps in rigid fabric coupled to the waist. Conclusion: The user test corroborated with the designed concept and showed a preliminary prototype with good trunk coupling, satisfactory traction and possibility of performing a greater number of ADLs with less pain and/or tiredness

Synthetic granite composite for precision equipment structures

The structure is a component that plays an extremely important role in the equipment’s performance, it mustwithstand efforts without compromising the function, receive and transfer heat, dampen vibrations andposition the elements, as well as promote ergonomics and aesthetics. In lightweight and precisionequipment’s the raw material used must also allow thin walls, rigid, resistant and low density. The objectiveof the present work is the development of a synthetic granite composite for manufacturing of equipment’sstructures. For this, an abundant Brazilian granite, a high strength epoxy resin and segmented carbon fiberswere selected as materials. Test specimens, with maximized packing with granite gravel less than 2.0 mmwere fabricated and tested for tensile strength, compression, flexural, damping, hardness, dilatometry,thermal conductivity and density. The maximized composition supported flexural stresses above 42 MPa,without fiber reinforcement and 51 MPa with carbon fiber reinforcement. The damping coefficient was about7 times higher than cast iron, coefficient of thermal expansion of 1.4E-05 m/m.K, thermal conductivitycoefficient of 1.2 W/m.K and density of 2.1 g/cm³. The developed composite showed potential for refiningstructures, with ease of molding of thin-walled elements, use of inserts, re-machining, providing economicalmanufacture of single parts, and is still able to perform the function with high damping coefficient and lowweight.Keywords: Synthetic granite, composite, machine structure, dampin

Análise da microdureza Vickers de zircônia Y-TZP pré-sinterizada para a usinagem e posterior aplicação como copings

A zircônia Y-TZP é muito utilizada na confecção de coping como material estrutural para próteses odontológicasdevido à sua cor branca/perolada opaca e resistência mecânica. Estas próteses são confeccionadas porusinagem com apoio de um software de CAM (Computer Aided Manufacturing), a partir de blocos prensadose pré-sinterizados. A pré-sinterização consiste em aquecer os blocos compactados a altas temperaturas, comuma taxa lenta de aquecimento até o início da formação dos pescoços entre as partículas, quando proporcionadureza/resistência e usinabilidade. Uma contradição, pois a dureza/resistência mecânica é necessária paraproporcionar estabilidade as forças de corte, mas se muito duro, pode dificultar a usinagem então se deveencontrar uma faixa de compromisso de temperatura entre estabilidade e usinabilidade. Dessa forma, o objetivodo presente trabalho foi investigar a relação entre a microdureza e temperatura de pré-sinterização dazircônia Y-TZP e seu comportamento ao ser submetido à usinagem. O ensaio de microdureza foi escolhidocomo representante de resistência mecânica por ser não destrutivo e de resultado imediato. O pó de zircôniaexperimental foi submetido à prensagem uniaxial seguido de prensagem isostática a frio à 200 MPa e présinterizaçãoentre 900°C e 950°C. Os blocos foram cortados e submetidos ao teste de estabilidade na usinageme ensaio de microdureza Vickers sendo os dados submetidos ao teste de “normalidade” de Anderson-Darlin com p 0,05. Foi utilizada ANOVA de um fator com o teste de Tukey-Kramer para verificar as diferençasentre as médias dos grupos. A investigação demonstrou que a diferença de 50°C na temperatura depré-sinterização, acima de 900°C afetou significativamente a microdureza, contudo os tempos de patamar 2 e4 horas não a influenciou significativamente. A maior temperatura de pré-sinterização dos grupos experimentaistestados possibilitou um melhor comportamento na usinagem com o apoio de um software CAM, sendo amicrodureza similar ao material comercial ZL

Performance of the structural ceramics associated to the forming methods for injection moulding, isostatic pressing and projects of equipments and moulds

As cerâmicas avançadas estruturais tem participado de projetos de engenharia em componentes sujeitos à solicitações complexas. A combinação única das propriedades que estes materiais apresentam tem atribuído a estas situações especiais a seleção unívoca destas cerâmicas. Entretanto, a seleção de um material não pode ser feita independentemente da seleção do processo de fabricação, forma e custo. A determinação de uma metodologia que avalie uma cerâmica estrutural é tão importante quanto sua própria seleção e processamento. Este trabalho apresenta as recentes tendências em aplicações de cerâmicas estruturais, a conformação por injeção cerâmica e por prensagem isostática, a elaboração de uma metodologia para avaliar o desempenho e a seleção do processo de conformação relacionada com as propriedades mecânicas, microestrutura e desgaste em deslizamento não lubrificado.The advanced ceramics for structural applications are present in engineering design parts subjected to complex solicitations. Such a unique combination of properties make these ceramics the one-way solution for materiais selection in specials cases. However a selection of material cannot be made independently of the choice of manufacturing process, shape and cost. The determination of a methodology for the evaluation of the sintered ceramic parts reliability is as important as the selection and processing techniques. This work presents the recent trends in the structural advanced ceramics application, the cold forming isostatic pressing and injection processes moulding, the elaboration of a methodology for evaluation the performance and the choice of forming processes related with the mechanical properties, microstructure and unlubricated sliding wear

Digital light processing additive manufacturing of in situ mullite-zirconia composites

Digital light processing (DLP) can produce small series ceramic parts with complex geometries and tiny structures without the high cost of molds usually associated with traditional ceramic processing. However, the availability of feedstock of different ceramics for the technique is still limited. Mullite-zirconia composites are refractory materials with diverse applications, nevertheless, their 3D printing has never been reported. In this work, alumina and zircon were used as raw materials for additive manufacturing by DLP followed by in situ mullite and zirconia formation. Thus, coarse zircon powder was milled to submicrometric size, alumina-zircon photosensitive slurries were prepared and characterized, parts were manufactured in a commercial DLP 3D printer, debound, and sintered at different temperatures. The printed parts sintered at 1600 °C completed the reaction sintering and reached a flexural strength of 84 ± 13 MPa. The process proved capable of producing detailed parts that would be unfeasible by other manufacturing methods

Órtese dinâmica integrando manufatura aditiva e robótica cooperativa/Dynamic orders integrating additive manufacture and cooperative robotics

A evolução da artrite reumatoide (AR) leva a perda da capacidade se estender ativamente os dedos. Nos casos avançados uma órtese mecânica passiva pode não ser satisfatória. Este trabalho apresenta a integração com um sistema motor aumentando o alcance da órtese na funcionalidade de indivíduo. Foi desenvolvido um projeto conceito de órtese assistida por servo motor que após otimizações avaliadas em bancada e com portador da deformidade apresentou resultados promissores quanto ao controle do motor e opinião positiva quanto ao uso da mão. Abstract The evolution of rheumatoid arthritis (RA) leads to loss of the ability to actively extend the fingers. In advanced cases the mechanical orthosis may not be satisfactory. This work presents the integration with a motor system increasing the reach of the orthosis in the individual functionality. It was developed a concept project of servo-assisted orthosis that after optimizations evaluated in the bench and with deformity bearer presented promising results regarding the motor control and positive opinion regarding the use of the hand.Keywords: Orthosis, 3D Printing, Rheumatoid Arthritis, Servo motor, Rehabilitation ResumenLa evolución de la artritis reumatoide (AR) lleva a la pérdida de la capacidad de extender activamente los dedos. En los casos avanzados la órtesis mecánica puede no ser satisfactoria. Este trabajo presenta la integración con un sistema motor aumentando el alcance de la órtesis en la funcionalidad de individuo. Se desarrolló un proyecto concepto de órtesis asistida por servo motor que después de optimizaciones evaluadas en bancada y con portador de la deformidad presentó resultados prometedores en cuanto al control del motor y opinión positiva en cuanto al uso de la mano.Palabras clave: Órtesis, Impresión 3D, Artritis reumatoide, Servo motor, Rehabilitación.</p

A new concept of orthosis for correcting fingers ulnar deviation

Abstract Introduction Rheumatoid arthritis (RA) is a chronic, multisystem disease that involves synovial inflammation, leading to deformities, like finger ulnar deviation, pain and functional difficulties. The conservative treatment comprises orthoses, features added to the body that aims to correct deformity, reduce pain and improve functionality. In the market there are few kinetic/mobile orthosis models for correction of ulnar deviation in the fingers. However, users usually complain about increased palmar volume, presence of pressure points and functional loss, demonstrating the necessity to develop more effective orthoses. In this paper we introduce an innovative concept, of an original and articulate dynamic/kinetics orthosis, which aims to correct this finger deformity and encourage functionality. Methods Methodological procedures were divided into: Need Recognition; Specification Concept; Prototype and Validation. This paper deals with the last two stages of this research. Results A virtual orthosis prototype using CAD Solid Edge Insight&#8482; was proposed. The orthosis developed consisted of 10 pieces, made of metal and resin with carbon fiber. Conclusion After virtual movement simulation, it was verified that the prototype allows for wrist and finger flexion/extension, the possibility of bilateral use, and provids ulnar deviation correction for the fingers. The final product is innovative and is easy to put on/off; volunteers claimed that the new prototype was satisfactory in terms of deformity correction