Mi chiedo come affrontare il problema delle protesi ossee a base di fibra di carbonio. Considerando un femore, quali svantaggi avrebbe la fibra di carbonio sotto i tipi di torsione, compressione, usura, ecc., Sperimentati da un femore biologico?
Sarebbe bello se ti capita di prendere in considerazione qualsiasi metodo per contrastare gli svantaggi, se ce ne sono. La domanda presume che la produzione non sia un problema, ma il design lo è.
Quindi lascia che “s Guarda i fatti. Le ossa del tuo corpo sono fatte di materiale che ha una resistenza alla trazione di 150MPa, una deformazione al cedimento del 2% e una resistenza alla frattura di 4MPa (m) ½. Per un materiale strutturale che non va bene. Possiamo produrre acciai legati dieci volte migliori in tutte e tre queste proprietà. Ma ovviamente ci sono altri fattori di cui dobbiamo tenere conto per fare un confronto valido. Losso è meno denso dei metalli e questo è importante perché il peso delle nostre ossa influisce fortemente sullenergia necessaria per muoversi. Per fare unanalisi quantitativa dobbiamo considerare la geometria e il carico sulla struttura. Le ossa principali sono per lo più di forma tubolare, caricate in compressione e flessione. Quindi un paragone razionale è immaginare tubi realizzati con materiali diversi, tutti della stessa lunghezza e diametro, con i loro spessori regolati per dare a tutti lo stesso peso. Inserendo alcune dimensioni e proprietà del materiale tipiche, troviamo che le sollecitazioni in un osso in lega di titanio, ad esempio, sarebbero circa 1,3 volte superiori rispetto a un osso dello stesso peso, realizzato in osso. Ma la lega di titanio è 5 volte più forte, quindi ovviamente il suo fattore di sicurezza è molto più alto.
Commenti
- Ciao Garet, farei un voto negativo perché non ci sono domande specifiche sulla fisica o, ironia della sorte, alcuni potrebbero obiettare che ce ne sono troppe per questa domanda e risposta A. Scusa
- np, potresti forse suggerire un possibilità di ridurre la gamma di domande? Ho tentato di farlo restringendo le cose alla forma e alla gamma di utilizzo che sperimenta un femore. principalmente torsione e compressione: cose come gli effetti chimici del bioma non erano previsti.
Risposta
Un semplice domanda per affrontare una così vasta gamma di questioni.
Si presume che vengano utilizzati sistemi di resina biocompatibili / flessibili. Poiché la forza CFRP è più dello stress osseo naturale in compressione / flessione, sarebbe molto meglio in funzione se considerata separatamente ..
Detto riposo è difficile da soddisfare..1) la direzione della fibra è importante se la funzione della Natura si è sviluppata dopo tante migliaia di anni di evoluzione se il “reverse engineering” è tentato artificialmente. 2) La variazione di rigidità locale dovrebbe essere conosciuta accuratamente per essere duplicata nel posizionamento delle fibre.
Il diagramma dellosso struttura & orientamento mostra la disposizione della materia ossea (sandwich cavo). I filamenti ossei corrono lungo $ \ pm 45 ^ 0 $ al centro della diafisi del femore e nella regione del collo sopra. La forza entra normalmente alle due estremità nelle regioni trabecolare e condilo. La risultante della forza di interfaccia dovrebbe essere normale alla forza trasmessa in modo da non indurre crepe / delaminazione per debolezza del sollecitazioni interlaminare ed effetti di tensione sui bordi nella costruzione laminata.
Come farebbero i professionisti elemento tetico essere fatto? .. questa è la domanda più importante. Il diavolo è nei dettagli … o almeno così si vede il design con i compositi. Nessun over / undesign è consentito. Il materiale non dovrebbe essere dove non è richiesto senza un requisito funzionale. Il materiale deve essere posizionato nella giusta quantità e nella giusta direzione.
Come una possibilità, un panno di carbonio con più strati alle estremità dovrebbe essere arrotolato e inserito in una cavità di stampo metallico e polimerizzato con resina a caldo. È necessaria unanalisi di progettazione / FEM dopo aver considerato FMECA che sono ben note dal punto di vista medico. Devono essere conosciuti i carichi e la loro combinazione al collo dellarticolazione palla / presa / bacino. La resistenza alla torsione richiesta alla ginocchiera può richiedere tasche ricche di silicone per lassorbimento degli urti in prossimità delle due articolazioni.
I lati negativi del composito in fibra di carbonio / grafite dipendono dalla conformità del grado di rigidità nella distribuzione multiassiale delle sollecitazioni.
Può essere che la stampa 3D di ceramica fornisce un percorso di conduzione delle sollecitazioni migliore rispetto allutilizzo dello stampaggio a iniezione o dello stampaggio di tessuti in carbonio / grafite per la flessibilità della rigidità e il controllo della direzione dei grani.
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- grazie per la risposta dettagliata! Lascio le domande per un paio di giorni per buona misura, contrassegnate come corrette. per riferimento, sono ' affascinato dal fatto che tu abbia offerto un metodo di produzione iniziale – grazie.' noterò che quando si parla di stress multiassiale, alcuni documenti suggeriscono di introdurre vene con unelevata impurità e una grana piccola. Forse immergi alcuni dei panni in una soluzione extra di qualche tipo.
- [Chunni] [2] Mi chiedevo la combinazione di stoffa a più torsioni .. funi dacciaio a spirale) indirizzi reqd design / fabn [2] : google.co.in/… :