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Biomechanisch validierte additive Fertigung Spezialeinlegesohle für diabetischen Fuß

Aug 03, 2020

Die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle und Prävention von Krankheiten (CDC) berichteten, dass bei 1.000 Diabetikern die Rate der Amputationen der unteren Extremitäten (LEA) aufgrund von Komplikationen, die zuerst in den Füßen auftreten, 18,4% beträgt.LEA ist jedoch vermeidbar und kann durch therapeutische Schuhe oder orthopädische Einlegesohlen verhindert und behandelt werden.Aufgrund der Unterschiede in der Individualität der Patienten' Füße, orthopädische Einlegesohlen in Massenproduktion können sich nicht an jeden Patienten anpassen, daher kann die Verwendung der additiven Fertigung dieses Problem lösen.

Kürzlich haben Forscher der Kocaeli-Universität in der Türkei den Fuß mit einem dreidimensionalen Scanner gescannt, ein personalisiertes Einlegesohlenmodell basierend auf dem Fußmodell erhalten und mithilfe des FDM-Verfahrens (Fused Deposition) eine spezielle Einlegesohle für diabetische Füße hergestellt.Die mechanischen Eigenschaften der im FDM-Verfahren verwendeten E-SUN-Polymerdraht-Druckproben und der traditionellen Ethylvinylacetat (EVA) -Proben wurden getestet, und die nach dem FDM-Verfahren gedruckten Einlegesohlen und die herkömmlichen EVA-Einlegesohlen wurden beim Gehen nicht synchronisiert (Die Finite-Elemente-Analyse und der Vergleich von Stehposition, Ferse am Boden, flacher Sohle, Stehposition und Ferse am Boden wurden durchgeführt, um den FDM-Druckprozess zu optimieren und die biomechanische Funktion der diabetischen Fußsohle im Rahmen des FDM-Prozesses sicherzustellen .

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Abbildung 1 Schrittweise additive Fertigung von Einlegesohlen nach dem FDM-Verfahren

2号

2 Testergebnisse der mechanischen Eigenschaften von Proben aus Ethylvinylacetat (EVA) und additiver Herstellung (Füllungsdichte von 10-100%), (A) Härtetestergebnisse und (B) Zugfestigkeitstestergebnisse

Mechanische Leistungsexperimente zeigen, dass die Zugspannung jeder Probe des 3D-Drucks mit unterschiedlichen Fülldichten zwischen 6,5 und 12,5 MPa variiert.Die Zugspannung von EVA-Schaum beträgt 2,1 MPa und ist damit niedriger als bei 3D-gedruckten Proben.

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Abbildung 3 Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse (FEA) jedes gedruckten Einlegesohlenmodells und jedes traditionellen EVA-Schaummodells in der Gangphase
Die Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse zeigen, dass bei gleicher äußerer Kraft mit zunehmender Füllungsdichte des Einlegesohlenmodells der Materialverschiebungswert in jeder Gangstufe abnimmt, während die äquivalente Spannung zunimmt.Die Ergebnisse zeigen, dass das Einlegesohlenmodell mit einer Füllungsdichte von 30% und das Einlegesohlenmodell aus EVA-Schaum die gleichen Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse aufweisen, wodurch die biomechanische Funktion der Einlegesohle für die additive Fertigung sichergestellt wird.

Die Kosten für herkömmliche Einlagen betragen 31,92 US-Dollar und die Bearbeitungszeit 15 Stunden. Ein Paar dedizierter Einlegesohlen, hergestellt durch Fused Deposition (FDM), kostet 6,88 US-Dollar und die Verarbeitungszeit beträgt 8 Stunden. Diese Methode reduziert die Kosten und die Zeit erheblich.

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