Проекты

Протез ноги человека из углепластика

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск»

Направление работы: Биофизика
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1231
Предметы: Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2021 года

Актуальность

В современном мире идет активное развитие технологий и роботизации производств, но люди по-прежнему получают травмы. Около 12 % людей на планете имеют нарушения структур организма, которые снижают функциональность. Более 50 миллионов человек каждый год приобретают инвалидность по тем или иным причинам, около 300 000 теряют ноги, 390 тысяч – руки. Утрата конечности не только приводит к физическим ограничениям, но также несет в себе и социальные проблемы для пострадавшего. Это все влияет на качество жизни человека. Для решения такого типа медицинских проблем существуют различные виды протезирования.

Цель

Создание протеза ноги человека из композиционных материалов (углепластика).

Задачи

  1. Анализ имеющихся аналогов, поиск технических решений проекта.
  2. 3D-моделирование.
  3. Создание оснастки.
  4. Изготовление изделия.
  5. Оформление работы.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • 3D принтер
  • Компьютер для обработки 3D моделей
  • Препреги
  • Шканты
  • Вакуумный пакет
  • Инфракрасная лампа

Описание

Технологию изготовления протеза можно разделить на четыре основных этапа, которые включают множество вспомогательных операций:

  1. Подготовка 3D-модели и изготовление оснасток
  2. Изготовление изделия
  3. Изготовление верхней части протеза
  4. 3D-печать деталей шарнира (коленного сустава)

Протез состоит из деталей, выполненных по разным технологиям: культеприемная гильза выполнена по технологии вакуумной инфузии, ступня – с помощью препрега, а коленный сустав отфрезерован из алюминия. Благодаря свойствам композиционных материалов протез влагоустойчивый, что позволяет использовать его в любых погодных условиях. При этом он легче и прочнее классических моделей из металла и пластика.

Результаты работы/выводы

В результате работы был создан прототип протеза ноги человека из углепластика. Строение протеза позволяет людям с ограниченными возможностями заниматься спортом. За счет свойств композитных материалов такой протез легче, прочнее и долговечнее аналогов из классических материалов. Он может использоваться в абсолютно любых погодных условиях. Несмотря на стоимость композиционных материалов, прототип будет выгоднее аналогов; за счет своей устойчивости к внешним факторам он будет реже нуждаться в ремонте и замене деталей.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется изготовить детали шарнира из алюминия с помощью фрезеровки на пятикоординатном фрезерном станку с ЧПУ.