Secondo le statistiche dell'Organizzazione Mondiale della Sanità, decine di milioni di persone in tutto il mondo necessitano di protesi. Si prevede che questa popolazione raddoppierà entro il 2050. A seconda del Paese e della fascia d'età, il 70% di coloro che necessitano di protesi riguarda gli arti inferiori. Attualmente, le protesi composite rinforzate con fibre di alta qualità non sono disponibili per la maggior parte degli amputati di arti inferiori a causa dell'elevato costo associato al loro complesso processo di produzione artigianale. La maggior parte delle protesi del piede in polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) viene realizzata a mano sovrapponendo più strati dipreimpregnatoin uno stampo, quindi la stagionatura in una vasca di pressatura a caldo, seguita dalla rifilatura e dalla fresatura, una procedura manuale molto costosa.
Con il progresso tecnologico, si prevede che l'introduzione di apparecchiature di produzione automatizzate per i compositi ridurrà significativamente i costi. La tecnologia di avvolgimento delle fibre, un processo chiave per la produzione di compositi, sta cambiando il modo in cui vengono prodotte protesi in composito ad alte prestazioni, rendendole più efficienti ed economiche.
Che cos'è la tecnologia Fiber Wrap?
L'avvolgimento delle fibre è un processo in cui le fibre continue vengono avvolte su una matrice rotante o un mandrino. Queste fibre possono esserepreimpregnatipreimpregnato conresinao impregnato daresinaDurante il processo di avvolgimento. Le fibre vengono avvolte secondo percorsi e angolazioni specifici per soddisfare le condizioni di deformazione e resistenza richieste dal progetto. Infine, la struttura avvolta viene polimerizzata per formare un componente composito leggero e ad alta resistenza.
Applicazione della tecnologia Fiber Wrap nella produzione di protesi
(1) Produzione efficiente: la tecnologia di avvolgimento in fibra ottica consente l'automazione e il controllo preciso, rendendo la produzione di protesi molto più rapida. Rispetto alla tradizionale produzione manuale, l'avvolgimento in fibra ottica consente di produrre un gran numero di componenti protesici di alta qualità in tempi brevi.
(2) Riduzione dei costi: la tecnologia di avvolgimento delle fibre può ridurre significativamente i costi di produzione delle protesi grazie al miglioramento dell'efficienza produttiva e dell'utilizzo dei materiali. È stato riportato che l'adozione di questa tecnologia può ridurre il costo delle protesi di circa il 50%.
(3) Miglioramento delle prestazioni: la tecnologia di avvolgimento delle fibre consente di controllare con precisione l'allineamento e la direzione delle fibre per ottimizzare le proprietà meccaniche della protesi. Gli arti protesici realizzati in compositi rinforzati con fibra di carbonio (CFRP) non sono solo leggeri, ma presentano anche un'elevata resistenza e durata.
(4) Sostenibilità: processi di produzione efficienti e un utilizzo ottimale dei materiali rendono la tecnologia di avvolgimento delle fibre più rispettosa dell'ambiente. Inoltre, la durevolezza e la leggerezza delle protesi composite contribuiscono a ridurre lo spreco di risorse e il consumo energetico da parte dell'utente.
Grazie al continuo progresso della tecnologia di avvolgimento delle fibre, la sua applicazione nella produzione di protesi è sempre più promettente. In futuro, potremo aspettarci sistemi di produzione più intelligenti, una scelta di materiali più diversificata e design protesici più personalizzati. La tecnologia di avvolgimento delle fibre continuerà a promuovere lo sviluppo del settore della produzione di protesi e ad apportare benefici a milioni di persone che ne hanno bisogno in tutto il mondo.
Progressi nella ricerca all'estero
Steptics, azienda leader nella produzione di protesi, ha notevolmente aumentato l'accessibilità delle protesi industrializzando la produzione di protesi in CFRP, con la possibilità di produrre centinaia di pezzi al giorno. L'azienda utilizza la tecnologia di avvolgimento delle fibre non solo per aumentare la produttività, ma anche per ridurre i costi di produzione, rendendo le protesi ad alte prestazioni accessibili a un maggior numero di persone bisognose.
Il processo di realizzazione della protesi composita in fibra di carbonio di Steptics è il seguente:
(1) Per prima cosa viene creato un grande tubo di formatura mediante avvolgimento di fibre, come mostrato di seguito, utilizzando la fibra di carbonio T700 di Toray.
(2) Dopo che il tubo è indurito e formato, il tubo viene tagliato in più segmenti (in basso a sinistra), quindi ogni segmento viene tagliato nuovamente a metà (in basso a destra) per ottenere una parte semifinita.
(3) Nella fase di post-elaborazione, le parti semilavorate vengono lavorate individualmente e nel processo viene introdotta la tecnologia di personalizzazione assistita dall'intelligenza artificiale per adattare proprietà quali geometria e rigidità al singolo amputato.
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Data di pubblicazione: 24 giugno 2024