ENFOQUE DE INGENIERÍA ASISTIDA POR ORDENADOR (CAE) PARA LA OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA DE LA ESTRUCTURA SOPORTE PARA UN EXOESQUELETO DE MANO

IF 0.8 4区 工程技术 Q3 ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY
Dyna Pub Date : 2019-03-01 DOI:10.6036/8913
Matteo Bianchi, Lapo Governi, Antonio Marzola, Yari Volpe
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Abstract

Con la sorprendente tasa de crecimiento de las tecnologias de fabricacion de aditiva (FA), que supera las limitaciones de las tecnicas de fabricacion tradicionales, la optimizacion topologica (OT) se ha convertido en una de las herramientas de diseno mas potentes. De hecho, permite lograr configuraciones topologicas mejoradas capaces, por ejemplo, de reducir el peso del producto sin perjudicar con ello la funcionalidad o el comportamiento estructural. En los ultimos anos se ha aplicado la optimizacion topologica con resultados alentadores en una gran variedad de campos, incluido el de la salud. El objetivo de este trabajo es demostrar la eficacia de los enfoques de la optimizacion topologica aplicados al diseno de dispositivos personalizados especificos para cada paciente. En el presente trabajo se expone el desarrollo de una estructura de soporte optimizada para fijar un exoesqueleto de una mano a pacientes que han perdido o reducido la movilidad de este miembro. El objetivo es minimizar la masa total del dispositivo, asegurando una rigidez y resistencia adecuadas, con el fin de obtener un dispositivo mas comodo de llevar. Se presenta el flujo del trabajo de diseno al completo, desde la definicion de las fuerzas aplicadas hasta la optimizacion de la estructura. El analisis por elementos finitos realizado a la configuracion resultante confirma un comportamiento de deformacion comparable al de la solucion no optimizada pero con una reduccion de masa del 59%. La geometria optimizada es facilmente obtenible con tecnologias de fabricacion aditiva. Palabras clave: Diseno para fabricacion aditiva, optimizacion topologica, exoesqueleto de mano.
计算机辅助工程(CAE)方法的拓扑优化的支持结构的手外骨骼
随着添加剂制造技术(FA)惊人的增长速度,克服了传统制造技术的局限性,拓扑优化(OT)已经成为最强大的设计工具之一。事实上,它允许改进拓扑配置,例如,在不损害功能或结构性能的情况下减轻产品的重量。近年来,拓扑优化在包括医疗保健在内的多个领域得到了应用,并取得了令人鼓舞的结果。这项工作的目的是证明拓扑优化方法的有效性,应用于为每个患者定制设备的设计。在这种情况下,外骨骼被认为是一种辅助结构,在这种结构中,一只手的外骨骼与另一只手的外骨骼结合在一起。目标是最小化设备的总质量,确保适当的刚度和强度,以获得一个更舒适的设备佩戴。介绍了整个设计工作流程,从施加的力的定义到结构的优化。对所得构型进行有限元分析,确认其变形行为可与未优化的解相媲美,但质量减少59%。通过增材制造技术,优化的几何形状很容易实现。关键词:增材制造设计,拓扑优化,手外骨骼。
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来源期刊
Dyna
Dyna 工程技术-工程:综合
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期刊介绍: Founded in 1926, DYNA is one of the journal of general engineering most influential and prestigious in the world, as it recognizes Clarivate Analytics. Included in Science Citation Index Expanded, its impact factor is published every year in Journal Citations Reports (JCR). It is the Official Body for Science and Technology of the Spanish Federation of Regional Associations of Engineers (FAIIE). Scientific journal agreed with AEIM (Spanish Association of Mechanical Engineering) In character Scientific-technical, it is the most appropriate way for communication between Multidisciplinary Engineers and for expressing their ideas and experience. DYNA publishes 6 issues per year: January, March, May, July, September and November.
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