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Semelle intérieure spéciale de fabrication additive validée biomécaniquement pour pied diabétique

Aug 03, 2020

Les Centers for Disease Control and Prevention (CDC) des États-Unis ont rapporté que sur 1000 patients diabétiques, le taux d'amputation des membres inférieurs (LEA) due à des complications apparaissant pour la première fois dans les pieds est de 18,4%.Cependant, le LEA est évitable et peut être prévenu et traité par des chaussures thérapeutiques ou des semelles orthopédiques.En raison des différences d'individualité des patients' pieds, les semelles orthopédiques produites en série ne peuvent pas s'adapter à chaque patient, donc l'utilisation de la fabrication additive peut résoudre ce problème.

Récemment, des chercheurs de l'Université de Kocaeli en Turquie ont scanné le pied avec un scanner tridimensionnel, ont obtenu un modèle de semelle intérieure personnalisé basé sur le modèle du pied et ont utilisé le processus de dépôt par fusion (FDM) pour fabriquer une semelle intérieure spéciale pour les pieds diabétiques.Les propriétés mécaniques des échantillons imprimés par fil de polymère E-SUN utilisés dans le processus FDM et des échantillons traditionnels d'acétate d'éthyle et de vinyle (EVA) ont été testées, et les semelles intérieures imprimées par le processus FDM et les semelles intérieures traditionnelles en EVA n'ont pas été synchronisées dans le processus de marche. (L'analyse par éléments finis et la comparaison de la position debout, du talon au sol, de la semelle plate, de la position debout et du talon par rapport au sol) ont été réalisées pour optimiser le processus d'impression FDM afin d'assurer la fonction biomécanique de la semelle intérieure du pied diabétique sous le processus FDM .

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Figure 1 Fabrication additive étape par étape de semelles intérieures selon le processus FDM

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Figure 2 Résultats des tests des propriétés mécaniques de l'acétate d'éthyle de vinyle (EVA) et des échantillons de fabrication additive (densité de remplissage de 10 à 100% respectivement), (A) résultats des tests de dureté et (B) résultats des tests de résistance à la traction

Des expériences de performances mécaniques montrent que la contrainte de traction de chaque échantillon d'impression 3D avec différentes densités de remplissage varie entre 6,5 et 12,5 MPa.La contrainte de traction de la mousse EVA est de 2,1 MPa, ce qui est inférieur à tous les échantillons imprimés en 3D.

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Figure 3 Résultats de l'analyse par éléments finis (FEA) de chaque modèle de semelle intérieure imprimée et du modèle traditionnel de mousse EVA dans la phase de marche
Les résultats de l'analyse par éléments finis montrent que sous la même force externe, à mesure que la densité de remplissage du modèle de semelle intérieure augmente, la valeur de déplacement du matériau diminue à chaque étape de marche, tandis que la contrainte équivalente augmente.Les résultats montrent que le modèle de semelle intérieure avec une densité de remplissage de 30% et le modèle de semelle intérieure en mousse EVA ont les mêmes résultats d'analyse par éléments finis, assurant ainsi la fonction biomécanique de la semelle de fabrication additive.

Le coût des semelles de traitement traditionnelles est de 31,92 $ US et le temps de traitement est de 15 heures. Une paire de semelles dédiées fabriquées par dépôt fondu (FDM) coûte 6,88 USD et le temps de traitement est de 8 heures. Cette méthode réduit considérablement le coût et le temps.

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