Secondo le statistiche dell’Organizzazione Mondiale della Sanità, decine di milioni di persone in tutto il mondo hanno bisogno di protesi. Si prevede che questa popolazione raddoppierà entro il 2050. A seconda del Paese e della fascia di età, il 70% di coloro che necessitano di protesi coinvolgono gli arti inferiori. Attualmente, le protesi composite rinforzate con fibre di alta qualità non sono disponibili per la maggior parte degli amputati degli arti inferiori a causa dei costi elevati associati al loro complesso processo di produzione artigianale. La maggior parte delle protesi del piede in polimero rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) sono realizzate a mano sovrapponendo più strati diprepregin uno stampo, quindi stagionatura in una vasca di pressatura a caldo, seguita da rifilatura e fresatura, una procedura manuale molto costosa.
Con il progresso della tecnologia, si prevede che l’introduzione di apparecchiature di produzione automatizzata per i compositi ridurrà significativamente i costi. La tecnologia di avvolgimento della fibra, un processo chiave di produzione dei compositi, sta cambiando il modo in cui vengono prodotte le protesi composite ad alte prestazioni, rendendole più efficienti ed economiche.
Cos'è la tecnologia Fiber Wrap?
L'avvolgimento della fibra è un processo in cui le fibre continue vengono avvolte su una filiera o un mandrino rotante. Queste fibre possono esserepreimpregnatipreimpregnato conresinao impregnato daresinadurante il processo di avvolgimento. Le fibre sono avvolte in percorsi e angoli specifici per soddisfare le condizioni di deformazione e resistenza richieste dal progetto. Alla fine, la struttura della ferita viene polimerizzata per formare una parte composita leggera e ad alta resistenza.
Applicazione della tecnologia Fiber Wrap nella produzione di protesi
(1) Produzione efficiente: la tecnologia di avvolgimento della fibra realizza automazione e controllo preciso, rendendo la produzione della protesi molto più rapida. Rispetto alla produzione manuale tradizionale, l’avvolgimento della fibra può produrre un gran numero di parti protesiche di alta qualità in breve tempo.
(2) Riduzione dei costi: la tecnologia di avvolgimento in fibra 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 può 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 hanno anche una resistenza e una durata estremamente elevate.
(4) Sostenibilità: processi di produzione efficienti e utilizzo dei materiali rendono la tecnologia di avvolgimento delle fibre più rispettosa dell'ambiente. Inoltre, la durabilità e la leggerezza delle protesi composite aiutano a ridurre lo spreco di risorse e il consumo di energia da parte dell'utente.
Con il continuo progresso della tecnologia di avvolgimento delle fibre, la sua applicazione nella produzione di protesi è sempre più promettente. In futuro, possiamo aspettarci sistemi di produzione più intelligenti, scelte di materiali più diversificate e progetti protesici più personalizzati. La tecnologia dell’avvolgimento in fibra continuerà a promuovere lo sviluppo dell’industria manifatturiera delle protesi e porterà benefici a milioni di persone che necessitano di protesi in tutto il mondo.
Progressi della ricerca all'estero
Steptics, azienda leader nella produzione di protesi, ha aumentato notevolmente l'accessibilità delle protesi industrializzando la produzione di protesi CFRP con la capacità di produrre centinaia di parti al giorno. L’azienda utilizza la tecnologia di avvolgimento della fibra non solo per aumentare la produttività, ma anche per ridurre i costi di produzione, rendendo le protesi ad alte prestazioni accessibili a un numero maggiore di persone bisognose.
Il processo di realizzazione della protesi composita in fibra di carbonio di Steptics è il seguente:
(1) Un grande tubo di formatura viene prima creato utilizzando l'avvolgimento della fibra, come mostrato di seguito, con la fibra di carbonio T700 di Toray utilizzata per le fibre.
(2) Dopo che il tubo è stato polimerizzato e formato, il tubo viene tagliato in più segmenti (in basso a sinistra), quindi ciascun segmento viene nuovamente tagliato a metà (in basso a destra) per ottenere una parte semilavorata.
(3) Nella post-elaborazione, le parti semilavorate vengono lavorate individualmente e nel processo viene introdotta la tecnologia di personalizzazione assistita dall'intelligenza artificiale per adattare proprietà come la geometria e la rigidità al singolo amputato.
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Orario di pubblicazione: 24 giugno 2024