Estudio de diseo ptimo de una frula de miembro inferior con patrones de distintas geometras

 

Application of Autodesk Revit software as a BIM tool in project management

 

Estudo de projeto timo de uma tala de membro inferior com padres de diferentes geometrias

 

 

Isaas Caicedo II
isaias.caicedo@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0003-3192-5084
Miguel Aquino I
saquino@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-2723-9850
Jorge Buay III
jorge.bunay@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-8003-3619
Edwin Pozo IV
edwin.pozo@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-5930-7494
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Correspondencia: saquino@espoch.edu.ec

 

 

Ciencias Tcnicas y Aplicadas

Artculo de Investigacin

* Recibido: 23 de mayo de 2022 *Aceptado: 12 de junio de 2022 * Publicado: 7 de julio de 2022

 

  1. Carrera de Mecnica, Facultad de Mecnica, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
  2. Carrera de Mecnica, Facultad de Mecnica, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
  3. Carrera de Mecnica, Facultad de Mecnica, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
  4. Carrera de Mecnica, Facultad de Mecnica, Escuela Superior Politcnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.

Resumen

En el presente documento se realiz un estudio comparativo entre varios diseos de una frula de miembro inferior que cuentan con una geometra diferente, lo cual permiti determinar el diseo ptimo en cuanto a la masa, deformacin, esfuerzo y factor de seguridad. Para el desarrollo del diseo se utiliz el software CAD SolidWorks para dibujar y adaptar las condiciones requeridas, tomando un patrn de referencia en donde se ubicaban las diferentes geometras elegidas para su estudio (circulo, triangulo, hexgono, rombo y elipse). A partir de estas consideraciones, se procedi a realizar el anlisis estructural en el software ANSYS como un slido 3D mediante el uso de los mtodos de elementos finitos y a travs del mejoramiento de la malla para obtener resultados que nos permitan realizar una comparacin entre ellos y que estn amparados por la curva de convergencia. Finalmente, se obtuvo como resultado variaciones entre los elementos en cuestin y se determin que la geometra elipsoidal tiene las mejores caractersticas de masa, esfuerzo y factor de seguridad, sin embargo, tiene una ligera elevacin en la deformacin de aproximadamente 1 mm de diferencia. Mientras que la geometra triangular mostr tener ventajas y desventajas, colocndose como una segunda opcin y la geometra hexagonal obtuvo desfavorables resultados en cuanto a esfuerzo y factor de seguridad.

Palabras Clave: Diseo; frula; miembro inferior; geometras.

 

Abstract

In this document, a comparative study was carried out between several designs of a lower limb splint that have a different geometry, which allowed determining the optimal design in terms of mass, deformation, effort and safety factor. For the development of the design, SolidWorks CAD software was used to draw and adapt the required conditions, taking a reference pattern where the different geometries chosen for study were located (circle, triangle, hexagon, rhombus and ellipse). Based on these considerations, the structural analysis was carried out in the ANSYS software as a 3D solid through the use of finite element methods and through the improvement of the mesh to obtain results that allow us to make a comparison between them and that are covered by the convergence curve. Finally, variations between the elements in question were obtained as a result and it was determined that the ellipsoidal geometry has the best characteristics of mass, effort and safety factor, however, it has a slight elevation in the deformation of approximately 1 mm difference. While the triangular geometry showed advantages and disadvantages, being placed as a second option and the hexagonal geometry obtained unfavorable results in terms of effort and safety factor.

Keywords: Design; splint; lower member; geometries.

 

Resumo

Neste documento, foi realizado um estudo comparativo entre vrios desenhos de tala de membro inferior que possuem uma geometria diferente, o que permitiu determinar o desenho timo em termos de massa, deformao, esforo e fator de segurana. Para o desenvolvimento do projeto, foi utilizado o software CAD SolidWorks para desenhar e adaptar as condies requeridas, tomando um padro de referncia onde se localizavam as diferentes geometrias escolhidas para estudo (crculo, tringulo, hexgono, losango e elipse). Com base nessas consideraes, a anlise estrutural foi realizada no software ANSYS como um slido 3D atravs do uso de mtodos de elementos finitos e atravs do aprimoramento da malha para obter resultados que nos permitem fazer uma comparao entre eles e que so abordados por a curva de convergncia. Por fim, obteve-se como resultado variaes entre os elementos em questo e determinou-se que a geometria elipsoidal possui as melhores caractersticas de massa, esforo e fator de segurana, porm, possui uma leve elevao na deformao de aproximadamente 1 mm de diferena. Enquanto a geometria triangular apresentou vantagens e desvantagens, sendo colocada como segunda opo e a geometria hexagonal obteve resultados desfavorveis ​​em termos de esforo e fator de segurana.

Palavras-chave: Projeto; tala; membro inferior; geometrias.

Introduccin

Formulacin del Problema

En la actualidad, el hombre cuando sufre una fractura en un miembro inferior y necesita de una inmovilizacin, la opcin ms utilizada es la colocacin de rtesis de yeso, pero estos presentan desventajas en la recuperacin del paciente ya que suelen ser muy pesados por lo tanto son incmodos, estticos, objetos no sumergibles y por estas razones evitan que el paciente pueda desarrollar ciertas actividades. [1] Por esto motivo, se plantea el desarrollo de una frula de miembro inferior tomando en cuenta el tipo de material que se va a implementar considerando sus propiedades permitiendo que el paciente posea mayor movilidad.

 

Marco Conceptual

1) Fracturas de Miembros inferiores: Las fracturas producidas en miembros inferiores se dan en la tibia y el peron que son los huesos que le dan estructura a la extremidad inferior de la pierna, entre la rodilla y el tobillo. La fractura producida en la tibia o en el peron es una lesin traumtica grave, que se produje por un fuerte golpe directo sobre la zona o por un mecanismo de rotacin forzada, no es necesario un golpe muy violento para que se produzca la fractura, puede bastar un choque de intensidad moderada o un movimiento rotacional forzado, como se aprecia en la Figura 1. Otro tipo de fractura que afecta especialmente a la tibia en la zona media y distal es aquella causada por la repeticin de contracciones de los msculos de la pierna y son las llamadas fractura por estrs. [2] Por esta razn, se debe analizar el peron que se sita de forma paralela a la tibia y es ms delgado que sta y a diferencia de la tibia, por lo cual se considera al peron como una ayuda en la recuperacin ya que no soporta peso y no forma parte en la articulacin de la rodilla. [3]

 

Generalidades de las fracturas

Fig. 1 Vista anterior y posterior de la tibia y peron

 

2) Frulas de Miembros Inferiores: Las frulas o dispositivos ortsicos suponen una gran ayuda para individuos con patologas en la marcha humana, proporcionando ayuda a la locomocin y/o rehabilitacin. La marcha es un movimiento complejo gobernado por la actividad muscular, que controla la estabilidad del individuo para su movilidad. [4] En este proyecto se pretende disear una frula considerando que estas se han consolidado en el campo de la rehabilitacin fsica, ya que su principal aplicacin es inmovilizar una determinada parte del cuerpo humano, la misma que permite obtener resultados favorables debido a sus ventajas y caractersticas.[5] Estas frulas abarcarn la articulacin distal y proximal con respecto al foco de fractura para garantizar una buena inmovilizacin, considerando que existen varios tipos de frulas para miembros como son:

  • Rgidas las mismas que pueden ser deformables y no deformables.
  • Flexibles neumticas y de vaco.
  • De traccin.

 

FRULA MULTIPOSICIONAL PIE-TOBILLO | Orliman

Fig. 2 Modelo de frula de miembro inferior

En la Figura 2, podemos observar el diseo de una frula de miembro inferior, donde su fcil colocacin la hace eficaz, permitiendo una correcta inmovilizacin, evitando lesiones secundarias como musculares, dao vascular, lesiones nerviosas, y disminuyendo el dolor, por lo que facilitan el traslado del paciente. [6]

Se debe tomar en consideracin que con la tecnologa de escaneado 3D se ha permitido un gran avance en la fabricacin de frulas utilizando ingeniera inversa, donde su principal ventaja es la mejora en la adaptacin a la anatoma del paciente. [7] Esto unido al uso de las diferentes tecnologas de la impresin 3D como se aprecia en la Figura 3 y a nuevos materiales que facilitan el diseo y permiten una validacin para tratamientos de fracturas de miembro inferior, superior e incluso deformaciones de columna. [8]

 

Diagrama

Descripcin generada automticamente con confianza media

Fig. 3 Impresin 3D mediante material PLA

 

Formulacin de la Hiptesis

Considerando que la seccin de la frula que cubre la tibia y el peron presentar aberturas laterales de diferentes geometras que faciliten la transpiracin de la piel para una mejor recuperacin del paciente. Se propone un modelo de frula en funcin de la Figura 2, partiendo de las propiedades del material, como de las limitaciones asociadas, concretamente se pretende obtener una frula para tratar fracturas de tibia y peron, ergonmico y adaptable a distintas longitudes de pierna, que requiera de un mantenimiento mnimo y que sea ligero, debido que permitir el trasladado del paciente evitando movilizar su miembro inferior.

 

Materiales y Mtodos

Descripcin del Diseo

Para realizar el anlisis del diseo es necesario utilizar modelos abstractos que representen matemticamente el problema, donde hay que sealar que la validez del modelo depender de las simplificaciones realizadas. Y no hay que olvidar nunca que es el modelo lo que se estudia y se analiza, y no el sistema real. A partir de esto se toma en cuenta que el modelo ha de reproducir el comportamiento del sistema en aquellos aspectos que sean relevantes. Para corroborar los resultados de los modelos y asegurar su validez pueden realizarse anlisis de los prototipos. [9] El proceso de anlisis puede esquematizarse de la siguiente forma, como se aprecia en la Figura 4:

 

 

 

 

Modificacin
Estudio
Anlisis
REALIDAD MODELO,RESULTADOS,TOMA DE DECISIONES
MODIFICACIN
 

 

 

 

 

 

 


Fig. 4 Representacin del anlisis del Diseo

 

Teniendo presente el diseo que se quiere efectuar, se procede a determinar los distintos prototipos, considerando las diferentes formas geomtricas para las aberturas en la parte lateral de frula de miembro inferior, para lo cual se va a tener presente que estas aberturas van a seguir un patrn y van ocupar la misma rea, lo que permite obtener resultados ms reales a partir del peso que obtiene el dispositivo, como del anlisis de deformacin y su factor de seguridad que se obtiene a partir de la implementacin del Mtodo de Elemento Finito. Las distintas aberturas en la seccin lateral ayudan a cumplir algunos objetivos como son la visibilidad de la lesin, la higiene y la supresin de presin en algunas zonas, referente a la unin se ha querido conseguir una fijacin invisible acorde con el diseo inicial y eficaz.

 

Material Implementado

El material utilizado para la simulacin de la frula de miembro inferior es el PLA. El PLA es muy adecuado para la fabricacin de este modelo ya que es un plstico biodegradable, se comporta muy bien con piezas angulosas y se consigue una resolucin excelente de impresin y buen acabado superficial. [1] El PLA al ser un material de corte fino, su viscosidad disminuye con la tensin aplicada. El filamento PLA ha adquirido gran aceptacin dentro de la fabricacin aditiva debido a sus orgenes a base de productos renovables, adems que tiene mayor resistencia a factores externos como el calor, por lo que suele utilizarse tambin en el sector alimentario. Las propiedades del material PLA, vienen detallados en la tabla I, los mismos que sern de vital importancia en la simulacin de Mtodo de Elemento Finito. [10]

 

 

TABLA I. Especificaciones del material PLA

Propiedades del PLA

Propiedad

Dimensin

Unidad

Densidad

Mdulo de Young

Coeficiente de Poisson

-

Resistencia a la Traccin

Resistencia a la Compresin

Lmite Elstico

Conductividad Trmica

Mxima temperatura de servicio

Mnima temperatura de servicio

 

 

Diseo Propuesto

En el presente trabajo de investigacin relacionado al diseo comparativo de una frula de miembro inferior que presenta aberturas laterales con patrones de figuras geomtricas, para lo cual se requiere conocer los aspectos anatmicos como las medidas de un miembro inferior de un paciente adulto, requeridas para el dimensionamiento de la frula. En esta seccin se especifica como se realiz el diseo para la frula de miembro inferior, para lo cual se analiz cada uno de los siguientes parmetros.

1) Especificaciones del Diseo: Los primeros bocetos de la frula, se desarrollaron inspirados en formas orgnicas y/o geomtricas. Para las dimensiones de la frula fueron diseadas a partir de los referentes anatmicos de una pierna de un hombre adulto, considerando que el dispositivo inmovilizador est conformado por dos partes, la primera parte estar conformada por el tobillo y la planta del pie, y la segunda cubrir la tibia y el peron. Adems, se toma en cuenta el patrn de las aberturas laterales de la frula, esto con el objetivo de facilitar la visin de la lesin, permitir la transpiracin de la piel y por supuesto para que sea estticamente atractivo. Finalmente, los elementos de unin entre las dos partes, as como las correas para sujetar la frula a la pierna. [11]

2) Desarrollo del Diseo: Para el desarrollo del diseo se considera cada una de las especificaciones, donde una vez seleccionado el diseo se procede a modelarlo en el software SolidWorks. En primer lugar, se modelo la parte que cubrir el tobillo y la planta del pie cuyas dimensiones son 80x250mm y un espesor de 3 mm, como se puede observar en la Figura 5.

 

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Fig. 5 Elemento 1 conformado por la planta del pie y la seccin del tobillo

 

Una vez obtenido el modelo del elemento 1, procedemos al desarrollado de la frula para la seccin de la tibia y del peron como podemos observar en la Figura 6, la misma que posee las siguientes dimensiones 270x80 mm y un espesor de 3mm.

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Fig. 6 Elemento 2 de la frula de miembro inferior

 

Con respecto al diseo de la frula, se ha querido reflejar la idea de una frula que forma parte de la pierna como si se tratara de una segunda piel, un complemento atractivo y eficaz, al considerar su fcil uso y cmodo para el paciente.[1] En la Figura 6, podemos apreciar el diseo de la frula, en la misma que se puede apreciar las dimensiones completas del dispositivo las mismas que son 350 mm de alto, 250 mm de largo y un ancho de 80mm.

 

Desarrollo de Prototipos

Para realizar los distintos prototipos de diseo para la frula de miembro inferior es necesario utilizar modelos geomtricos como son circular, triangular, hexagonal, romboide, elipsoidal, los mismos que seguirn el patrn que se puede observar en la Figura 7, que nos permita obtener resultados precisos para determinar el modelo ptimo.

 

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Fig. 7 Vista lateral del patrn de las aberturas

 

1) Geometra Circular: Con respecto a la forma circular se considera un radio de 5 mm, la misma que viene representada en la Figura 8.

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Fig. 8 Vista lateral con aberturas con forma circular

 

Las propiedades se encuentran representadas en la Figura 9 que fueron obtenidas en SolidWorks. Con respecto a la frula de miembro inferior con aberturas de forma circular se tiene una masa de 327 g. y una superficie de 1,90E5 mm2.

 

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Fig. 9 Propiedades Prototipo 1

 

2) Geometra Triangular: Con respecto a la forma triangular se considera un radio circunscrito de 5 mm, la misma que viene representada en la Figura 10.

 

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Fig. 10 Vista lateral con aberturas con forma triangular

 

Las propiedades se encuentran representadas en la Figura 11 que fueron obtenidas en SolidWorks. Con respecto a la frula de miembro inferior con aberturas de forma triangular se tiene una masa de 345 g. y una superficie de 1,98E5 mm2.

 

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Fig. 11 Propiedades Prototipo 2

3) Geometra Hexagonal: Con respecto a la forma hexagonal se considera un crculo circunscrito radio de 5 mm, la misma que viene representada en la Figura 12.

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Fig. 12 Vista lateral con aberturas con forma hexagonal

 

Las propiedades se encuentran representadas en la Figura 13 que fueron obtenidas en SolidWorks. Con respecto a la frula de miembro inferior con aberturas de forma hexagonal se tiene una masa de 333 g. y una superficie de 1,92E5 mm2.

 

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Fig. 13 Propiedades Prototipo 3

4) Geometra Romboidea: Con respecto a la forma romboidea se considera un radio circunscrito de 5 mm, la misma que viene representada en la Figura 14.

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Fig. 14 Vista lateral con aberturas con forma romboidea

 

Las propiedades se encuentran representadas en la Figura 15, donde la frula con aberturas de forma romboidea tiene una masa de 339 g. y una superficie de 1,95E5 mm2.

 

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Fig. 15 Propiedades Prototipo 4

 

5) Geometra Elipsoidal: Con respecto a la forma elipsoidal se considera un radio 1 de 5 mm y un radio 2 de 7,50 mm, la misma que viene representada en la Figura 16.

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Fig. 16 Vista lateral con aberturas con forma elipsoidal

 

Las propiedades se encuentran representadas en la Figura 17 que fueron obtenidas en SolidWorks. Con respecto a la frula de miembro inferior con aberturas de forma elipsoidal se tiene una masa de 312 g. y una superficie de 1,84E5 mm2.

 

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Fig. 17 Propiedades Prototipo 5

 

 

Resultado y Discusin

Para la obtencin de los resultados obtenidos de los diferentes prototipos de diseo de la frula de miembro inferior, se los desarrollo mediante la aplicacin del Mtodo del Elemento Finito en el software ANSYS Workbench, este anlisis nos permite determinar la eficiencia de nuestro dispositivo, a partir de los resultados obtenidos de deformacin total, anlisis tensional, error estructural y factor de seguridad.

 

Deformacin Total

Luego de tener los prototipos de diseo con geometras especficas se determin la necesidad de hacer un anlisis de elementos finitos para comprender, hasta cierto punto, el comportamiento generado por la frula en funcin de su deformacin total producida sobre el elemento. Luego de insertar cada uno de los parmetros que van a actuar en la frula, tal como fixed support, pressure, moment, se obtuvo los siguientes resultados.

1) Geometra Circular: Con respecto a la deformacin total producida en el prototipo 1 en una geometra con forma circular se tiene una deformacin mxima de 7,6249mm, la misma que puede apreciarse en la Figura 18, cuya veracidad se encuentra respaldada en la curva de convergencia.

 

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Fig. 18 Deformacin total-Curva de Convergencia del Prototipo 1

 

2) Geometra Triangular: Con respecto a la deformacin total producida en el prototipo 2 en una geometra con forma triangular se tiene una deformacin mxima de 6,8671mm, la misma que puede apreciarse en la Figura 19, cuya veracidad se encuentra respaldada en la curva de convergencia.

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Fig. 19 Deformacin total-Curva de Convergencia del Prototipo 2

 

3) Geometra Hexagonal: Con respecto a la deformacin total producida en el prototipo 3 en una geometra con forma hexagonal se tiene una deformacin mxima de 7,641mm, la misma que puede apreciarse en la Figura 20, cuya veracidad se encuentra respaldada en la curva de convergencia.

Una captura de pantalla de una computadora

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Fig. 20 Deformacin total-Curva de Convergencia del Prototipo 3

 

4) Geometra Romboidea: Con respecto a la deformacin total producida en el prototipo 4 en una geometra con forma romboidea se tiene una deformacin mxima de 7,0403mm, la misma que puede apreciarse en la Figura 21.

Una captura de pantalla de una computadora

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Fig. 21 Deformacin total-Curva de Convergencia del Prototipo 4

 

5) Geometra Elipsoidal: Con respecto a la deformacin total producida en el prototipo 5 en una geometra con forma hexagonal se tiene una deformacin mxima de 8,1097mm, la misma que puede apreciarse en la Figura 22, que se encuentra respaldada en la curva de convergencia.

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Fig. 22 Deformacin total-Curva de Convergencia del Prototipo 5

 

Anlisis Tensional

Para el anlisis de los esfuerzos producidos en la frula, se obtiene un esfuerzo mximo de 31,189 MPa correspondiente al prototipo de geometra Hexagonal y el prototipo con el menor valor en su esfuerzo mximo es el prototipo de la geometra Elipsoidal con un valor de 31,156 MPa.

1) Geometra Circular: Con respecto a los esfuerzos equivalentes producidos en el prototipo 1 en una geometra con forma circular se tiene un valor mximo de 31,166 MPa, la misma que puede apreciarse en la Figura 23, que se encuentra respaldado en la curva de convergencia.

 

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Fig. 23 Esfuerzo Tensional-Curva de Convergencia del Prototipo 1

 

2) Geometra Triangular: Con respecto a los esfuerzos equivalentes producidos en el prototipo 2 en una geometra con forma triangular se tiene un valor mximo de 31,175 MPa, la misma que puede apreciarse en la Figura 24, este valor se encuentra respaldado en la curva de convergencia obtenida en este anlisis.

 

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Fig. 24 Esfuerzo Tensional-Curva de Convergencia del Prototipo 2

 

3) Geometra Hexagonal: Con respecto a los esfuerzos equivalentes producidos en el prototipo 3 en una geometra con forma hexagonal se tiene un valor mximo de 31,189 MPa, la misma que puede apreciarse en la Figura 25, este valor se encuentra respaldado en la curva de convergencia obtenida en este anlisis.

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Fig. 25 Esfuerzo Tensional-Curva de Convergencia del Prototipo 3

 

4) Geometra Romboidea: Con respecto a los esfuerzos equivalentes producidos en el prototipo 4 en una geometra con forma romboidea se tiene un valor mximo de 31,174 MPa, la misma que puede apreciarse en la Figura 26.

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Fig. 26 Esfuerzo Tensional-Curva de Convergencia del Prototipo 4

 

5) Geometra Elipsoidal: Con respecto a los esfuerzos equivalentes producidos en el prototipo 5 en una geometra con forma elipsoidal se tiene un valor mximo de 31,156 MPa, la misma que puede apreciarse en la Figura 27, este valor se encuentra respaldado en la curva de convergencia obtenida en este anlisis.

 

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Fig. 27 Esfuerzo Tensional-Curva de Convergencia del Prototipo 5

 

 

Factor de Seguridad

Con respecto al factor de seguridad que posee la frula de miembro inferior, se tiene un valor mximo 1,5085 correspondiente al prototipo de geometra Elipsoidal y el prototipo con el menor valor es el prototipo con geometra Hexagonal con un valor de 1,5069. Se debe considerar que un valor del coeficiente de seguridad superior a la unidad indica seguridad ante el fallo, tanto mayor, cuanto ms elevado sea su valor, mientras que un valor inferior a la unidad indica inseguridad o probabilidad elevada de que ocurra el fallo. En funcin de la variabilidad de las cargas aplicadas y las propiedades del material, cada valor del coeficiente de seguridad se puede asociar a una probabilidad de fallo o de supervivencia de la pieza analizada. [12]

1) Geometra Circular: Con respecto al factor de seguridad obtenido en el prototipo 1 en una geometra con forma circular se tiene un valor de 1,5081, la misma que puede apreciarse en la Figura 28.

 

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Fig. 28 Factor de Seguridad del Prototipo 1

 

2) Geometra Triangular: Con respecto al factor de seguridad obtenido en el prototipo 2 en una geometra con forma triangular se tiene un valor de 1,5076, la misma que puede apreciarse en la Figura 29.

 

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Fig. 29 Factor de Seguridad del Prototipo 2

 

3) Geometra Hexagonal: Con respecto al factor de seguridad obtenido en el prototipo 3 en una geometra con forma hexagonal se tiene un valor de 1,5069, la misma que puede apreciarse en la Figura 30.

 

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Fig. 30 Factor de Seguridad del Prototipo 3

 

4) Geometra Romboidea: Con respecto al factor de seguridad obtenido en el prototipo 4 en una geometra con forma romboidea se tiene un valor de 1,5077, la misma que puede apreciarse en la Figura 31.

 

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Fig. 31 Factor de Seguridad del Prototipo 4

 

5) Geometra Elipsoidal: Con respecto al factor de seguridad obtenido en el prototipo 5 en una geometra con forma elipsoidal se tiene un valor de 1,5085, la misma que puede apreciarse en la Figura 32.

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Fig. 32 Factor de Seguridad del Prototipo 5

 

Anlisis de Resultados

A partir de la Tabla 2, se elige el prototipo de diseo ideal, mediante los resultados mostrados en la tabla 2 se ha podido verificar que la geometra elipsoidal tiene caractersticas favorables ya que su masa es de apenas 312 gramos y aunque su deformacin es casi 1 mm por encima de las otras geometras, los resultados tambin indican que el esfuerzo mximo que se genera es el menor en comparacin con las otras formas, con un valor de 31.156 MPa.

Estas caractersticas permiten que la frula de tipo elipsoidal cuente con un factor de seguridad de 1.5085, lo cual est por encima de las otras, convirtindose en una de las mejores opciones para elegir a la hora de realizar un diseo.

La geometra hexagonal obtuvo el factor de seguridad ms bajo, as como el esfuerzo ms alto, por lo que se podra decir que no es recomendable su aplicacin. Mientras que el de tipo triangular present una mayor masa en referencia a las otras, sin embargo, obtuvo una menor deformacin que las dems y un factor de seguridad intermedio. En este sentido, es una segunda opcin para tomar en cuenta debido a sus caractersticas medianamente favorables.

 

TABLA II. Anlisis de Resultados

Anlisis de Resultados

Prototipo

Masa
(kg)

Deformacin
(mm)

Esfuerzo
(MPa)

Factor de Seguridad

Circular

327

7,6249

31,166

1,5081

Triangular

345

6,8671

31,175

1,5076

Hexagonal

333

7,641

31,189

1,5069

Romboide

339

7,0403

31,174

1,5077

Elipsoidal

312

8,1097

31,156

1,5085

 

Conclusiones

Mediante la realizacin del trabajo de investigacin se concluy que el diseo de una frula mediante softwares computacionales permite verificar su correcta geometra para una aplicacin ms funcional y que le permita al paciente inmovilizar determinada rea de sus miembros inferiores con la finalidad de proveer una pronta recuperacin.

Sin embargo, se ha visto necesario que para cada paciente se genere un tipo de frula personalizada ya que cuentan con una geometra diferente, por lo que sera necesario de la aplicacin de la tecnologa 3D para obtener dimensiones acordes a lo que necesita la persona.

Adems, se ha aplicado geometras de corte que generen un menor gasto de material pero que sobre todo que le permita a la piel respirar y obtener una frescura de la temperatura ambiente, lo cual se ha verificado que permite una mejor recuperacin. As mismo el ajuste de la frula debe ser adecuado para el tipo de lesin que se presente y verificado por un mdico especializado para evitar que se corte la circulacin de la sangre lo que provocara efectos negativos en el paciente.

Finalmente, el tipo de material que se ha elegido es el PLA debido a que mediante la bibliografa investigada se ha visto que sus caractersticas contribuyen a la flexibilidad y resistencia que se necesita para aportar en sus funciones de recuperacin y as mismo permite una buena calidad de impresin 3D.

Referencias

  1. E. Requejo Arranz and J. Magdaleno Martn, DISEO Y DESARROLLO DE UNA FRULA DE MIEMBRO SUPERIOR ESCANEADA E IMPRESA EN 3D, Valladolid, Jun. 2019. Accessed: Sep. 22, 2021. [Online]. Available: https://core.ac.uk/download/pdf/228073977.pdf.
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