Протез — это сложное высокотехнологичное устройство, созданное для замены утраченной конечности и восстановления полноценной подвижности человека. Однако долговечность и надежность всей системы в значительной степени зависят от ключевого элемента в основании — культеприемной гильзы, обеспечивающей соединение протеза с телом.
Ключевая роль гильзы
Этот интерфейс должен выполнять две важнейшие функции: обеспечивать максимальный комфорт пользователя и одновременно служить прочной опорной конструкцией. Именно гильза несет основную нагрузку при движении, воспринимая вес тела, ударные воздействия при каждом шаге и динамические усилия во время бега или прыжка.
Ограничения традиционных методов
При классическом производстве гильзы изготавливаются из однородных материалов с постоянной толщиной и жесткостью. Это приводит к концентрации давления в отдельных точках контакта при ходьбе, вызывая дискомфорт, повреждения кожи, быстрый износ гильзы и необходимость регулярной корректировки.
Решение от аддитивных технологий
3D-передовые технологии предлагают решение проблемы неравномерного распределения нагрузок, вызванной уникальной анатомией культи и ограничениями традиционных методов. Аддитивное производство позволяет точно управлять геометрией, жесткостью и внутренней структурой гильзы: варьировать толщину стенок, внедрять решетчатые или ауксетичные элементы, а также применять целенаправленное усиление в зонах высоких нагрузок.
Инновация Пермского Политеха
Специалисты Пермского Политеха создали технологию «интеллектуального армирования». Ее суть — локальное внедрение углепластиковых нитей в наиболее напряженные участки гильзы. Метод базируется на детальном компьютерном моделировании, позволяя укреплять конструкцию именно в точках максимального механического воздействия при ходьбе.
Преимущества умного армирования
Углепластиковые нити обладают уникальным сочетанием свойств, критически важных для протезирования: исключительной прочностью и жесткостью при минимальном весе. Нить диаметром всего 0,3 миллиметра выдерживает нагрузку до 520 МПа, тогда как предел прочности нейлона, используемого для печати гильзы, составляет около 15,5 МПа. Это позволяет точечно усиливать конструкцию в уязвимых местах, не увеличивая ее массу и сохраняя идеальное прилегание к телу.
Цифровой скелет для прочности
Технология создает для гильзы индивидуальный «цифровой скелет». На основе 3D-скана культи строится виртуальная модель и рассчитывается распределение давления при ходьбе. Выявляются «горячие точки» — зоны максимальной нагрузки и риска поломки. Затем в эти области цифровой модели интегрируется каркас из тонких углепластиковых стержней.
Подход обеспечивает гибкую настройку ключевых параметров усиления: количества углеродных нитей, расстояния между ними и глубины залегания. Это гарантирует оптимальное перераспределение нагрузки: углеродные волокна принимают на себя основное механическое напряжение, предотвращая разрушение полимерной основы гильзы.
Значительное повышение надежности
Расчеты подтверждают, что такая конструкция снижает опасную нагрузку на пластик более чем на 40%, что делает гильзу исключительно устойчивой к разрушению в процессе эксплуатации.
Процесс изготовления будущего
На практике процесс будет выглядеть так: врач снимет 3D-скан культи пациента, загрузит данные в программу. Программа рассчитает индивидуальную карту нагрузок и создаст цифровую инструкцию для специализированного 3D-принтера. Оборудование в процессе печати из нейлона автоматически вплетет карбоновые стержни непосредственно в самые уязвимые точки гильзы. Результат — готовое, уже усиленное изделие.
Перспективы внедрения
Разработка успешно прошла этап комплексного компьютерного моделирования и представляет собой готовую к внедрению методологию производства. В перспективе это открывает путь к существенному улучшению качества жизни тысяч людей с ампутациями, повышая надежность и безопасность современных протезов.
Источник: naked-science.ru
