Proces rekonstrukcji ubytków kostnych jest złożony i wieloetapowy. Analizując poszczególne etapy przygotowania implantu, wybrano cztery kryteria mające wpływ na wybór metody jego wykonania, są nimi: - dokładność geometryczna; - rodzaj materiału implantu; - czas wytworzenia; - koszty związane z jego wytworzeniem. Przy użyciu wybranych technik szybkiego prototypowania wykonano kilkadziesiąt modeli badawczych. Na ich podstawie dokonano porównania poszczególnych technologii, opierając się na założonych kryteriach. Dokładność modeli medycznych Dokładność gotowego modelu medycznego zależy od wielu czynników, które pojawiają się w kolejnych etapach tworzenia implantu. Każdy etap wytwarzania: od akwizycji danych CT (Computer Tomography), przez przetwarzanie danych, projektowanie modelu oraz wykonanie prototypu, jest obarczony pewnym błędem. W procesie przetwarzania danych typu DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) niejednokrotnie występuje konieczność filtracji zniekształceń obrazu, które powodują braki informacji o geometrii czy strukturze tkanek. Błędy te wpływają bezpośrednio na dokładność tworzonego modelu 3D. Wpływ na dokładność obrazowania mają także parametry wynikające z budowy tomografu (rodzaj źródła promieniowania, rodzaj matrycy detektorów, rodzaj zastosowanej korekcji i geometria układu pomiarowego) oraz protokołu pomiarowego (dawka promieniowania, napięcie lampy X, wielkość plamki, czas skanowania, algorytm rekonstrukcji, liczba projekcji, grubość skanowanej warstwy, algorytm interpolacji danych oraz skok spirali skanowania), [1]. Uzyskane z rekonstrukcji obrazów dane przekształca się, w kolejnym etapie procesu, do postaci modelu siatkowego. Dane te mogą być także bezpośrednio przetworzone do modelu powierzchniowego i zapisane w formacie stl.Zapis pliku w tym formacie także może powodować błędy wymiarowe powierzchni i kształtu, wynikające z przybliżeń powierzchni trójwymiarowych powierzchniami tr[...]

  Dynamiczny rozwój metod pomiarowych oraz szybkiego prototypowania znalazł odzwierciedlenie również w medycynie. Współpraca inżynierów i lekarzy pozwala na wdrażanie w procesie leczenia najnowszych technologii, co przynosi duże korzyści pacjentom. Wdrażane rozwiązania dotyczą na przykład procesu obrazowania, rehabilitacji, narzędzi operacyjnych czy protetyki. Zastosowanie w medycynie nowych rozwiązań z zakresu nauk technicznych prowadzi do udoskonalania już istniejących, jak również umożliwia wprowadzenie niespotykanych dotychczas - innowacyjnych metod leczenia. Znaczące miejsce zajmują także badania dotyczące wykorzystania nieinwazyjnych technik pomiarowych stosowanych zwykle w medycynie na potrzeby badań technicznych konstrukcji mechanicznych. Pomiary z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego - MRI (ang. Magnetic Resonance Imaging) czy tomografii komputerowej - CT (ang. Computer Tomography) pozwalają uzyskać zarówno modele numeryczne tkanek czy organów człowieka, jak i obrazy struktury wewnętrznej nawet bardzo skomplikowanych elementów maszyn. Na ich podstawie istnieje możliwość wytworzenia modeli fizycznych lub prototypów funkcjonalnych, ułatwiających ocenę występujących problemów czy też symulację określonych działań. Na podstawie numerycznego zapisu wyników pomiaru mogą być następnie wykonane modele fizyczne stosowane w medycynie jako implanty, modele symulacyjne czy też szablony chirurgiczne. Należy jednak zaznaczyć, że podstawowym wymogiem stawianym gotowym implantom czy protezom jest ich wykonanie z materiałów biokompatybilnych. Kolejnym bardzo ważnym warunkiem jest wysoka dokładność ich wykonania, co nie zawsze oznacza minimalizację odchyłek geometrycznych, a często dotyczy jak najlepszego dopasowania do indywidualnej budowy pacjenta. W procesie tworzenia modeli medycznych na ich jakość ma wpływ zarówno szczegółowość modeli otrzymanych na etapie rekonstrukcji numerycznej, jak również dokładność samych procesów wy[...]

  Pomimo powszechności stosowania przekładni zębatych ich projektowanie może przysparzać licznych problemów. Przygotowanie optymalnej konstrukcji, szczególnie dla rozwiązań nietypowych, wymaga wielu godzin prac zarówno obliczeniowych, jak i badawczych. Dla wybranych rozwiązań konstrukcyjnych przeprowadza się eksperymenty mające potwierdzić słuszność dokonanych wyborów oraz ujawnić ewentualne zagrożenia. W związku z dynamicznym rozwojem metod szybkiego prototypowania badania stanowiskowe przeprowadza się z wykorzystaniem modeli wytworzonych z ich zastosowaniem. Jedną z najczęściej stosowanych jest metoda MEM (Melted and Extruded Manufacturing), zwana także drukiem 3D. Do wykonania prototypu przekładni falowej (rys. 1) została wybrana właśnie ta metoda, gdyż technika przyrostowego wytwarzania modeli doskonale sprawdza się w przypadku koła podatnego o skomplikowanej budowie. Jest to element o kształcie cienkościennej tulei z jednej strony zamkniętej dnem, a na drugim końcu mającej drobnomodułowy wieniec zębaty. Wykonanie takiego koła metodami klasycznej obróbki ubytkowej wymaga dodatkowego oprzyrządowania i jest bardzo trudne, natomiast wykorzystanie druku 3D znacznie ułatwia i przyspiesza ten proces. Przygotowanie danych do druku 3D Wykonanie prototypów funkcjonalnych przekładni falowej musi być poprzedzone wieloma innymi działaniami. W pierwszej kolejności niezbędne jest wykonanie obliczeń geometrycznych i wytrzymałościowych w celu ustalenia podstawowych parametrów wymiarowych uzębienia. Następnym krokiem jest zamodelowanie poszczególnych elementów składowych przekładni falowej w wybranym programie CAD. Większość popularnych programów z zakresu komputerowego wspomagania projektowania ma dodatkowe funkcje, wspomagające proces ich tworzenia. W tym przypadku wykonano modele bryłowe koła sztywnego, koła podatnego i generatora fal w programie SolidWorks (rys. 2). Rys. 1. Schemat zębatej przekładni falowej, na podstawie[...]

  Wyniki dotyczące wytrzymałości konstrukcji mechanicznych, uzyskane różnymi metodami obliczeniowymi, opisują rzeczywistość jedynie w sposób przybliżony. Wszystkie metody numeryczne w założeniach przyjmują już uogólnienia, niepozostające bez wpływu na jakość otrzymanych wyników. Mogą to być uproszczenia geometrii lub układu sił, przybliżone wartości przyjmowanych właściwości materiałowych czy pomijanie czynników zewnętrznych o nieokreślonej zmienności [1, 2]. Wybrane parametry obliczeniowe projektant może dobierać według własnego doświadczenia, natomiast niektórych stałych nie może i nie powinien zmieniać. Także numeryczna analiza MES jest metodą uproszczoną, zarówno ze względu na ograniczoną możliwość definiowania czynników zewnętrznych, uwzględnienia współczynników bezpieczeństwa, jak i przez wykorzystanie w obliczeniach modeli dyskretnych. Wskazane jest więc krytyczne podejście do interpretacji otrzymanych wyników lub ich weryfikacja innymi metodami. Przeprowadzone badania stanowiskowe miały pomóc ocenić jakość rozwiązań otrzymanych w wyniku obliczeń numerycznych MES. Przygotowanie i przeprowadzenie badań Badania stanowiskowe dotyczyły zębatej przekładni falowej w czterech wariantach konstrukcyjnych. Analizowane konstrukcje miały takie same wymiary wieńca zębatego, zapewniające poprawną pracę przekładni. Różniły się jednak kształtem korpusu i promieniem przejścia tulei w dno. Przedstawione na rys. 1. warianty konstrukcyjne stanowią kolejne etapy poszukiwania nowego, ulepszonego kształtu koła podatnego, pozwalającego zwiększyć jego nośność. Koło o kształcie "bazowym", który jest znany z literatury [3, 4], modyfikowano wstępnie przez zwiększenie promienia zaokrąglenia przy dnie (R2 na rys. 1). W ten sposób powstał wariant nazwany na potrzeby analizy "promień".[...]