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Diciembre de 2020

Dispositivo mecánico para ensayos de fatiga en una prótesis metálica

Por: Ing. Humberto Bermúdez Flores, Instituto Tecnológico Superior de Tepeaca, México

Expertos en México diseñaron un dispositivo para analizar el comportamiento de las prótesis ortopédicas e identificar las posibles fallas o ajustes necesarios para los materiales de fabricación.

En algunas áreas de ingeniería e ingeniería biomédica, interesa determinar el tiempo de vida de los materiales, construidos con base en el diseño establecido. Actualmente el acero conocido como “de grado quirúrgico” se somete a un proceso de maquinado para usarse en el interior del cuerpo humano con la finalidad de unir dos o más partes de una pieza del esqueleto: prótesis.

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F2) en base al ángulo de inclinación de la prótesis, donde se aplicará la carga dinámica cíclica vertical, de esta manera se inició con el concepto de diseño que consistió en una base, la sujeción de la prótesis, el mecanismo de movilidad, así como la transmisión accionado por motor. 

Una forma de calcular los datos fue utilizando la simulación por medio de un software el  cual nos dará los datos de los desplazamientos y los esfuerzos. La otra manera de obtener los datos es por medio de un control electrónico (celda de carga) ajustado al prototipo, que sería la forma más real de obtener la información. De esta manera se puede obtener una comparación de ambos resultados y así tener la confiabilidad de que el sistema funciona bien y a la vez se encuentra calibrado para su uso.

Se ajustó la celda de carga de tal forma que rozara con la prótesis apoyándonos con una galga de espesores. Se realizaron las iteraciones con una carga inicial de 20N, en cada newton se registraron los datos obtenidos tanto en el programa computacional, como en el control del dispositivo. En este último se registran las lecturas en una hoja de cálculo para facilitar el análisis. Se modifican las posiciones de carga para obtener resultados diferentes para ser usado como una referencia de calibración del sistema.

Considerando la mecánica de la fractura en los materiales con base en el fenómeno de fatiga que sucede bajo cargas dinámicas cíclicas, se realizó el análisis de fuerzas vectoriales para determinar la posición de la prótesis en el mecanismo. Para ello, se diseñó, simuló y fabricó un aparato mecánico para analizar el comportamiento que ocurre al someter una prótesis de implante ortopédico metálica a un ensayo mecánico, con el fin de determinar la zona donde puede ocurrir la falla en el material, siendo esto una característica de gran importancia y así lograr lo deseado por medio datos obtenidos experimentalmente y simulados por software.

Como conclusión de este trabajo se destaca que, el diseño y construcción de este dispositivo da inicio a nuevos estudios para el diseño de materiales que cumplan con todas las propiedades físicas, que exija el cliente para su correcto funcionamiento y durabilidad, garantizando la seguridad del ser humano. La investigación en la literatura, de dispositivos con estas características mostró que si existen y son de un alto costo. La importancia de la construcción de este prototipo, para garantizar la durabilidad de una prótesis es que en el mercado existen de forma vertical la forma de sujetar la pieza ortopédica, por lo que se considera una mejora, al considerar en este aparato la sujeción de la prótesis de forma horizontal.


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