カーボンプリプリグ技術で製造されたトランスフェモラル義肢ソケットの構造的整合性と故障:繊維の向きと硬化条件の影響

科学分野:

• バイオ材料工学
• 機械工学
• 義肢と矯正器具

背景:

• カーボンファイバー (CF) ラミネートトランスフェモラル (TF) プロテスのソケットは優れた強度を提供しますが,強度と固化の条件に関する生産データはありません.
• 既存の製造方法は複雑で高価で 普及を妨げています

研究 の 目的:

• 有限要素分析 (FEA) を用いてCFTFソケットの強度に対する繊維の方向性の影響を調査する.
• 従来のオーブンでのプレペグ材料の最適な単段階の真空袋固化条件 (VBO) を決定する.
• CF TF プロテスのソケットの製造を簡素化し,安全性と構造的整合性を高めるためのガイドラインを提供すること.

主な方法:

• 有限要素分析 (FEA) は,立体中にTFソケットに3つのCFラミネート方向性 ((45/-45/45/-45), (0/90/0/90), (0/45/-45/90) をモデル化しました.
• 牽引と屈曲試験でFEA結果とラミネートの故障モードが検証されました.
• ディフェンショナル・スキャニング・カロミテリー (DSC) と表面空隙検査により,最適な単段階固化条件 (90°Cで1時間) が特定されました.

主要な成果:

• FEAは,層の方向が残留肢圧に最小限の影響を及ぼしたことを示しました.
• (45/-45/45/-45) ラミネートは,ソケットの安定化に有利な配列を示し,明らかな前断裂の兆候でダクティルの故障を示した.
• 表面の空隙を最小限に抑え,樹脂の流れを容易にしました.

結論:

• 高品質のCFTFソケットの簡素化された製造は,プレプレグ材料を使用して達成できます.
• (45/-45/45/-45) ラミネートは,硬度が低いにもかかわらず,ダクティルの故障特性により安全性が向上します.
• 最適なVBO固化条件は複雑さとコストを削減し,高度な義肢ソケットをより容易に行えます.