Uvod
Specifična telesna građa jazavičara – dugačak torzo i kratki udovi – čini ovu rasu posebno ranjivom na degenerativne bolesti kičme, intervertebralne diskopatije i probleme sa zadnjim nogama. Kao posledica, javlja se potreba za ortopedskim pomagalima i protezama koje bi omogućile rasterećenje tela i poboljšanje kretanja.
Tradicionalni pristupi izradi proteza zasnivaju se na ručnom modelovanju i prilagođavanju, što je vremenski zahtevno i često manje precizno. Razvoj CAD/CAM i 3D tehnologija otvara nove mogućnosti za individualizovanu, brzu i preciznu proizvodnju ortopedskih pomagala.
Cilj ovog istraživanja bio je da se razvije metodologija projektovanja ergonomske proteze za jazavičare primenom parametarskog modelovanja i digitalne analize površina, uz eksperimentalnu verifikaciju na fizičkom modelu.
Materijal i metode
Za digitalno modelovanje korišćen je Rhinoceros 3D, dok su parametarske operacije i analiza razvijanja površina sprovedene u Grasshopper dodatku. Završna obrada i šabloniranje modela izvršeni su u AutoCAD-u, dok je za eksperimentalnu validaciju primenjena 3D štampa FDM tehnologijom.
Modelovanje torza i udova:
– Torzo je formiran pomoću preseka kružnih kontura postavljenih pod različitim uglovima, spojenih funkcijom Loft.
– Udovi su oblikovani na bazi eliptičnih preseka, takođe korišćenjem Loft operacije.
-Dobijeni volumeni su spojeni radi anatomskog kontinuiteta.
Kreiranje modela proteze:
-Primena Boolean operacija omogućila je uklanjanje volumena nogu sa osnovnog torza, čime su formirani udubljeni otvori na mestima udova.
– Funkcija Shell primenjena je za formiranje konstantne debljine zida, što simulira debljinu materijala proteze.
– Na površini modela, pomoću funkcije InterpCrvOnSrf, definisane su linije konstrukcije, a Patch funkcija je omogućila zatvaranje površina i kreiranje trodimenzionalne, zatvorene forme proteze.
Analiza razvijanja površina:
-Za razvijanje površine proteze korišćen je BFF algoritam u Grasshopper-u.
-Upoređivana su dva pristupa:
- razvijanje cele površine proteze,
- razvijanje samo jedne polovine modela i njeno kasnije mirorovanje.
-Analiza je pokazala da je razvijanje cele površine rezultovalo značajnim deformacijama i promenama u dimenzijama, što otežava prenošenje oblika na materijal.
-Suprotno tome, razvijanje jedne polovine modela izazvalo je promene od svega oko 10%, i to u pozitivnom ili negativnom smeru, što predstavlja prihvatljiv stepen odstupanja.
-Na osnovu ovih rezultata, kao optimalno rešenje odabrano je razvijanje polovine i njeno mirorovanje, čime se postiže simetrija uz minimalne deformacije.
Eksperimentalna validacija:
-Najpovoljnije rešenje (razvijanje polovine modela i mirorovanje) bake-ovano je i eksportovano u AutoCAD, zatim štampano na papiru kao šablon (stencil).
-Na osnovu šablona isecan je taj specifičan oblik sa nekog materijala.
-Pored toga, 3D štampan je približan model jazavičara na kome je izvršena dodatna proba. Na onovu ovog minijaturnog torza izrađena je proteza od tkanine i konca, što je omogućilo simulaciju funkcionalnosti i vizuelnu potvrdu ergonomskog oblika.
Rezultati
Parametarsko modelovanje omogućilo je brzo formiranje torza i udova, kao i laku primenu geometrijskih operacija za formiranje proteze.
Analiza razvijanja površina jasno je pokazala da se pri razvijanju cele površine javljaju prevelike deformacije, dok razvijanje polovine i mirorovanje rezultira minimalnim odstupanjima (~10%).
Eksperimentalna validacija pomoću 3D štampe i ručne izrade minijaturne proteze od tkanine i konca potvrdila je da se proteza može precizno uklopiti na model torza, uz očuvanje ergonomskog oblika i funkcionalnosti.
Dobijeni rezultati potvrđuju da parametarsko modelovanje i primena BFF algoritma značajno unapređuju proces projektovanja ergonomskih proteza. Posebno je značajno poređenje različitih metoda razvijanja: pokazalo se da razvijanje polovine i njeno mirorovanje pruža najstabilnije rezultate, jer se deformacije materijala svode na minimum.
Eksperiment sa minijaturnim modelom jazavičara i ručno urađenom protezom od tkanine i konca pokazao je da je čak i u fazi rane validacije moguće pouzdano testirati izgled i funkcionalnost. Time se otvara prostor za dalji razvoj metodologije, koja bi mogla biti proširena na izradu realnih proteza od fleksibilnih i biokompatibilnih materijala.
Zaključak
Ovo istraživanje pokazalo je da je moguće razviti efikasnu metodologiju za projektovanje ergonomskih proteza za jazavičare primenom CAD/CAE alata i parametarskog modelovanja. Poređenjem različitih metoda razvijanja površina zaključeno je da je razvijanje jedne polovine modela i njeno mirorovanje optimalno rešenje, jer dovodi do minimalnih promena materijala (~10%), za razliku od razvijanja cele površine gde su deformacije značajno veće.
Eksperimentalna validacija na približnom 3D štampanom modelu i minijaturnoj protezi izrađenoj od tkanine i konca potvrdila je da metoda daje funkcionalne i ergonomski prilagodljive rezultate. Sledeći koraci uključuju izbor adekvatnih materijala i testiranje u realnim uslovima na živim jedinkama.
