Temi d'esame quesiti 2 e 3 Costruzioni biomeccaniche

QUOTATURA FUNZIONALE:

La quota rappresenta la funzione del dispositivo, a cui è associata l'operazione di montaggio, poiché spesso la funzione di un pezzo si esplica nell'interazione con altri componenti. Consideriamo uno stesso pezzo che può essere usato in 3 diverse macchine in cui svolge funzioni diverse.

Nel caso della macchina 1 la superficie G2 è la superficie funzionale rispetto alla quale va fatta una quotatura in parallelo, per cui tutte le quote devono essere riferite alla superficie G2 di appoggio con F2.

Nel caso della macchina 2 la superficie G2 è la superficie funzionale rispetto alle misure A e B mentre la misura C non è riferita alla superficie G2, quindi si ha un misto di sistema di quotatura in serie e in parallelo.

Nel caso della macchina 3 la superficie G3 è la superficie funzionale rispetto alla quale va fatta una quotatura in parallelo.

La quotatura del pezzo cambia rispetto alla sua funzione!!

QUOTATURA

TECNOLOGICA: La quota rappresenta la tecnologia con cui avverrà la fabbricazione del dispositivo. Una volta stabilita la quotatura funzionale, il disegno deve contenere tutte le quote che facilitano le operazioni tecnologiche. Va quindi definito il ciclo di lavorazione e si deve ricavare il disegno di fabbricazione, sulla base del disegno funzionale del pezzo. Questo comporta, a volte, una riquotatura del pezzo ed un eventuale trasferimento di quote con tolleranze, da cui si ottengono delle tolleranze più strette e quindi maggiori costi di lavorazione. Quando si sommano o sottraggono delle quote anche le loro incertezze si sommano, quindi nel passare dal disegno funzionale a quello tecnologico potrei ottenere delle tolleranze più larghe rispetto a quelle di partenza (catene di tolleranze). (02/2009) Si illustrino le differenze principali tra un approccio classico e un approccio locale54. per la previsione della vita a fatica di un dispositivo con geometria complessa e si

Discuta come possono essere utilizzati in un approccio combinato. Non è mai stato detto se e come combinare i due approcci. (09/2005)

Si illustri il concetto di tolleranza dimensionale e la sua importanza in fase di progettazione. Utilizzando le tabelle allegate si riconosca il sistema e la natura dell'accoppiamento 50 H7/p6 e si calcoli il gioco (o l'interferenza) massimo e minimo.

Tolleranza = differenza tra la dimensione massima e la dimensione minima accettata. È l'intervallo entro cui può oscillare la dimensione effettiva compatibilmente con la funzionalità dell'accoppiamento, mentre lo scostamento è la distanza effettiva tra la dimensione nominale e la dimensione reale del pezzo. L'approccio standard per la rappresentazione delle tolleranze è il sistema foro base, nel quale si impone sul foro lo scostamento fondamentale nullo, ovvero la zona di tolleranza del foro sarà appoggiata alla linea dello zero.

Si parla invece di sistema albero base (meno usato) se è la zona di tolleranza dell'albero che viene traslata sulla linea dello zero. Si definiscono diversi tipi di classi di tolleranza a seconda del tipo di tolleranze, più fini o più larghe. Le tolleranze vengono indicate sui disegni dei singoli pezzi, ma vengono poi riportate anche sui disegni di assieme, perché ci permettono di stabilire che tipo di accoppiamento abbiamo tra i due pezzi.

Per quanto riguarda le tolleranze dimensionali è buona regola:

• Negli accoppiamenti con gioco accertarsi che il gioco minimo sia tale da garantire la scorrevolezza anche al variare della temperatura. Il gioco max deve garantire la guida a seguito di eventuali usure;
• Per gli accoppiamenti forzati l'interferenza minima deve prevenire il distacco dei pezzi e garantire stabilità dell'accoppiamento, mentre l'interferenza massima non deve causare danneggiamento dei pezzi a causa di

deformazioni plastiche troppo grandi;

• si devono scegliere le zone di tolleranza più larghe possibili compatibilmente con le condizioni di impiego (→ riduzione dei costi!)
• Scegliere la tolleranza dell'albero e del foro in modo che giochi ed interferenze corrispondano alle condizioni di impiego richieste.
• Tenere presente che un accoppiamento incerto diviene in pratica quasi sempre un accoppiamento con leggera interferenza.
• Il foro, la cui lavorazione è più difficile, può essere spesso affetto da una tolleranza di qualità superiore (peggiore) di un grado rispetto a quella dell'albero.

H Foro - base; p dopo H interferenza → →

Foro: D = 50 mm; IT7 25 μm; s = 0 μm → nom i,f

Albero: D = 50 mm; IT6 16 μm; S = 26 μm → nom i,a

T = D + S - (D + S ) = S - S s = T + s = 0,025 mm; S = T + S = (16 + 26) μm = 0,042 mm → nom s nom i s i s,f f i,f s,a a i,a+0,025+0,0 +0,042+0,026

Foro: 50 ; Albero: 50i = D - d = D + S

– (d + s ) = 50 + 0,042 – (50 + 0) = 0,042 μmmax max,a min,f nom,a s,a nom,f i,fi = D – d = D + S – (d + s ) = 50 + 0,026 – (50 + 0,025) = 0,001 μmmin min,a max,f nom,a i,a nom,f s,f56. (06/2022)

a) Con riferimento alla funzione di un dispositivo si descrivano i tipi di quote secondo la normativa UNI e il loro utilizzo

b) Si descriva il significato delle indicazioni riportate nel disegno del chiodo endomidollare rappresentato in figura e si spieghi la loro utilità nel garantire un corretto funzionamento del dispositivo

c) Con riferimento unicamente alla parte superiore del dispositivo (quella contenuta nel riquadro tratteggiato), si completi la quotatura del disegno del chiodo endomidollare (si utilizzi pure il disegno riportato in questo foglio). Non è necessario riportare valori quantitativi per le quote, ma occorre utilizzare le opportune indicazioni secondo norma e indicare le quote con tolleranze specifiche.

a) Si distinguono i seguenti tipi

di quote è la quote funzionale (F). Questa quote è esplicita e non può essere dedotta da altre quote. La sua funzione è assicurare la funzionalità del dispositivo. La quote funzionale potrebbe avere una tolleranza più stretta rispetto alle altre parti per garantire una certa funzione. La seconda tipologia di quote è la quote non funzionale (NF). Questa quote non influisce direttamente sulla funzionalità del componente, ma è necessaria per definire completamente la sua forma. La quote non funzionale deve essere specificata tenendo conto delle esigenze di fabbricazione o controllo. Queste quote hanno delle tolleranze generali che devono essere considerate per tutto il pezzo, ad eccezione dei componenti funzionali. La terza tipologia di quote è la quote ausiliaria (AUX). Questa quote può essere ottenuta dalle altre quote e viene specificata anche se ridondante per facilitare i calcoli dell'operatore. Le quote ausiliarie servono generalmente per individuare l'ingombro generale del pezzo e vengono riportate tra parentesi (...). Le quote ausiliarie non hanno prescrizioni di tolleranze. b) La prima

La prima indicazione ci dice che l'asse dei fori passanti verticalmente per il chiodo deve essere compreso tra due piani distanti 0,02 mm e deve essere simmetrico rispetto al chiodo, lungo tutta la sua lunghezza.

La seconda indicazione ci dice che la superficie segnalata deve essere compresa tra due piani paralleli distanti 0,02 mm e perpendicolari alla superficie di riferimento Ac)(06/2003).

Si progetti una prova per la valutazione della stabilità antero-posteriore di una 57. protesi di ginocchio. In particolare, si definiscano il protocollo di prova e la strumentazione di prova e di misura.

La norma stabilisce il set-up sperimentale e il punto di applicazione del carico per testare dei piattitibiali di protesi di ginocchio a fatica, ma NON stabilisce l'entità del carico da applicare.

Studi successivi hanno valutato due diverse protesi di ginocchio (sia per forma che per materiale). Con un carico fisiologico di 2000 N non si è in grado di riprodurre in vitro la

situazione reale in vivo, perché entrambe le protesi falliscono, mentre in vivo una si rompe a fatica dopo un certo numero di cicli, mentre l'altra resiste adeguatamente. Vengono quindi proposti nuovi valori di carico da applicare durante le prove in laboratorio, più bassi dei valori fisiologici (1/4 circa = 500 N) che permettano di replicare adeguatamente il comportamento in vivo e mostrare la differenza del comportamento a fatica di due dispositivi. Le condizioni imposte in laboratorio devono essere adeguatamente scalate per replicare ciò che succede in vivo, ma non è detto che i valori di carico da applicare debbano essere uguali a quelli in vivo. La norma ASTM si è parzialmente adeguata ai risultati degli studi condotti, suggerendo di applicare carichi inferiori ai carichi fisiologici per testare le protesi di ginocchio (900 N).(09/2009) (07/2007) (09/2013) (07/2019) Si descriva quali sono i vantaggi e i potenziali svantaggi di una protesi.modulare rispetto a una protesi monoblocco. (Alternativa: con riferimento allo stelo di una protesi d'anca si discutano vantaggi e svantaggi di uno stelo standard, uno stelo modulare e uno stelo monoblocco custom, realizzato con stampa 3D). Nelle prime protesi d'anca la componente femorale era separata in due parti, per ridurre l'usura della protesi e per poter assemblare moduli di taglie diverse per poter avere una migliore adattabilità anatomica-dimensionale in fase di impianto. Quando un componente va rimosso a causa dell'usura si può sostituire solo il pezzo usurato anziché tutta la protesi. Viene perfezionata negli anni successivi, fino ad arrivare ad una protesi con anche la componente acetabolare suddivisa in due pezzi, ovvero metalback + inserto polimerico. I vantaggi di questa nuova configurazione modulare anche della coppa acetabolare sono: rimozione del solo inserto quando usurato; fissaggio del metal back all'osso con viti; cambio del solo inserto in caso di infezione o dislocazione. Tuttavia, l'utilizzo di una protesi modulare comporta anche alcuni svantaggi. Ad esempio, l'assemblaggio dei vari componenti richiede una maggiore precisione e attenzione durante l'intervento chirurgico. Inoltre, l'interfaccia tra i diversi componenti può essere una potenziale fonte di usura e di instabilità a lungo termine. D'altra parte, uno stelo monoblocco custom realizzato con stampa 3D offre numerosi vantaggi. Questo tipo di protesi può essere progettato e realizzato su misura per il paziente, garantendo una migliore adattabilità anatomica e una maggiore stabilità. Inoltre, la tecnologia di stampa 3D consente di realizzare geometrie complesse e di utilizzare materiali innovativi, migliorando così le prestazioni e la durata della protesi. In conclusione, la scelta tra una protesi modulare e una protesi monoblocco custom dipende dalle specifiche esigenze del paziente e dalle competenze del chirurgo. Entrambe le opzioni hanno vantaggi e svantaggi, e la decisione finale dovrebbe essere presa in base a una valutazione accurata del caso specifico.

Quando si cambia la testina femorale; sforzi sull'inserto polimerico più omogenei. Negli anni sono stati inseriti i primi componenti femorali modulari anche per altre parti della protesi, ad esempio dividendo lo stelo in più moduli separando il collo dello stelo dal resto del componente, per poter scegliere diverse taglie e bracci di leva durante la fase di impianto. Le soluzioni modulari per gli steli garantiscono migliore adattabilità, stabilità primaria e secondaria, correzione deformità e ricostruzione ossea. Permettono inoltre di usare materiali diversi per le diverse parti della protesi. La modularità dello stelo, con la possibilità di utilizzare colli di diverse taglie, permette di avere componenti diversi che si interfacciano con la parte spongiosa e corticale dell'osso, per garantire l'accoppiamento migliore possibile.

VANTAGGI DELLA MODULARITÀ:

• Per il chirurgo: maggiore scelta in sede operatoria,

maggiore versatilità e maggiore facilità