Issue 22

D. Cerniglia et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 22 (2012) 56-68 ; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.22.07 60 In particolare, nel presente lavoro, sono state considerate due differenti condizioni di carico per la protesi. Nella prima si è studiato un angolo di flesso-estensione pari 0°, nella seconda pari a 30°. In entrambi i casi si è considerato un individuo di peso corporeo pari a 900 N durante una passeggiata. I carichi utilizzati sono stati di 900 N per l’angolo pari a 0° e di 2700 N (circa 3P) nella condizione di flessione a 30°. V ALUTAZIONE NUMERIC A DELL ’ AREA DI CONTATTO ’ approccio numerico per la valutazione dell’area di contatto fra la componente femorale e l’inserto in polietilene, si è sviluppato in tre distinte fasi: acquisizione, tramite tecnica di reverse engineering, delle forme delle componenti della protesi, modellazione ed assemblaggio dei modelli CAD, messa a punto delle simulazioni agli elementi finiti. Reverse engineering e modellazione CAD della protesi La forma 3D della protesi è stata acquisita utilizzando il sistema di scansione 3D COMET 5, composto da una videocamera da 11 mega-pixel, una sorgente laser, una workstation ed un software, il COMETPlus, che gestisce i dati dalla fase di scansione fino all’esportazione di un modello CAD o della nuvola di punti acquisita. Il sistema permette di acquisire all’interno del volume di lavoro variabile da un minimo di 80 ad un massimo di 1000 mm 3 , ha livello di accuratezza (dipendente dal volume di acquisizione) minore di 5 µm e un tempo di acquisizione molto ridotto (circa 1 s). La procedura di acquisizione delle singole componenti della protesi è stata la seguente. Inizialmente, le superfici da acquisire sono state opacizzate con uno spray rivelatore bianco in modo da limitare il disturbo prodotto da eventuali riflessioni o eccessivo assorbimento della luce proiettata. Successivamente si è proiettato, per mezzo della sorgente di luce laser, un pattern regolare di frange sulle superfici; il pattern di frange risultante è stato dunque elaborato in accordo con i principi ottici della tecnica Moirè [15]. Per ottenere una descrizione completa (punto a punto) delle superfici scansionate, sono state realizzate diverse acquisizioni ruotando le componenti lungo un asse verticale. Le nuvole di punti dei modelli acquisiti utilizzando questa tecnica sono, solitamente, soggetti a rumore (Fig. 4) e, per tale motivo, è necessario filtrare i dati prima di poter disporre di dati corretti e coerenti. A tal uopo è stato utilizzato il software Geomagic Studio, grazie al quale le nuvole di punti dei modelli acquisiti sono state filtrate, opportunamente rifinite, interpolate in superfici NURBS (Fig. 4) e convertite in modelli solidi CAD. Figura 4 : Componente femorale: a sinistra la nuvola di punti acquisiti, a destra il modello NURBS. Figure 4 : Femoral component: the point cloud acquired (left) and the NURBS model (right). Attraverso il software Solid Edge i modelli CAD delle varie componenti protesiche sono stati opportunamente assemblati al fine di ottenere due modelli che riproducessero le condizioni di flesso-estensione nulla (angolo di 0°) e pari a 30° (Fig. 5). L’assemblaggio dei componenti è stato eseguito in modo semiautomatico procedendo a verificare l’assenza di interferenza reciproca fra i vari pezzi attraverso l’utilizzo del modellatore Solid Edge e di un sistema di visualizzazione stereoscopica [16]. I modelli assemblati delle configurazioni a 0° e 30° sono stati convertiti in formato IGES per il successivo studio agli elementi finiti. L