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Biomecânica Virtual de Próteses

Como a digitalização da engenharia abriu novas soluções para antigos problemas da medicina.

A biomecânica sempre buscou compreender as complexas interações entre os sistemas biológicos e mecânicos, desvendando como os organismos se movem, como seus tecidos e estruturas se adaptam às demandas físicas, e como esses princípios podem ser aplicados em diversas áreas, incluindo a medicina, o esporte, a ergonomia e a engenharia. Através da análise das forças, momentos, movimentos e respostas dos sistemas biológicos, a biomecânica contribui para melhorar a compreensão do funcionamento do corpo e para o desenvolvimento de soluções e tecnologias que beneficiam a saúde, o desempenho humano e a qualidade de vida.


O desafio da biomecânica em auxiliar a medicina e odontologia sempre foi grande, desenvolvimento de materiais adequados, experimentação de geometrias, fabricação de protótipos e da peça final. Para tentar fazer isso de forma ágil a engenharia tradicional lançou mão de estratégias como teste em réplicas de estruturas humanas, simplificações matemáticas de modelos e soluções do tipo “one size fits all”.

Hoje, com a digitalização da engenharia é possível realizar o design de um produto de forma totalmente virtual, agilizando as etapas de produção, desde o desenho, passando por testagem até a manufatura. Dadas as limitações, no passado, as empresas médicas estavam limitadas a executar apenas algumas iterações de design, aceitando compromissos em suas criações. No entanto, a era atual é marcada pela capacidade de otimizar projetos através da execução inúmeras iterações, buscando incansavelmente o design ideal.


Com avanços em tecnologia, materiais e métodos de fabricação, a próxima geração de dispositivos médicos está se tornando mais acessível, confortável e rápida de produzir. Veja o exemplo da revolução que os produtos da Siemens geram no desenvolvimento de próteses.


As novas fronteiras das próteses

Os dispositivos protéticos atuais estão passando por avanços constantes em complexidade e personalização. Para se manterem competitivas dentro de um cenário altamente desafiador, as empresas devem buscar inovações nos produtos e processos de design. É necessário considerar custo, conforto e personalização no aprimoramento dos produtos para atender às necessidades dos clientes.


Um exemplo de necessidade é o seguinte, à medida que um paciente amputado cresce, sua prótese precisa se adaptar ao aumento do tamanho do membro. Esse crescimento é um desafio que pode dificultar o acesso das crianças a próteses desde cedo. O custo atual de substituir uma prótese anualmente é proibitivo para muitos pacientes. A solução reside em encontrar maneiras de reduzir os custos das próteses e tornar esses dispositivos mais acessíveis a todos.


Além disso, sabemos que cada paciente possui particularidades em sua anatomia, e, enquanto as próteses ajustáveis suprem as necessidades dos pacientes, a capacidade de digitalizar a geometria da região na qual a prótese será encaixada e desenhar um modelo de prótese customizado para cada paciente faz com que o encaixe seja sempre bom e a prótese seja confortável desde o primeiro uso, isso sem contar as possibilidades de otimização em próteses submetidas a ambientes de alto desempenho, como lâminas protéticas para atletas.


Como podemos transformar esse processo


Com seu conjunto integrado de ferramentas, a Siemens permite que as empresas reduzam os custos das próteses, ofereçam recursos personalizados e melhorem a eficiência de seus produtos. A abordagem de design virtual proporcionada pelo NX possibilita que pacientes em todo o mundo tenham acesso a dispositivos protéticos sem a necessidade de consultas presenciais. Os softwares da Siemens abrem inúmeras oportunidades para o desenvolvimento de próteses, tornando o processo mais ágil e acessível para aqueles que dependem desses dispositivos.



O NX oferece uma variedade de ferramentas fáceis de usar para modelagem de superfície. O software NX Realize Shape é uma solução de design acessível para criação avançada de formas. Para atletas, as próteses podem ser adaptadas com precisão para se adequar à forma específica do corpo, melhorando o desempenho com o auxílio das ferramentas flexíveis de design do NX. Este software permite que os designers criem formas refinadas ao subdividir um corpo inicial em detalhes específicos, proporcionando recortes precisos e extrusões de geometria.


A manufatura aditiva e outras tecnologias de produção prosperam com a abordagem inovadora do Realize Shape para o desenvolvimento de formas. O NX eleva a manufatura aditiva a um novo patamar, expandindo significativamente a gama de produtos que podem ser fabricados. A fabricação aditiva no NX possibilita a criação de próteses leves, duráveis e respiráveis.


A automação de design substitui processos intensivos em mão de obra que envolvem traduções entre várias ferramentas de design. As ferramentas integradas permitem que a digitalização 3D seja incorporada diretamente no projeto do soquete, automatizando o processo e resultando em um soquete de alta qualidade, repetível e personalizado para cada cliente.


A integração do NX com o CAE (Engenharia Auxiliada por Computador - Computer Aided Engineering) possibilita projetos altamente otimizados. O software HEEDS, por exemplo, é uma ferramenta que viabiliza o design orientado a simulação. O HEEDS pode se conectar todas as ferramentas CAD e CAE, acelerando a inovação no processo de desenvolvimento de produtos.


“O HEEDS acelera o processo de desenvolvimento de produtos automatizando fluxos de trabalho de análise (Automação de Processos), maximizando os recursos computacionais de hardware e software disponíveis (Execução Distribuída) e explorando com eficiência o espaço de projeto para soluções inovadoras (Pesquisa Eficiente), enquanto avalia os novos conceitos garantido que o desempenho dos requisitos sejam atendidos (Insight & Discovery).”

O Simcenter 3D, por sua vez, é uma solução de design totalmente integrada, auxiliada por computador, para desafios de engenharia complexos. Este software oferece recursos avançados de modelagem 3D e simulação eficaz para obter uma melhor compreensão e aperfeiçoar o desempenho geral dos produtos. No contexto citado de uma lâmina protética para atletas, o Simcenter 3D e o HEEDS podem ser usados para aprimorar a simulação de desempenho antes que o produto seja submetido a condições reais de competição.


O desempenho do produto é de suma importância. Optar pela utilização destes softwares permite que as empresas utilizem diversos fluxos de trabalho de design integrados para testar o desempenho do produto antes de chegar às mãos dos clientes.

 

Produzir um design que alcance um desempenho ideal com maior eficiência melhora a qualidade geral de uma empresa. O futuro com o uso do NX, Simcenter 3D e HEEDS possibilita o crescimento nas participações de mercado com menores custos de desenvolvimento e produtos de maior qualidade. De forma geral, o uso destes softwares integrados possibilita um design mais confortável, confiável e acessível ao paciente, enquanto implica em redução de custos para a empresa.


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