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Conception et prototypage de pied prothétique obtenu par fabrication additive

Authors
  • Louessard, Aude
Publication Date
Nov 20, 2023
Source
HAL-Descartes
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

Pour les personnes ayant subi une amputation du membre inférieur, la prothèse est la seule alternative permettant de remplacer le membre perdu. L’utilisation des matériaux composites a permis de faire évoluer les prothèses de pied en substituant les mobilités des différentes articulations du pied et de la cheville par la déformation d'une structure légère. Cette structure étant passive, sa déformation ne dépend que du dimensionnement et des efforts exercés par les utilisateurs. Les pieds prothétiques doivent donc être optimisés en fonction de la morphologie et du niveau d’activité physique de l’utilisateur.Les prothèses présentes dans le commerce sont adaptées à chaque utilisation et sont déclinées en différentes catégories basées sur le poids, l’activité et la pointure des utilisateurs. Néanmoins l’ensemble des poids et des pointures ne peuvent pas être couverts, en effet, le développement d’une gamme de prothèses nécessite des investissements importants. La fabrication additive (FA) est définie comme étant un procédé d'assemblage de matériaux, généralement couche par couche, qui a pour but de fabriquer des objets personnalisés à partir de modèles 3D. La FA est un procédé qui permet notamment de pouvoir s’affranchir de l’achat d’équipements et d’outillages onéreux et de pouvoir imprimer des géométries complexes. Ce procédé semble donc être une bonne alternative à la réalisation de pieds prothétiques adaptés à une activité spécifique.L’objectif de cette étude réside dans la conception d’une prothèse de pied issue de FA. La littérature a montré que la technique de dépôt de fil fondu (DFF) semble être la plus pertinente pour être appliquée aux prothèses de pied en raison de sa rapidité, de son coût relativement faible et de sa polyvalence en termes de matériaux. Cependant, les matériaux issus de cette technique présentent des propriétés mécaniques moins intéressantes que celles des matériaux obtenus par des méthodes plus traditionnelles, ainsi qu'une durabilité limitée dans le temps.En 2014, un procédé d’impression permettant d’ajouter des renforts en fibres longues lors de l’impression a été développé et commercialisé. Les matériaux issus de cette technique présentent un intérêt significatif en termes de légèreté et de résistance. La première partie de ce manuscrit porte donc sur l’étude de l'influence des paramètres d'impression sur les propriétés mécaniques et la durabilité dans le temps des pièces issues de cette technique.Les prototypes de prothèse de pied doivent permettre la marche des utilisateurs ainsi que leur support en position debout. Par conséquent, le pied développé devra être déformable pour se substituer à la fonction de mobilité de la cheville tout en garantissant une stabilité en position debout. La deuxième partie de ce manuscrit étudiera comment les paramètres de conception de la prothèse de pied, tel que sa rigidité, influent sur les paramètres biomécaniques, notamment la mobilité et la stabilité.Finalement, un prototype de pied a été réalisé grâce à la technique de DFF. La littérature a montré que la tenue en fatigue des prothèses de pied issues de FA est peu étudiée et que les résultats sont peu satisfaisants. Ainsi, la dernière partie de ce manuscrit portera sur l’influence de l’ajout de renforts en fibres longues sur la tenue en fatigue des prototypes. Cette partie portera également sur l’analyse des exigences en termes de mobilité et stabilité du prototype ainsi que son application à la pratique du surf. En effet, ce sport met particulièrement en évidence le compromis nécessaire entre mobilité et stabilité des pieds prothétiques.Les résultats obtenus dans cette thèse démontrent le potentiel de la FA pour la conception de prototypes de pied adaptés à chaque utilisateur et à ses activités motrices. La démarche de conception proposée pourra ainsi être étendue à des applications, des matériaux et des procédés d’impression différents.

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