[pt] OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA APLICADA A IMPLANTES CRANIOFACIAIS

[en] TOPOLOGICAL OPTIMIZATION APPLIED TO CRANIOFACIAL IMPLANTS

[pt] BRUNO SALLES MARQUET AMORIM

[pt] OTIMIZACAO TOPOLOGICA

[pt] PROTESES CRANIOFACIAIS

[pt] IMPLANTES CRANIOFACIAIS

[pt] ANSYS

[en] TOPOLOGY OPTIMIZATION

[en] CRANIOFACIAL PROSTHESES

[en] CRANIOFACIAL IMPLANTS

[en] ANSYS

[pt] Durante séculos o ser humano busca pelo ótimo, isso pertence à sua natureza. Sempre buscaram uma maneira de melhorar, de criar condições favoráveis, de otimizar. As mais diversas áreas de desenvolvimento de projetos têm se beneficiado dos avanços dessas técnicas de otimização, principalmente quando utilizadas em projetos estruturais. Estão em constante avanço e graças ao surgimento de ferramentas CAD/CAM e novas técnicas de fabricação como a impressão 3D, hoje é possível obter soluções que antes eram inimagináveis. A otimização topológica é uma dessas técnicas que vem ganhando destaque, e tendo como base o Método de Elementos Finitos. Ao definir um domínio e as condições de contorno, tais como os pontos de fixação e os carregamentos, o método busca a melhor distribuição de material dentro daquele domínio visando a minimização de certas medidas de desempenho, tais como: flexibilidade, volume ou massa, de acordo com o projeto que está sendo desenvolvido. O objeto de estudo apresentado neste trabalho pode parecer um problema relacionado somente a área médica, contudo uma solução que engloba conhecimentos de engenharia será proposta. O caso abordado trata de implantes craniofaciais, um problema bem complexo tendo em vista a necessidade que se trata de uma solução altamente personalizada, pois cada indivíduo é único, e no caso de implantes faciais de um modo geral não é possível testar protótipos nos pacientes. Por isso, a técnica de otimização topológica é escolhida como solução para este problema pois nos permite atingir os requisitos de projeto. Primeiramente maiores detalhes sobre o problema serão mostrados assim como a metodologia adotada para a solução. Neste trabalho é utilizado o ANSYS Workbench 18.1, um programa comercial, onde é possível obter a estrutura otimizada, e que atende aos requisitos do projeto. Em seguida é feito um tratamento de suavização da geometria otimizada, para torná-la manufaturável. As análises estruturais foram feitas no Ansys Mechanical, com o intuito de verificar se a geometria otimizada funciona como uma estrutura mecânica que suporte as solicitações impostas. Finalmente é gerado um arquivo para impressão 3D. Os procedimentos adotados e os resultados obtidos serão discutidos, assim como os problemas encontrados ao longo do trabalho, e sugestões para trabalhos futuros serão apresentadas.

[en] Through centuries the human being seeks for optimum, it belongs to their nature. Always looked for improvements, to create favorable conditions, to optimize. Many different areas of project developing have been get benefits from the advantages of those optimization techniques, specially when used in structural projects. They are in constant progress and thanks to the emergence of CAD/CAM programs and novel manufacture techniques as 3D printing, today it is possible obtain solutions that we couldn t image before. The topology optimization is one of those techniques which is becoming notorious, it s based in the Finite Element Method. When the domain is defined and the boundary conditions, as fixed points and loads are set, the method looks for the best material distribution inside that domain that tend to solve the minimization problem of certain parameters as compliance, volume or mass for example, it depends on the objective that was set. The object of this present study can be see as a medical problem only, but a solution that evolves engineering knowledge will be presented. The case of study is a craniofacial implant problem, which is very complex as the solution is highly personalized, this is because we should take in count that every human is unique, and in this specific problem it s not common to test a prototype in the patients. That s why the topology optimization is implemented as solution for this problem, it permits to reach the design requirements. Firstly more details of this problem will be show as the methodology adopted for the solution. In that case is used AnsysWorkbench 18.1, a commercial program, where is possible to generate the optimized geometry that correspond to the requirements, after that the geometry received a treatment to make it feasible. Structural analysis was made in ANSYS Mechanical to certify that the geometry responds as a structural body and supports the loads. Finally a file is generated for 3D printing. The procedures adopted and the results will be comment as the problems that was seen during the job and the suggestions for future work.

IVAN FABIO MOTA DE MENEZES

ANDERSON PEREIRA

2018-05-21

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.33934