APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

The constant scientific and technological advances in the engineering fields related to materials and biomedicine have favored the development of porous scaffolds for bone tissue regeneration. However, tissue engineering has two major obstacles in its search for a solution for the creation of structures that can act as a support for bone tissue regeneration: the material and the method of fabrication. The material for the construction of porous scaffolds (also known as scaffolds) must combine certain biocompatibility properties with good mechanical properties. Recent studies have shown that, although the optimal material for scaffolds has not yet been found, polymer-ceramic composites combine many of the requirements necessary to act as a porous scaffold. Moreover, this type of material can be 3D printed. This allows the control of all the geometrical parameters of the porous scaffold. In this thesis, the properties, applications and fabrication methods of porous bodies with ceramic component have been studied; all the 3D printing techniques that allow the fabrication of models with ceramic component have been reviewed and finally, an experimental compression test has been carried out on scaffold specimens with different porosities. The porous scaffold specimens were printed using the LCD (Liquid Crystal Display) 3D printing technique with a photosensitive polymer resin reinforced with 50% ceramic particles (silicon carbide). After the compression tests, the relationships between the porosity and the maximum compressive stress of each part were verified. In addition, a comparison of compression behavior between standardized ISO 604 specimens printed in normal resin and ceramic resin has been carried out, where the absence of anisotropy in compression of the composite resin with ceramic particles has been determined.

This project consists of the creation of a low-cost myoelectric prosthesis for transradial amputations, designed for people with amputations who seek to increase their quality of life, and cannot afford a high technology prosthesis. To accomplish this goal, a printed circuit board is created that is capable of conditioning EMG signals using instrumentation amplifiers, operational amplifiers, and a variety of signal filters. To later be processed and analyzed by the Arduino UNO board that, with the help of the Arduino IDE programming environment, controls the electronic actuators that will carry out the movements of the prosthesis. The other important part of the project is the development and design of parts with 3D technology, used to print the parts that make up the prosthesis and the bases on which the electronic components will be positioned. 3D printing with digital light processing (DLP) technology will be deepened, since some pieces will be worked with elastomeric resin, which provides a soft and flexible finish to the pieces.

Bones have various functions, such as holding your body or protecting the vital organs. The marrow, which is responsible of creating new cells that are conducted to the blood, is located inside the bone and it regenerates the bone cells. Bones are mainly made of 2 tissues, trabecular and cortical. Both are made with the same cells, but the difference is found in the structure. On the one hand, the Cortical tissue is very dense, on the other hand, the trabecular one is very porous. Hence, due to its morphology, it has a distinctive anisotropy. In this study, the mechanical behaviour of trabecular bone will be analysed when it is compressed and when it is eroded due to osteoporosis, including the influence of bone marrow in it. Firstly, a model that can be simulated must be generated. Afterwards, it is necessary to make a reconstruction from DICOM images and FEM mesh from an μ-CT model by using Simpleware Scan IP. The FEM simulations are run with COMSOL Multiphysics©. All models are subjected to a 5% deformation, creating a compression stress in the structure. The results show that the geometry is highly anisotropic, showing a bigger resistance in the Z axis than X and Y. To sum up, the influence of bone marrow in the mechanical behaviour is almost insignificant, but it acts in a protective way and it distributes the stress uniformly along the structure.

El diseño de la chapa que sujeta la rueda en un carrito de supermercado es una tarea compleja que se debe desarrollar con ciertos criterios para su construcción. Por este motivo, el diseño de la pieza y su método de fabricación a través de una matriz progresiva de corte, embutición y doblado son esenciales para su posterior construcción. En primer lugar, se realiza un estudio de elementos finitos con un rediseño de la chapa con unas cotas que se deben de cumplir para verificar que soportará todas las fuerzas que actúan cuando se carga el carro de la compra. Además, se realizará en función de un material escogido teniendo en cuenta sus propiedades. Una vez se ha obtenido el diseño de la pieza, se realiza el diseño del troquel con todos los cálculos y elementos escogidos de diferentes fabricantes para garantizar el máximo uso de elementos normalizados. A su vez, el diseño de la banda y su simulación en cada una de las etapas que realiza la matriz, juegan un papel muy importante para los pequeños detalles, tanto en la pieza como en el troquel. Las vueltas de calidad que se han realizado durante el diseño de la pieza, de la banda y del troquel han sido de vital importancia para garantizar un diseño correcto y evitar anomalías en cualquier punto del proyecto. En el ámbito medioambiental, se han aplicado estrategias de Eco diseño para valorar en qué puntos se ha mejorado y en cuáles todavía hay margen de mejora, tanto a nivel de reciclaje como de vida de uso del producto. Para finalizar, se ha realizado todo el ciclo completo de diseño y validación en la creación de una pieza de chapa metálica, incluyendo las operaciones más habituales en matricería (corte, doblado y embutición).

En les ultimes dècades els automòbils han evolucionat degut al constant avanç de les tecnologies, processos de fabricació i exigències dels consumidors. A mes tant les normatives de seguretat com les mediambientals fan que sigui cada vegada mes important treballar en el disseny. Seguint aquesta tendència els fabricants volen aconseguir les millor tecnologies al menor preu possible i tenint un baix impacte mediambiental. El nostre projecte segueix aquest camí fent un disseny 3d d'un Front End Module utilitzant el programa Catia V5. Aquest disseny es valida simulant una sèrie de assaigs que el “client” ens demana amb unes condicions preestablertes. Paral·lelament es fa un estudi mediambiental seguint la normativa europea de materialsreutilitzablesy/o reciclables.Finalment es fa un estudi econòmic del procés de fabricació sense tenir en conte els processos logístics.

En els ossos que constitueixen l'esquelet humà es troben fonamentalment dos tipus de teixits: teixit ossi cortical i teixit ossi trabecular. Encara que tots dos estiguin formats pels mateixos tipus de cèl·lules, i presentin composicions similars, és en l'estructura interna en la qual s'aprecien les diferències. L'os trabecular es troba en la part central d'alguns ossos i té una estructura porosa plena de medul·la òssia. Els estudis desenvolupats en aquest treball de final de grau s'han centrat en: a) estudiar com influeix la medul·la òssia en el comportament mecànic de l'os trabecular a la vertebra S1 del sacre; i b) realitzar una caracterització mecànica sobre la morfologia i anisotropia de l'os trabecular a la vertebra S1 del sacre. Els estudis s'han realitzat a partir de tècniques computacionals, com ara l'ús de reconstruccions 3D a partir d'imatges DICOM i mallats MEF (Mètode d'Elements Finits) de models micro-CT utilitzant el Software Simpleware Scan IP. També s'han realitzat simulacions en Comsol Multiphysics© aplicant una deformació del 5% per tal d'estudiar el comportament mecànic de l'os trabecular amb i sense presència de medul·la òssia. Durant tot l'estudi s'ha treballat amb models idèntics d'os i os+medul·la Els resultats obtinguts en el projecte demostren que l'os trabecular presenta una clara anisotropia on el seu comportament mecànic varia en funció de l'eix (X, Y i Z) on s'aplica una força. Concretament presenta una resistència major quan s'aplica una deformació en l'eix Z, després en l'eix Y i una resistència menor en l'eix X. Aquest comportament és congruent amb la localització del sacre i amb el nombre de tensions que ha de suportar en cada eix. Per altra banda, s'ha observat que la medul·la òssia no té una influència significativa en el comportament mecànic de l'os trabecular. Les anàlisis indiquen una variació promig no superior al 1% entre els valors de tensió i desplaçament que suporta l'os trabecular individualment i amb presència de medul·la.

There are 3 millions of upper limb amputees worldwide, and this represents a minority of 5% of the total number of amputees. For this reason, the costs of production of an advanced bionic limb are so elevated. This impacts on the acquisition prices, setting them between 25.000 and 75.000 €. The main motivation of the present work has been to create a design of a bionic hand with 6 degrees of freedom (DOF), which can be 3D printed with competitive features respect to the best commercial models available in the market in terms of flexion-extension speed and force. Each of the aims of the project has been a different technological challenge. The main objectives can be summarised as follows: (1) the bionic hand must be able to reproduce the 6 most important types of grips required in order to carry out activities of daily life; (2) all the components: electronics and actuators should be included into the palm of the hand to reduce the possible space occupied in the forearm; (3) the hand mass should be less than 400g, which the weight critical for the user to be considered too heavy; (4) the bionic hand should be easily assembled and programmed by the same user once you have downloaded the open source files; (5) the total cost of the hand must be below 500 € including all components. Finally, the greatest challenge is to achieve all these objectives and at the same time be competitive with respect to existing commercial projects. The project includes the development of various designs and 3D printable prototypes that have been carried out during the previous 4 years. All the experience and knowledge acquired with these prior designs culminated in Grasp: the latest design, presented in this work. Grasp sets out to achieve all the objectives that have emerged from the needs that must be covered to provide a product with the optimal quality and functionality.

Tal i com indica el títol, aquest projecte versarà sobre els mètodes d'anàlisis i dimensionament d'una reductora de precisió, altrament dit, l'estudi d'accionaments de màquines. El projecte és un dimensionament d'una aplicació real, en aquest cas, es tracta d'una fresadora de 4 eixos creada per l'empresa col·laboradora amb aquest projecte ZAYER. Durant el transcurs del projecte s'aniran veient i estudiant tota mena de fórmules i càlculs físics per tal de determinar d'una forma manual, els elements necessaris per complir amb els requeriments del client per la seva màquina, aquestes fórmules han estat “deduïdes” en alguns elements del càlcul, mitjançant el mètode de prova i error (totes elles han estat validades i contrastades per l'empresa a la qual pertany l'autor del projecte). L'objectiu final del projecte ha estat, la contrastació del mètode manual amb el mètode via software “Cymex 5” de dimensionament on es podrà veure perfectament que els valors obtinguts quadren o s'assimilen als valors que retorna el software, a més a més, de la creació d'una nova forma de calcular els Eixos on intervenen les Forces de compensació hidràuliques variables. Finalment tot aquest projecte condueix a un procés de cotització on es mostra l'oferta realitzada dels elements a vendre i quins beneficis s'han obtingut amb el projecte, tant a curt com a llarg termini.

The work performed in the present Master's Thesis entailed the assessment of two problems of clinical interest through two separate studies based on finite element analysis (FEA). The first study evaluated the biomechanical behaviour of dental prostheses supported by implants with different diameters. In this context, narrow-diameter implants (NDIs) have been traditionally identified with higher rates of failure in comparison with standard-diameter implants (SDIs) and widediameter implants (WDIs) since they generate a more unfavourable stress distribution. However, it is well known that the load sharing effect associated with prostheses supported by multiple implants (also called splinted prostheses) involves mechanical benefits. Therefore, this study was conducted to evaluate by means of FEA whether the risks linked to NDIs could be mitigated by the mechanical advantages related to the splinting concept. For that purpose, a 3D model of a real maxilla was reconstructed from images of computed tomography (CT) and different implants (NDIs, SDIs and WDIs) and prostheses were created by using computer-aided design (CAD) tools. Biting forces were simulated on the prostheses of three different rehabilitation solutions: single-implant restoration, 3-unit bridge and All-on-4 treatment. The mechanical benefits of the splinting concept were verified: in comparison with unsplinted NDIs, splinted NDIs supporting the 3-unit bridge implied average reductions in terms of volume overloaded under compression and tension, in that order, by 32% and 64% in cancellous bone and 76% and 73% in cortical bone. However, splinted NDIs supporting the typical full-arch of the All-on-4 treatment resulted in the highest risk of overloading found in the study due to the increase of the compressive stress levels generated around the tilted implant when loading the cantilevered molar. On the other hand, the second study was carried out to compare, in terms of microarchitecture and permeability, a human L3 vertebra and two commercial synthetic foams. These foams are used in in vitro permeability tests for vertebroplasty studies under the assumption that their microarchitecture is similar to that of real vertebrae. The methodology was based on the reconstruction of 3D models from micro-computed tomography (µCT) images and the computation of flow dynamic simulations in different regions of the models. On average, vertebral bone revealed a more intricate and compact microstructure than the one of the foams. These findings agree with the lower values of permeability found in the vertebra when compared with the foams. Moreover, foams showed an isotropic architecture whereas the nature of the vertebra was clearly anisotropic. Finally, among the representative histomorphometric indices for porous materials, the index of specific surface area (BS/TV) was the one that better captured the relationship between the permeability and the internal microarchitectural features of the samples analysed.

En la actualidad, muchas personas se ven afectadas por lesiones y afecciones óseas. Por esta razón, durante años se ha intentado buscar soluciones como la sustitución de tejido óseo por algún tipo de andamio poroso. No obstante, se ha podido comprobar que es una tarea compleja y que se tienen que buscar más opciones para poder solucionar este problema que es tan significativo para un gran volumen de la sociedad. Gracias a la fuerte llegada de la impresión 3D y al gran desarrollo de materiales biodegradables y biocompatibles, se han podido plantear nuevos métodos de creación de estructuras porosas que puedan ayudar a paliar el gran problema que conlleva la sustitución de estos tejidos. El presente estudio buscará determinar una nueva forma de andamio poroso que simplifique los problemas que pueden tener los métodos actuales, centrándonos sobre todo en el estudio mecánico de una muestra representativa mediante el diseño en DAO en 3D para su posterior impresión.

En el proyecto que se presenta a continuación se ha desarrollado una herramienta de trabajo que permite visualizar imágenes médicas en tres dimensiones. Mediante el uso de Realidad Virtual se pretende aportar información más exacta y detallada del cuerpo humano con propósitos clínicos. Esta aplicación pretende ser una ayuda a las tecnologías actuales de imagen médica para obtener un diagnóstico más preciso. A partir de las imágenes médicas obtenidas de un TAC se crea un modelo 3D y se seleccionan las regiones de interés. Posteriormente se importan a una plataforma de desarrollo como Unity3D, dónde se diseña un entorno interactivo entre el usuario y el modelo. Este entorno, junto al refuerzo de una tecnología innovadora como la Realidad Virtual, permite aportar más información de análisis: aumentar zonas de interés, rotar el modelo, seleccionar diferentes capas, etc. La aplicación es compatible con diferentes plataformas como Android, iOS o Windows, de manera que su uso es compatible con diferentes dispositivos. Tecnología y medicina están cada vez más unidas. Es por eso que esta aplicación busca aportar un nuevo método de diagnóstico clínico para que en un futuro facilite el trabajo a los médicos.

En aquest projecte s'explica quin és el concepte de codi obert o open-source i com la iniciativa Rep-Rap l'ha incorporat dins del món de les impressores 3D. La realització d'un estudi exhaustiu de l'estat de l'art en el món de la impressió 3D d'aliments i, concretament de xocolata, ens ha permès dissenyar un nou tipus d'extrusor adaptable a les impressores BCN3D+ i Prusa Mendel. Estudis de validació CAE tèrmica i fluídica mitjançant COMSOL Multiphysics i simulacions dinàmiques han sigut necessaris per optimitzar el sistema de deposició capa a capa de la xocolata i de la definició d'un sistema de refrigeració que permetés la seva ràpida solidificació per evitar el col·lapse. La fabricació aditiva de les peces que conformen el conjunt i el seu muntatge en una impressora Prusa Mendel ha permès validar el correcte funcionament amb la impressió de diversos exemples de peces de xocolata. Finalment, es plantejan un llistat de millores aplicables a l'extrusor desenvolupat i s'adjunta un pressupost per la implantació d'un pla de negoci en la seva comercialització.

El present projecte consisteix a crear una aplicació per Tablet mitjançant la utilització de la plataforma Android, així com la seva posterior millora de la primera versió, que sorgeix com a conseqüència d'un treball de col·laboració entre l'Escola Universitària d'Enginyeria Tècnica Industrial de Barcelona i el Departament d'Empresa i Ocupació de la Generalitat de Catalunya. Aquesta aplicació és capaç de facilitar l'avaluació d'un dels mètodes d'avaluació de prevenció de riscos laborals. L'aplicació inclou diferents gadgets amb els quals es pot realitzar una avaluació més clara i exhaustiva. El mètode triat per desenvolupar l'aplicació és la definida en la NTP 907, en la qual es valora els danys derivats de la manipulació manual de pacients. Utilitzant el Mètode MAPO s'aconsegueix fer una valoració numèrica que representa els diferents graus de deficiència que pot existir a la zona d'estudi. L'objectiu principal del projecte és oferir un suport a les diferents entitats que es dediquin a la prevenció de riscos laborals, incorporant les aplicacions com a nou mitjà d'avaluació. D'altra banda, l'autoaprenentatge que queda reflectit en el projecte, de cara a la creació de l'aplicació i coneixements sobre els danys que es poden produir en determinades activitats.

En l'actualitat realitzar la substitució de teixit ossi per qualsevol tipus de bastida porós s'ha convertit en un procés difícil. Es per això que busquem la innovació en aquest aspecte, tant de manera estructural, material, forma de construcció, etc.. El present estudi buscarà determinar una nova forma de bastida porós que aconsegueixi simplificar els problemes que puguin tenir els mètodes actuals, centrant-nos sobre tot en l'estudi mecànic d'una mostra representativa, mitjançat el disseny en DAO en 2D y 3D.

El present projecte consisteix a crear una aplicació per Tablet mitjançant la utilització de la plataforma Android, que sorgeix com a conseqüència d'un treball de col·laboració entre l'Escola Universitària d'Enginyeria Tècnica Industrial de Barcelona i el Departament d'Empresa i Ocupació de la Generalitat de Catalunya. Aquesta aplicació és capaç de facilitar l'avaluació d'un dels mètodes d'avaluació de prevenció de riscos laborals. L'aplicació inclou diferents gadgets amb els quals es pot realitzar una avaluació més clara i exhaustiva. El mètode triat per desenvolupar l'aplicació és la definida en la NTP 907, en la qual es valora els danys derivats de la manipulació manual de pacients. Utilitzant el Mètode MAPO s'aconsegueix fer una valoració numèrica que representa els diferents graus de deficiència que pot existir a la zona d'estudi. L'objectiu principal del projecte és oferir un suport a les diferents entitats que es dediquin a la prevenció de riscos laborals, incorporant les aplicacions com a nou mitjà d'avaluació. D'altra banda, l'autoaprenentatge que queda reflectit en el projecte, de cara a la creació de l'aplicació i coneixements sobre els danys que es poden produir en determinades activitats.

La vertebroplastia (VP) i la cifoplastia (KP) són dues tècniques quirúrgiques de mínima invasió les quals s'injecta un ciment ossi (polimèric o bioceràmic) a través d'una cànula a la vèrtebra danyada. La injecció de ciments ossis genera beneficis com ara: reducció immediata del dolor, augment de la mobilitat del pacient o un increment notable de l'estabilitat articular, però requereix grans pressions d'injecció com a conseqüència de les seves propietats reològiques. Aquestes propietats afecten tant a la injectivitat de la pasta (capacitat de ser extrudida a través d'una cànula) com a l'homogeneïtat del compost, limitant la capacitat d'ompliment i de restauració de l'estructura vertebral col·lapsada. Actualment les investigacions es centren en la recerca i desenvolupament d'un ciment biocompatible òptim, restant importància a la biomecànica que regeix el procés d'ompliment del cos vertebral. La conclusió que s'aconsegueix és que són necessaris estudis teòrics i experimental dels diferent factors influents en el procés d'injecció. Un millor coneixement de la biomecànica del sistema, pot desencadenar en una optimització de les intervencions de VP i KP que permeti maximitzar els bons resultats de les operacions mínimament invasives de reestructuració òssia a través de la injecció de pastes biocompatibles. En aquest projecte es validarà l'ús d'escumes de poliuretà com a material d'assaig, comparant les seves propietats mecàniques i la seva microarquitectura amb les del teixits trabecular vertebral. Al seu torn, es realitzaran injeccions experimentals amb carboximetilcel·lulosa (CMC) per parametritzar i tractar de comprendre la biomecànica de la injecció d'un líquid d'alta viscositat en un cos porós. Els resultats de les injeccions seran contrastats amb els obtinguts a través de simulacions realitzades mitjançant un software d'elements finits.

Dibujo asistido con ordenador. Teoria y prácticas de diseño con SolidWorks, se ha realizado pensando en los alumnos de los primeros cursos de las escuelas de ingeniería industrial y de diseño, así como en aquellos profesionales en activo que incorporan en sus currículos académicos o profesionales el SolidWorks, como herramienta de diseño. El libro está estructurado en distintos capítulos en los que se presentan las principales ordenes de diseño, junto con tutoriales guiados y comentados. En cada capítulo se adjuntan ejercicios no guiados que permiten poner en práctica las capacidades adquiridas y mejorar en rapidez y destreza. En el texto se han incorporado las últimas aplicaciones de la versión SolidWorks 2003 más moderna, así como todas y cada una de las aplicaciones que contiene la licencia básica: módulo de piezas, dibujo, ensamblaje y chapa metálica. Por último, se incluyen algunos aspectos teóricos y, prácticos del módulo. PhotoWorks para la obtención de imágenes renderizadas de gran realismo y de COSMOSXpress, versión introductoria de COSMOSWorks integrada en SolidWorks 2003 cuya principal aplicación es facilitar a los ingenieros y diseñadores la obtención de productos seguros, económicos y eficaces. Se basa en el método de los elementos finitos y permite realizar análisis de esfuerzos (stress analysis, estudio de tensiones, esfuerzos y deformaciones).