Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Druk 3D w wytwarzaniu protez kończyn
Koordynator przedmiotu:
dr hab. inż. Cezary Rzymkowski, dr inż. Michał Kowalik, dr inż. Witold Rządkowski
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Robotyka i Automatyka
Grupa przedmiotów:
Specjalnościowe
Kod przedmiotu:
-
Semestr nominalny:
3 / rok ak. 2022/2023
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Godziny kontaktowe z nauczycielem (zajęcia): 60 Godziny kontaktowe z nauczycielem (konsultacje): 10 Przygotowanie do zajęć: 20 Przygotowanie do sprawdzianu końcowego: 10 SUMA: 100
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
2 ECTS – 70 h, w tym: Zajęcia: 60 h Konsultacje: 10 h
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
2 ECTS
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium30h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
1. Znajomość podstawowych zagadnień z zakresu statyki, kinematyki i dynamiki 2. Znajomość zagadnień z zakresu materiałoznawstwa i wytrzymałości materiałów 3. Znajomość komputerowych metod wspomagania projektowanie CAD/CAM/CAE 4. Znajomość podstaw biomechaniki (rekomendowana, nie jest wymagana)
Limit liczby studentów:
-
Cel przedmiotu:
Cele przedmiotu C1. Zdobycie wiedzy i umiejętności z zakresu biomechaniki i biorobotyki C2. Zdobycie wiedzy i umiejętności dotyczących nowoczesnych metod wytwarzania w tym wytwarzania przyrostowego i ubytkowego CNC C3. Zdobycie wiedzy i umiejętności w zakresie nowoczesnych metod pomiarowych w tym skanowania 3D i cyfrowej korelacji obrazu C4. Pozyskanie wiedzy z zakresu metod konstruowania i optymalizacji mechanicznej układów biomechanicznych
Treści kształcenia:
Wykłady Kończyna górna – podstawy anatomiczne, analiza biomechaniczna, przykłady istniejących rozwiązań protetycznych Kończyna dolna – podstawy anatomiczne, analiza biomechaniczna, przykłady istniejących rozwiązań protetycznych Wykorzystanie danych z obrazowych badań medycznych do stworzenia modelu struktury wewnętrznej kikuta kończyn po amputacji Zadanie mocowania leja protezy do kikuta kończyny i doboru sztywności leja. Opracowanie założeń do projektu protezy dla wybranego przypadku. Metody optyczne pomiaru kształtu. Pomiary metodą skanowania 3D z wykorzystaniem techniki światła strukturalnego i fotogrametrii. Podstawowe informacje w zakresie optycznych metod pomiarowych. Zakresy stosowalności poszczególnych metod. Metody pomiaru deformacji, przemieszczeń i odkształceń struktur. Pomiary metodą cyfrowej korelacji obrazu. Zasada działania metody, przygotowanie obiektu i aparatury pomiarowej do przeprowadzenia pomiaru. Przegląd technologii wytwarzania przyrostowego pod kątem zastosowania w biorobotyce i biomechanice. Porównanie technologii takich jak (FDM, SLA, SLS, DLP, DMLS) pod kątem możliwości technologicznych, właściwości materiałowych i kosztów procesu. Dobór technologii w zależności od wielkości produkcji. Mechanizmy podatne. Porównanie mechanizmów podatnych do mechanizmów klasycznych – wady i zalety. Podstawowe informacje z zakresu kinematyki mechanizmów podatnych i metod ich wytwarzania. Metody projektowania i wytwarzania mikromechanizmów stosowanych w biomechanice i biorobotyce. Ćwiczenia laboratoryjne 1. Skanowanie 3D kończyny górnej z wykorzystaniem skanera 3D lub fotogrametrii. 2. Obróbka skanów 3D uzyskanych metodą fotogrametrii, światła strukturalnego, tomografii komputerowej. 3. Modelowanie kończyny górnej z wykorzystaniem oprogramowania CAD 3D. Modelowanie elementów sztywnych i podatnych z wykorzystaniem mechanizmów klasycznych i podatnych. 4. Optymalizacja numeryczna (MES) modelu protezy kończyny górnej pod kątem wytrzymałości i sztywności z uwzględnieniem ograniczeń technologicznych i kosztów wytwarzania. 5. Przygotowanie do wytwarzania z wykorzystaniem technologii przyrostowych i CNC. Orientacja wytwarzanego obiektu w przestrzeni roboczej maszyny, dobór materiału i parametrów struktury wewnętrznej. 6. Wytwarzanie elementów protezy kończyny górnej. Podstawy praktyczne pracy z drukarkami 3D, zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, dobre praktyki oraz rozwiązywanie najczęstszych problemów eksploatacyjnych. Obróbka wytworzonych elementów. 7. Badania właściwości funkcjonalnych i mechanicznych wytworzonego prototypu z wykorzystaniem metody cyfrowej korelacji obrazu. Pomiary deformacji i odkształceń elementów pod wpływem obciążenia. Weryfikacja modeli numerycznych. Sprawdzian końcowy
Metody oceny:
Fl1-Fl6 – oceny realizacji poszczególnych etapów prac w laboratorium (ćwiczenia 1 i 2 ocena łączna) , Fs1 – ocena ze sprawdzianu końcowego, P – ocena podsumowująca (z uwzględnieniem ocen formujących, wystawianych za wykonanie poszczególnych etapów prac laboratoryjnych i sprawdzianu końcowego). Szczegóły systemu oceniania będą opublikowane na stronie internetowej przedmiotu: https://ztmir.meil.pw.edu.pl – zakładka Dla Studentów.
Egzamin:
nie
Literatura:
1. Kalaskar, Deepak M. : 3D Printing in Medicine, Elsevier (2017). 2. Gebhardt, Andreas; Hötter, Jan-Steffen: Additive Manufacturing - 3D Printing for Prototyping and Manufacturing, Hanser Publishers (2016). 3. Gebhardt, Andreas; Kessler, Julia; Thurn, Laura : 3D Printing - Understanding Additive Manufacturing (2nd Edition), Hanser Publishers (2019). 4. Information Resources Management Association: 3D printing: Breakthroughs in research and practice, IGI Global (2017). 5. Tuchin, Valery V.: Handbook of Optical Biomedical Diagnostics, Volume 2 - Methods (2nd Edition), SPIE (2016). 6. Bronzino, Joseph D.; Peterson, Donald R.: Biomedical Engineering Handbook - Biomedical Engineering Fundamentals (4th edition), Taylor & Francis (2015). 7. Sonka, Milan; Fitzpatrick, J. Michael: Handbook of Medical Imaging, Volume 2 - Medical Image Processing and Analysis, SPIE (2009). 8. Bartels, V. T.: Handbook of Medical Textiles, Woodhead Publishing (2011). 9. Pyrzanowski P.: Metody eksperymentalne w mechanice i budowie maszyn, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej (2019). 10. Materiały na stronie http://tmr.meil.pw.edu.pl (zakładka Dla Studentów).
Witryna www przedmiotu:
-
Uwagi:
-

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka EW1
Student ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie anatomicznych podstaw biomechaniki kończyn człowieka.
Weryfikacja: sprawdzian końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W08
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_WG.o, III.P7S_WG, P7U_W
Charakterystyka EW2
Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę na temat struktur mechanicznych i napędów wykorzystywanych w budowie protez kończyn.
Weryfikacja: zaliczenie etapów prac laboratoryjnych, sprawdzian końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W08, AiR2_W10
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG
Charakterystyka EW3
Student ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie pomiarów wielkości fizycznych, w tym sygnałów biologicznych, na potrzeby sterowania zaawansowanymi protezami bionicznymi.
Weryfikacja: zaliczenie etapów prac laboratoryjnych, sprawdzian końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W06
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG
Charakterystyka EW4
Student ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie nowoczesnych metod pomiarowych z wykorzystaniem zaawansowanych metod komputerowych na potrzeby projektowania protez kończyn.
Weryfikacja: zaliczenie etapów prac laboratoryjnych, sprawdzian końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_W06, AiR2_W10
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka EU1
Student potrafi pozyskiwać, analizować i twórczo wykorzystać informacje z różnych źródeł, w tym w języku angielskim, na potrzeby projektowania i wytwarzania protez kończyn i ich elementów.
Weryfikacja: zaliczenie etapów prac laboratoryjnych, sprawdzian końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U01, AiR2_U05, AiR2_U20
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o, I.P7S_UK
Charakterystyka EU2
Student potrafi zaplanować i zrealizować złożony projekt z zakresu biomechaniki i biorobotyki wymagający wiedzy multidyscyplinarnej i pracy zespołowej.
Weryfikacja: zaliczenie etapów prac laboratoryjnych, sprawdzian końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U06, AiR2_U12, AiR2_U15, AiR2_U02
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P7S_UW.o, P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P6S_UW.o, I.P7S_UO
Charakterystyka EU3
Student potrafi ocenić i dokonać właściwego wyboru materiałów i metod wytwarzania do opracowania innowacyjnych rozwiązań w zakresie biorobotyki.
Weryfikacja: zaliczenie etapów prac laboratoryjnych, sprawdzian końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U16
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
Charakterystyka EU4
Student potrafi zaplanować i przeprowadzić badania numeryczne i doświadczalne (oraz opracować uzyskane wyniki i sformułować wnioski) zaprojektowanego i wykonanego układu biorobotycznego (protezy kończyny).
Weryfikacja: zaliczenie etapów prac laboratoryjnych, sprawdzian końcowy
Powiązane charakterystyki kierunkowe: AiR2_U03, AiR2_U06, AiR2_U15
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o, III.P6S_UW.o