Eva ayuda a producir prótesis 3D impresas para el músculo gastrocnemio

Un equipo de ingenieros utilizó el Artec Eva para crear un modelo en 3D de la pierna de una niña para diseñar el prototipo de una prótesis a medida del músculo gastrocnemio.​

Diseñar una prótesis a medida del músculo gastrocnemio es más difícil de lo que parece. Obtenga más información sobre el flujo de procesos y las herramientas tecnológicas utilizadas para desarrollar este prototipo. Esta historia empezó cuando una niña rusa llamada Olga decidió escribirle a Can Touch, un servicio ruso en línea de impresión 3D industrial, con una solicitud especial. Olga está involucrada en un deporte bastante extremo: skydiving. Uno de sus saltos tuvo como resultado una herida en el músculo gastrocnemio de su pierna derecha. Perdió casi todo el tejido del músculo, dejándola con una pierna que es visiblemente diferente a la otra y sintiéndose incómoda con la forma en que se ve. Así que ella quería una prótesis diseñada específicamente para ajustarse a su pierna.

El diseño de la prótesis empieza

Can Touch le contestó a Olga y acordaron reunirse con ella para discutir lo que debía llevarse a cabo para elaborar una prótesis. Elaboraron un plan conjuntamente, el cual incluía las siguientes etapas:

• Escanear ambas piernas en 3D
• Crear un modelo 3D
• Imprimir una prótesis con una impresora 3D
• Probar la prótesis

Escaneando las piernas

El primer ítem era escanear ambas piernas y fue allí en donde el Eva de Artec fue útil. El escaneo fue elaborado por el ingeniero Alexander Gorodetsky, quien diseñó el forro del escáner. El equipo necesitaba un escaneo muy preciso, así que trabajaron extremadamente meticulosamente.

Eva demostró ser fácil de usar ya que no requiere de calibración ni marcadores. Produce hasta 16 fotogramas por segundo, los cuales son fusionados automáticamente en tiempo real. Por lo tanto, es posible ver exactamente lo que se ha capturado y cuáles áreas necesitan más atención.

Al capturar y procesar de manera simultánea hasta 2.000.000 puntos por segundo, Eva provee alta resolución (hasta 0,5 mm) y alta precisión (hasta 0,1 mm), lo cual lo convierte en una solución ideal para escanear partes corporales.​

Creando un modelo 3D de la prótesis

Esta etapa fue la requirió de más trabajo y tiempo. El trabajo fue comisionado a un moldeador 3D experimentado, Valery Karaoglanyan. Su trabajo fue crear un modelo 3D de una prótesis cosmética usando dos nubes de puntos (el escaneo de la pierna saludable y el de la lastimada), teniendo en cuenta los requerimientos de Olga. No existía una solución que estuviera ya disponible y el trabajo completo tenía que ser hecho de cero.

El primer paso fue crear un modelo 3D en estado sólido de ambas piernas con SolidWorks. Cuando estuvieron listos, el modelo de la pierna saludable fue girado (como en un espejo) y luego el modelo de la pierna lastimada fue “deducido” de éste y el visto bueno fue dado para permitir que la piel “respirara”.

La idea inicial fue hacer las partes internas y externas como unas superficies de malla, aunque Olga solicitó que la superficie externa fuera lisa.

Para crear la superficie de malla el diseñador tuvo que “jugar” con el modelo 3D en diferentes programas. Primero fue importado a ZBrush para crear un mapa UV y un módulo de cuadrícula. Luego la cuadrícula fue superpuesta en el mapa en Photoshop y después el modelo 3D fue importado nuevamente en ZBrush. En este punto, los diseñadores se enfrentaron al problema de establecer el grosor de la prótesis pues ZBrush no tiene ese función y fue por ello que debieron usar 3DS Max.

El equipo también desarrolló accesorios 3D en SolidWorks. Cuando estuvieron listos, fueron fusionados con el modelo 3D principal de la prótesis:

[Necesitamos algún tipo de piezas en cono en los lugares más gruesos. 2-3 unidades serán suficientes. Se necesitan para prevenir que las partes se desajusten unas con otras.]

[Así es como se deben separa las partes más delgadas.]

El diseñador tuvo que usar todas sus habilidades e inventiva para desarrollar un algoritmo para crear un modelo 3D de la nada. Al final de cuentas, el equipo obtuvo un modelo 3D completo de la prótesis de gastrocnemio, el cual puede ser impreso

Impresión 3D

La impresión 3D es la etapa final para la creación de la prótesis. El equipo usó plástico blanco PA 2200 (polyamide). Muy durable y liviano, este material es perfecto para la creación de prótesis cosméticas que se esperan usar frecuentemente. La tecnología usada para producir objetos de este material es llamado láser selectivo de sinterización - un láser sinteriza material de tipo polvo a lo largo de puntos específicos.

Probando la prótesis

La prueba de la prótesis reveló sus fortalezas y sus debilidades, las cuales era difícil de evitar durante la primera iteración. Los accesorios funcionaron bien y la prótesis se ajustó a la pierna perfectamente. Sin embargo, debido a que la pierna suda y el material es ligeramente rugoso, si la parte exterior de la prótesis hubiera sido como una malla, el problema de ventilación hubiera sido resuelto – la pierna hubiera podido “respirar”.

Olga dijo que le gustó la prótesis y que se ajustaba a sus expectaciones. Sin embargo, se requerirá un poco de tiempo para probarla en diferentes condiciones.

Esta fue la primera experiencia de Can Touch creando una prótesis cosmética. El equipo cometió algunos errores, tuvo que repetir algunos procesos y realizó algo de trabajo innecesario durante el curso del proyecto. No obstante, esta experiencia mostró que el hardware y software 3D profesional, emparejado con habilidades de ingeniería, pueden producir un objeto de alta calidad, tal como una prótesis, un figurín, el motor de un cohete - ¡casi cualquier cosa!