Eva aide à produire une prothèse imprimée en 3D du muscle gastrocnémien
Une équipe d'ingénieurs a utilisé l'Artec Eva pour créer le modèle 3D de la jambe d'une petite fille pour créer le prototype sur mesure d'une prothèse de muscle gastrocnémien.
Concevoir une prothèse sur mesure du muscle gastrocnémien est plus difficile qu'il n'y paraît. Découvrez le processus de travail et les outils technologiques utilisés pour développer ce prototype. L'histoire a commencé quand une jeune fille russe nommée Olga a décidé d’écrire à Can Touch, un service russe en ligne pour l'impression 3D, avec une demande spéciale. Olga s’intéresse à un sport extrême, le parachutisme. Un de ses sauts, cependant, a eu pour résultat un muscle gastrocnémien endommagé à la jambe droite – elle a perdu la presque totalité des tissus musculaires, laissant sa jambe visiblement différente de l'autre, et laissant Olga se sentant gênée par son apparence. Elle a donc voulu une prothèse spécifiquement fabriquée pour s'adapter à sa jambe.
Can Touch a répondu à Olga et a organisé une entrevue pour discuter de ce qui devait être fait pour réaliser la prothèse. Ensemble, ils ont conçu une démarche, qui incluait les étapes suivantes :
- Scanner les deux jambes en 3D
- Créer un modèle 3D
- Imprimer la prothèse sur une imprimante 3D
- Essayer la prothèse
Scanner les jambes
La première chose à faire était de scanner les deux jambes, et c'est là que l'Eva d'Artec s'est montré très utile. Le scan a été réalisé par l’ingénieur Alexander Gorodetsky, qui avait même conçu le boîtier du scanner. L’équipe avait besoin d'un scan très exact, ils ont donc travaillé très méticuleusement.
Eva s'est montré très simple d'emploi car il ne requiert aucune calibration ou marqueur. Il réalise jusqu'à 16 images par seconde, qui sont fusionnées automatiquement en temps réel. Pour cette raison, vous pouvez voir exactement ce que vous avez capturé et quelles zones ont besoin de plus d'attention.
Capturant et traitant simultanément jusqu'à 2 000 000 de points par seconde, Eva offre une haute résolution (jusqu'à 0.5mm) et une haute précision (jusqu'à 0.1mm), ce qui en fait une solution idéale pour le scan de parties du corps.
Créer un modèle 3D de la prothèse
Cette étape était celle qui a demandé le plus de temps et de travail. Le travail a été commissionné auprès du modélisateur 3D très expérimenté Valery Karaoglanyan. Sa tâche était de créer un modèle 3D d’une prothèse cosmétique en utilisant deux nuages de points (les scans de la jambe blessée et de la jambe intacte), en tenant compte des demandes d’Olga. Il n’y avait pas de solution prête à l’emploi et le travail a dû être entièrement réalisé à partir de rien.
La première étape a été de créer des modèles 3D en volume des deux jambes dans SolidWorks. Quand ils ont été prêts, le modèle de la jambe intacte a été mis en image inversée, le modèle en volume de la jambe blessée en a ensuite été « déduit » et un espace a été réglé pour laisser la peau « respirer ».
L’idée de départ était de faire des surfaces maillées des parties internes et externes. Cependant, Olga a demandé que la couche externe soit lisse.
Pour créer une surface en maillage, les designers ont dû « jongler » avec le modèle 3D entre plusieurs programmes. Il a tout d’abord été importé dans ZBrush pour créer une carte UV et un module de grille. La grille a ensuite été superposée sur la carte dans Photoshop, avant que le modèle 3D ne soit de nouveau importé dans ZBrush. A ce niveau, les designers ont eu à faire face au problème de régler l’épaisseur de la future prothèse ; ZBrush n’a pas cette fonctionnalité, ce qui explique pourquoi 3DS Max a dû être utilisé.
L’équipe a aussi développé et modélisé en 3D les caractéristiques dans SolidWorks. Quand elles ont été prêtes, elles ont été fusionnées avec le modèle principal en 3D de la prothèse :
[Nous avons besoin d’une attache conique dans les parties les plus épaisses. 2-3 pièces seront suffisantes. Elles sont nécessaires pour centrer les différentes parties et les empêcher de glisser l’une contre l’autre.]
[Ceci est la manière dont les pièces les moins épaisses doivent être séparées.]
Le designer a dû employer tout son talent et sa créativité pour développer un algorithme pour créer un modèle 3D à partir de rien. Au final, l’équipe a obtenu un modèle complet, compatible avec les imprimantes 3D, de la prothèse du gastrocnémien.
Impression 3D
L’impression 3D est la dernière ligne droite du processus de création de la prothèse. L’équipe a utilisé du plastique blanc PA 2200 (polyamide). Très résistant et léger, ce matériau est parfaitement adapté pour créer une prothèse cosmétique que l’on souhaite porter fréquemment. La technologie utilisée pour produire des objets à partir de ce matériau est appelée frittage sélectif par laser – un laser agglomère le matériau en poudre le long de points spécifiés.
Essayer la prothèse
L’essayage de la prothèse a révélé ses forces et ses faiblesses, qui ont été difficiles à éviter lors du premier essai. Les fixations fonctionnaient bien et la prothèse s’adaptait parfaitement à la jambe. Il est devenu clair, cependant, qu’il était nécessaire d’utiliser un matériau doux entre la jambe et la prothèse, sachant que la jambe sue, et que le matériau avait une structure légèrement rugueuse. Si la couche externe avait été laissée sous forme de maillage, le problème de ventilation aurait été résolu. La jambe aurait pu « respirer. »
Olga a dit qu'elle aimait la prothèse et qu'elle répondait à ses attentes. Cela prendra cependant encore un certain temps pour la tester dans différentes conditions.
C’était la première expérience de Can Touch avec la création d’une prothèse cosmétique. L’équipe a fait quelques erreurs, a dû recommencer certains procédés, a accompli des tâches inutiles au cours du projet. Néanmoins, cette expérience a montré que du matériel et des logiciels 3D professionnels, associés à des compétences en ingénierie, peuvent produire des objets de haute qualité tel qu’une prothèse, une figurine, un moteur de fusée – presque n’importe quoi !
