Estudi i disseny d'una fèrula mitjançant mètodes alternatius

ESEIAAT Enginyeria en Disseny Industrial i Desenvolupament del Producte Lluís Antem López ESTUDI I DISSENY D’UNA FÈRULA MITJANÇANT MÈTODES ALTERNATIUS Projecte de Fi de Grau Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 2 3 Titulació: Enginyeria de Disseny Industrial i Desenvolupament del Producte Alumne: Lluís Antem López Enunciat TFG / TFM: Estudi i Disseny d'una fèrula mitjançant mètodes alternatius Director/a del TFG / TFM: Joan Antoni López Convocatòria de lliurament del TFG / TFM: Pròrroga de TFG de la convocatòria de gener de 2020 4 Taula de continguts 1. Introducció ............................................................................................................. 7 1.1 Resum ..................................................................................................................... 7 1.1 Objecte del treball ................................................................................................... 8 1.3 Motivació del treball ............................................................................................... 8 1.4 Abast del treball ...................................................................................................... 8 1.5 Objectius del treball ................................................................................................ 9 1.6 Utilitat del treball .................................................................................................... 9 1.7 Declaració d’honor ................................................................................................ 10 2. Desenvolupament: .................................................................................................. 10 2.1 Antecedents i història ........................................................................................... 10 2.2 Tipus de fèrules existents ...................................................................................... 11 2.2.1 La fèrula de guix actual: .............................................................................................. 13 2.2.2 Elaboració i Obtenció: ................................................................................................. 13 2.3 Avantatges i desavantatges ................................................................................... 14 2.3.1 Avantatges mètodes clàssics: ...................................................................................... 14 2.3.2 Desavantatges mètodes clàssics: ................................................................................. 14 2.3.3 Avantatges fèrules 3D: ................................................................................................ 15 2.3.4 Desavantatges fèrules 3D: .......................................................................................... 15 2.3.5 Recomanacions durant l’ús d’una fèrula de guix: ......................................................... 15 2.3.6 Conclusions: ............................................................................................................... 16 2.4 Recerca legal ......................................................................................................... 17 2.4.1 Recerca de mercats i empreses: .................................................................................. 17 2.4.2 Recerca de patents: .................................................................................................... 21 2.4.3 Normativa associada al producte: ............................................................................... 23 Referent a productes de guix: ................................................................................................................ 23 Referent a impressió 3d: ........................................................................................................................ 24 2.4.4 Materials en impressió 3D: ......................................................................................... 26 Material seleccionat: .............................................................................................................................. 27 2.5 Anàlisi de les diverses fractures òssies ................................................................... 28 2.5.1 Segons la forma final del trencament: ......................................................................... 28 2.5.2 Fractures típiques en nens segons la geometria de la fractura:..................................... 29 2.5.3 Principals ossos lesionats: ........................................................................................... 31 2.5.4 Tractaments aplicats a les lesions més habituals: ........................................................ 33 2.6 Cas concret a treballar ........................................................................................... 37 2.7 Conclusions dels resultats extrets. Perquè escollir nens ......................................... 38 Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 5 3. Treball CAD: ............................................................................................................ 39 3.1 Recerca de tecnologies d’escaneig 3D .................................................................... 39 3.1.1 Que es un escàner 3D: ................................................................................................ 39 3.1.2 Tipus d’escàners: ........................................................................................................ 39 3.1.3 Principals escàners al mercat: ..................................................................................... 44 3.1.4 Alternatives als escàners professionals: ...................................................................... 47 3.1.5 Conclusions: ............................................................................................................... 48 3.2 Recerca de programes de modelatge ..................................................................... 49 3.2.1 Selecció del programa i les seves avantatges: .............................................................. 50 3.3 Recerca d’impressores 3D...................................................................................... 51 3.3.1 Tipus de tecnologies d’impressió:................................................................................ 51 3.3.2 Principals impressores 3D al mercat: ........................................................................... 53 3.3.3 Conclusions: ............................................................................................................... 56 3.4 Utilització de l’escàner .......................................................................................... 57 3.5 Modelat dels components ..................................................................................... 58 3.5.1 Conceptes inicials ....................................................................................................... 59 Divisió de les parts: ................................................................................................................................ 59 Clip entre parts: ...................................................................................................................................... 59 Selecció del clip: ..................................................................................................................................... 62 3.5.2 Procés de treball amb 3DSMax ....................................................................................... 63 Modelat de l’escaiola: ............................................................................................................................ 63 Modelat del clip:..................................................................................................................................... 66 Unió de les parts: .................................................................................................................................... 67 Creació dels forats: ................................................................................................................................. 68 3.5.3 Resultats finals: .......................................................................................................... 70 3.5.4 Opció alternativa: ....................................................................................................... 72 3.6 Simulacions i estudis virtuals ................................................................................. 74 3.6.1 Anàlisi estàtic: ................................................................................................................ 75 Clip: ........................................................................................................................................................ 75 3.6.2 Estudi topològic: ............................................................................................................ 81 3.6.3 Conclusions: ............................................................................................................... 84 3.7 Renders dels resultats ........................................................................................... 85 4. Conclusions ............................................................................................................. 93 4.1 Treballs futurs ....................................................................................................... 93 5. Pressupost ............................................................................................................... 94 5.1 Plantejament del pressupost ................................................................................. 94 5.1.1 Presa d’imatges 3D ..................................................................................................... 94 5.1.2 Disseny CAD ............................................................................................................... 95 5.1.3 Producció ................................................................................................................... 95 Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 6 5.2 Taules de pressupost ............................................................................................. 97 5.3 Costos totals.......................................................................................................... 98 6. Plànols ..................................................................................................................... 99 7. Web grafia i Bibliografia ........................................................................................ 102 8.Diagrama de Gantt ................................................................................................. 110 9.Índex de figures ...................................................................................................... 112 10.Índex de taules ..................................................................................................... 114 11.Índex de gràfics .................................................................................................... 114 7 1. Introducció 1.1 Resum Actualment l’aparició de noves tecnologies d’escaneig i impressió 3d permeten la elaboració de nous prototips i productes de manera ràpida, barata i amb el nivell de personalització desitjat, tant en la funció estètica com en la funcional. Avui en dia en el mercat es poden trobar molts elements creats amb tecnologia d’impressió 3D a l’abast de qualsevol, com per exemple és el cas de sabates esportives amb soles impreses o de fulles d’afaitar personalitzades. Aquests exemples són alguns dels primers elements a l’abast del públic que es poden trobar, però ja es valora i es veu la possibilitat en un futur de la elaboració de productes molt més personalitzats segons l’usuari. Per exemple en el cas de sabates esportives s’estan elaborant únicament soles de sabates o porcions d’aquestes però ja es valora la elaboració de plantilles segons la forma de córrer individualitzada de l’usuari. Tot i que la impressió 3d i els escàners 3d no varen sorgir per a ser utilitzats en el món sanitari, la seva utilitat en aquests sectors és evident ja que permeten l’anàlisi i producció de manera detallada i a mida per a cada pacient. Aquest fenomen ja es pot comprovar amb l’aparició de fèrules per a ortodòncia, ossos artificials, elements estructurals utilitzats durant operacions i fins i tot en certs casos nous òrgans, com venes, artèries i pell. Entre els elements sanitaris més nous aplicant aquestes noves tecnologies podem trobar la aparició de fèrules per a immobilitzacions en substitució de la clàssica fèrula de guix o de resina millorant així un gran nombre d’aspectes els quals es poden veure recollits en aquest treball. Il·lustració 1. Sectors amb major afectació per les tecnologies d'impressió 3D. Font 3DNatives Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 8 1.1 Objecte del treball El principal objectiu del treball es basa en la producció d’una fèrula d’immobilització per a els grups i rangs de la població amb major probabilitat de sofrir fractures. El treball es portarà a terme enfocant el producte cap a la població considerada amb major risc de sofrir traumatismes, treballant en una recerca exhaustiva de dades mèdiques amb les quals justificar els dissenys treballats durant el treball. També es portarà a terme un recerca profunda a nivell mèdic de les principals lesions trobades, seleccionant-ne una i estudiant els tractaments aplicats per a adaptar les geometries a les tecnologies d’impressió 3D i a les necessitats del pacient. Finalment a sobre els models dissenyats es portaran a terme diverses simulacions de càrregues externes per a estudiar els resultats obtinguts i així obrir noves vies de treball futures. 1.3 Motivació del treball Aquest treball sorgeix de l’interès per les tecnologies de fabricació per adició ja que en anteriors projectes tant universitaris com personals havien estat treballades i per tant ja des d’un principi es buscava enfocar el treball en aquesta direcció. Addicionalment es perseguia la creació d’un producte interessant de treballar i relacionat amb el món de la medicina que realment fos útil i introduïble entre la població. Finalment afegir que gràcies a l’experiència personal durant diversos anys com a monitor de lleure en una escola nàutica vaig poder veure molts infants els quals no podien participar en les activitats habitual i o be havien de posposar les setmanes que haguessin d’assistir o en molts cassos cancel·lar-les. És per aquests motius que considero que es un projecte innovador i interesant de treballar ja que permet interactuar en diversos àmbits com poden ser els mèdics tecnològics o de disseny. 1.4 Abast El treball plantejat tocarà tots els processos que involucren la creació d’un nou producte, portant a terme un estudi extensiu previ del producte en si, revisant la seva història, mètodes de fabricació, materials, etc per a entendre els mètodes utilitzats actualment i poder millorar-los. Les noves tecnologies que es volen implementar també hauran de ser estudiades anteriorment, contemplant totes les seves avantatges i desavantatges i sempre justificant les passes dades mitjançant casos real. L’estudi sobre l’enfocament del producte a dintre la població també és clau ja que determinarà certs aspectes futurs del producte durant el desenvolupament, per tant, una revisió i justificació del sector i els punts claus a treballar sobre aquest mercat seran imprescindibles. Finalment durant aquesta etapa de investigació també es revisaran els mercats existents, les tecnologies i solucions aplicades per altres dissenyadors i metges en el món real, observant i Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 9 assimilant tota la informació recaptada com patents, certificacions, usos de materials i geometries o dissenys específics. Un cop portat a terme l’estudi exhaustiu tant de les fèrules actuals com de les solucions proposades, s’hi aplicaran una sèrie de millores a nivell geomètric i estructural segons les dades extretes de l’anterior anàlisi mèdic i tecnològic. Finalment totes les idees plantejades i solucions proposades hauran de ser representades en un o més models CAD que solucionin els problemes plantejats en etapes anteriors per a finalment poder portar a terme assajos i simulacions que determinin la validesa dels resultats i enfoquin el treball a posteriors millores aplicables. 1.5 Objectius El principal objectiu del treball és aconseguir dissenyar un producte que permeti introduir millores en un producte ja existent mitjançant l’ús i l’aplicació de tecnologies alternatives a les actualment usades. Aquestes millores s’enfocaran en l’optimització de les funcionalitats primordials del producte per a així destacar-se de les actuals fèrules de guix, millorant aspectes com la reducció del pes total, un major confort, la personalització geomètrica segons la fisonomia del pacient o l’augment de la rigidesa estructural del conjunt, sempre tenint en compte l’aplicació de tecnologies de fabricació additiva. Cal destacar que aquests objectius sempre aniran dirigits cap a un públic determinat, els infants, un dels públics objectiu més afectats per aquests tipus de lesions i que per tant, qualsevol millora portada a terme tindrà un impacte final major. 1.6 Utilitat del treball La principal utilitat d’aquest treball radica en la necessitat d’actualitzar un producte al qual no se li han aplicat modificacions respecte el disseny original de fa centenars d’anys, modernitzant tant la seva estètica com les seves capacitats funcionals. Aquesta actualització provocarà que s’elabori un producte a mesura, orientat a una lesió concreta i sempre dirigint-se a un sector determinat, maximitzant així l’impacte que es pot arribar a aconseguir en la societat. Aquest nou producte, addicionalment de proporcionar les mateixes capacitats físiques i de rehabilitació que les fèrules de guix habituals, presentarà uns valors afegits addicionals que permetran facilitar la convivència del pacient amb el dispositiu mèdic. Aquests nous valors afegits faran que, entre altres, el pacient pugui portar a terme activitats que anteriorment no es podien o que la higiene personal sigui de major qualitat. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 16 Empreses productores de farmacèutics antiinflamatoris com Reckitt Benckiser proposen mesures a portar a terme per a evitar possibles complicacions i per a alleujar dolors o incomoditats en aquest tipus de tractament immobilitzador: - Col·locar esparadrap hipoalergènic en els extrems de l’escaiola ja que en ocasions el guix dels extrems poden ser tallants i durant el fregament continuat poden provocar ferides a la pell. - No estirar del recobriment intern de la fèrula ja que podria provocar rascades i dolors. - En cas de tenir picors a la zona enguixada es poden donar petits copets a la superfície exterior ja que les lleugeres vibracions poden alleujar la sensació. També per a alleujar els picors es pot aplicar aire fred mitjançant un eixugador, enfocant la corrent d’aire cap a les obertures dels extrems. Rascar-se la zona interior de l’escaiola es d’extrema importància ja que en cas de provocar-se petites lesions aquestes podrien provocar l’aparició d’infeccions o petites úlceres a causa de l’escassa neteja a l’interior de la fèrula. - Mantenir el braç en repòs per a evitar dolors i molèsties, així la recuperació serà molt més rapida. Evitar les activitats físiques o moviments bruscs de l’extremitat faran que la lesió curi millor i s’eviti la creació de lesions majors. - Durant les nits, col·locar l’extremitat una mica per sobre del cos permetrà l’afavoriment de la circulació. En cas de no poder conciliar el son medicaments pel dolor poden ser indicats pels farmacèutics. Un dels moments clau durant el temps de recuperació es el moment de banyar a l’infant ja que és quan les possibilitats d’entrar amb contacte amb aigua són majors, es per això que existeixen diverses recomanacions per a evitar problemàtiques. - Cobrir el braç amb una o dues bosses de plàstic i tancar-les amb cinta adhesiva per a impermeabilitzar l’extremitat. També existeixen plàstics especialitzats per a la funció que es poden adquirir en farmàcies. En cas de que la fèrula sigui resistent a l’aigua es pot fer net l’interior de la fèrula per a així evitar irritacions tot i que si posteriorment no s’eixuga correctament pot ser contraproduent. - En cas de mullar l’escaiola si aquesta es impermeable, es recomana assecar-la mitjançant aire fred d’un eixugador. - Si la fèrula ha de ser netejada es pot utilitzar un drap humit per a eliminar la brutícia. 2.3.6 Conclusions: Com es pot comprovar, entre ambdues tecnologies es distingeixen un gran nombre de diferències, la majoria en quant a velocitat i cost del procés, elements que diferencien principalment els dos mètodes de fabricació. Per un costat la impressió 3D, permet crear models exactes treballats a la mesura de la lesió i del pacient però amb l’inconvenient de que els temps de producció poden ser més llargs i complexos que amb els mètodes tradicionals a causa de la novetat de la tecnologia i el procés de perfeccionament que han de sofrir. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 17 Addicionalment també es pot veure que les fèrules conformades utilitzant guix requereixen d’extenses cures cap a el pacient durant el procés de curació degut a les nombroses problemàtiques inherents per l’ús de guix com a material estructural. 2.4 Recerca legal Inicialment, per a poder treballar amb una coneixement inicial del projecte i de les seves característiques, cal fer una recerca de informació exhaustiva del mercat en el que es treballarà i les empreses que conformen la possible competència. A si mateix, també cal conèixer el producte des del punt de vista legal i les diferents normes que li apliquen ja que sobretot en productes d’àmbit sanitari, es indispensable conèixer la normativa aplicada tant al procés de fabricació com als materials de fabricació que composen el producte. 2.4.1 Recerca de mercats i empreses: El mercat de la impressió 3d és un mercat en ple auge on diàriament es porten a terme nous avanços tecnològics els quals obren noves portes a nous mercats ja existents. El mercat de materials per a ús sanitari s’ha aprofitat també d’aquesta tecnologia en noves aplicacions com és el cas de les fèrules, audiòfons, ossos o fins i tot cèl·lules mare o vasos sanguinis. Addicionalment, cada cop més metges i professionals dels món sanitari amb anys d’experiència, treballen en noves aplicacions fent que nous estudis de disseny i empreses apareguin focalitzantse en aquest sector. Actualment existeixen nombroses empreses que treballen conjuntament amb els metges i hospitals per a crear nous productes mitjançant la impressió 3D, com és el cas de les fèrules. Mundialment cada cop més empreses s’han interessat i han vist la possibilitat d’un mercat, apareixent així diverses empreses, algunes de les quals es nombraran a continuació. Xkelet: Xkelet és un startup el qual s’especialitza en la creació de fèrules impreses en 3D mitjançant un programa basat en la rapida elaboració de fèrules i la personalització d’aquestes. El programa permet crear fèrules amb diferents geometries segons la zona afectada de manera ràpida. Per a poder analitzar el pacient de manera ràpida es fa ús d’una app de desenvolupament propi que conjuntament amb una tableta i un escàner de l’empresa Structure permet captar els volums del pacient i crear un model virtual de manera senzilla. A aquest model posteriorment s’hi adaptarà de manera automàtica el tipus de fèrula immobilitzadora requerida ja. Finalment, l’usuari podrà seleccionar els colors, sistemes de tancament i geometries segons el seu criteri o indicacions dels metges. També treballen amb el que ells anomenen immobilitzacions d’urgència, aparells que serveixen per a poder ser aplicats de manera ràpida en qualsevol Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 18 situació sense necessitat d’un metge. Aquesta pròtesis simplement subjecta una zona determinada i fa les funcions d’espina dorsal per a la posterior aplicació d’un embenat elàstic recobrint la zona afectada. . Il·lustració 5. Immobilització d'urgència. Font Xkelet YOUNEXT: Younext és una filial de l’empresa Podoactiva, empresa localitzada a Osca especialitzada en la creació de productes i tractaments en el món de la podologia, produint des de cremes i bàlsams fins a plantilles a mesura o portant a terme tractaments de biomecànica. Aquesta empresa ha treballat amb proveïdors tant importants com la Federació Espanyola de Futbol, La Federació Espanyola d’Atletisme o el comitè Olímpic Espanyol, per tant una empresa gran amb anys d’experiència. L’empresa té arran de tota Espanya més de 130 clíniques, amb les quals porta a terme els seus productes. Una de les empreses filials és Younext, la qual s’especialitza en la creació d’elements sanitaris mitjançant impressió 3D. D’entre els productes que comercialitza, trobem canyelleres, màscares de protecció o fèrules per a immobilitzacions, totes elles aplicant la tecnologia d’escaneig 3D i posteriorment mètodes fabricació, ja sigui per mètodes additius com mitjançant mètodes tradicionals fent ús de materials com la fibra de carbono. Les fèrules són creades utilitzant la càmera Kinect de Microsoft, la qual utilitza una càmera amb mesurament per làser per a visualitzar el volum. Les fèrules que fabriquen poden ser tant de tronc inferior com superior, dividint el seu disseny segons el tipus de fractura i les necessitats del pacient en relació a la seva dolència. Younext, ha col·laborat amb entitats com les anteriors nombrades i amb hospitals com l’hospital Nisa de Sevilla Aljarafe, el qual ha decidit eliminar les fèrules fetes amb escaiola i decantar-se per la versió impresa en 3D. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 19 Fiixit: Fiixit és una startup Espanyola creada per dos dissenyadors industrials els quals ja treballaven amb tecnologies d’impressió 3D i per tant van poder aplicar la tecnologia la tecnologia al món sanitari de manera senzilla. Les primeres proves van ser a causa de que veien nens amb fèrules pesades i incòmodes els quals sempre es queixaven per tant, aquest va ser el principal sector social en el que enfocar-se. Les fèrules de FIIXIT són creades gràcies a la col·laboració amb ortopedistes els quals han d’aprovar i donar autorització per a l’aplicació de fèrules a pacients ja que sense l’autorització d’un metge no tenen permès operar. Les fèrules fabricades poden ser tant de tronc superior com inferior, incloent casos de lesions excepcionals com lesions facials o certes paràlisis a les mans que requereixen de fèrules amb geometries fetes a mesura del pacient. En certs casos s’han arribat a fer fèrules per a esportistes professionals a part de pacients privats com els casos de jugadors de futbol del Màlaga C.F o del C.D. Castelló. Aquestes fèrules estan creades mitjançant l’ajuda de l’empresa Espanyola de impressores i aparells tecnològics, Bq ja que aquesta proveeix e les seves impressores Witbox 2. Il·lustració 6. Fèrules comercialitzades per Younext. Font Younext Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 20 Il·lustració 7. Fèrula FIIXIT infantil. Font FIIXIT Activarmor: Aquesta, és una empresa americana creada per Diana Hall, una graduada en enginyeria química que buscava ajudar a nens en ambients de pobresa amb condicions de vida ínfimes. Alguns nens havien de portar fèrules d’escaiola al braç, les quals acabaven molt brutes i trencades a causa de els jocs i activitats que els nens acostumen a dur a terme. Va trobar molts nens que a causa de l’ambient i les condicions de pobresa en les que vivien tenien molts problemes com infeccions o malformacions òssies a causa de la degradació de la fèrula i la incorrecta recuperació de les lesions. Deguts a aquests motius va començar a comercialitzar fèrules fins a que actualment l’empresa es dedica a portar a terme fèrules per a qualsevol públic des de infants o adults fins a esportistes d’elit. Les fèrules comercialitzades permeten ser personalitzades a la mesura del pacient i per tant es pot arribar a un públic més gran. Activarmor comercialitza una gran varietat de productes, tant per extremitats superiors com inferiors i sempre adaptant-se a les necessitats i requeriments de la fractura del pacient. Aquestes fèrules han estat validades per un gran nombre de associacions com instituts d’ortopèdia, associacions d’ortopèdia, Normatives internacions ISO i la FDA (Food and Drugs Administration) fent que no sigui necessària la prescripció per part d’un metge i per tant que un mateix pugui obtenir una fèrula de manera individual. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 21 Il·lustració 8. Fèrules comercialitzades per Activarmor. Font Activarmor Dimension Orthotics: Creades per un grup de cirurgians, terapeutes i metges, combinen el punt de vista d’ortopèdia professional amb la tecnologia puntera d’impressió 3D per a crear fèrules personalitzades impreses en 3D. Aquestes fèrules presenten un sistema de “locking” per a les dos parts que conformen la fèrula fàcil d’extreure en el moment de l’extracció de la fèrula tot i que posseeix de la suficient força de clipatge per a mantenir-se rígida durant el seu ús. Entre els principals punts a remarcar, es pot veure que la companyia disposa d’acceptació de la FDA per a utilitzar certs materials els quals han estat acceptats per a ser usats en aparells amb contacte biològic. També es pot veure que disposen de una ràpida digitalització i personalització que es pot portar a terme gracies a la optimització del procés en uns minuts. 2.4.2 Recerca de patents: Indispensablement es requereix d’una recerca de patents tant sobre els materials mèdics utilitzats i les seves composicions, com de les possibles metodologies d’aplicació i fabricació associades a fèrules impreses en 3d. Aquesta recerca té com a objectiu conèixer els mecanismes regulats en el mercat per a fabricar aquests components, fent que el producte final sigui produïble sense l’incompliment de regulacions Principalment, la majoria de patents trobades en referencia a pròtesis estan relacionades amb el mètode de fabricació utilitzat, tant fent referència a els processos anteriors a la fabricació en si com a els mecanismes propis de la producció final un cop la geometria es troba definida. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 22 Patent US20170216078A1: 3d printed splint and cast Patent de Dimension Orthotics la qual encara esta pendent que treballa sobre les diferents fèrules que tenen al mercat i els diferents processos de producció de cada una, detallant els materials utilitzats, les diferents geometries, els reforços aplicats a cada secció i el mecanisme de locking utilitzat per a mantenir les diferents parts unides. A la patent determina la utilització de diverses porcions a dintre la mateixa ferla per a donar rigidesa a les seccions distals o proximals segons l’aplicació i el requeriment. Patent CN104943181B: Exterior fixation bracket based on 3D printing technique Patent Xinesa relacionada amb la producció d’una fèrula d’immobilització exterior basada en impressió 3D segons unes passes detallades. Es segueix una metodologia bàsica on s’inicia creant un model virtual mitjançant un escàner 3D, de l’escaneig es crea un model digital i finalment es produeix mitjançant fabricació additiva. Patent US20100268138A1: Custom braces, casts and devices having limited flexibility and methods for designing and fabricating Creada per l’empresa 3D Systems que treballa sobre la creació d’un aparell ortopèdic i del seu mètode de fabricació mitjançant l’ús de punts de referència o marques a sobre el cos a estudiar. El procés consisteix en la obtenció de múltiples imatges a diferents angles que determinen el contorn del cos segons la relació entre les diferents localitzacions de les diferents marques del subjecte estudiat. L’aparell resultant pot ser fabricat de una o varies peces segons la flexibilitat. Patent US538300A: Surgical splint Primera patent sobre fèrules creada al 1895 amb la que s’especifica l’ús del guix de París conjuntament amb un embenat per a substituir els aparells ortopèdics utilitzats fins el moment, basats en estructures de fusta o metall. Aquestes pròtesis primitives eren poc segures i poc adaptables a la geometria del pacient, fent que la utilització de les pròtesis de guix de parís suposes una gran millora enfront els mètodes anteriors utilitzats. Patent CN203074955U: Fracture fixing composite splint Aquest model proposa una fèrula ortopèdica utilitzant compostos formats a partir de TPU, una capa permeable al aire, una capa de metall corrugat i una capa d’espuma a l’interior. Les diverses capes s’unirien mitjançant algun adhesiu i cada capa tindria forats per a permetre la ventilació del conjunt. Aquest compost proposa una major resistència, flexibilitat i capacitat d’adaptació a Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 23 les geometries de cada pacient, tot i que la seva principal avantatge seria el seu ús en el lloc d’un accident o com a primers auxilis en camps de batalla. Patent US8838263B2: Patient specific ankle-foot orthotic device Patent creada per a la rehabilitació d’una lesió de turmell utilitzant mecanismes d’escaneig 3D i tecnologies de fabricació mecanitzada capaces de crear superfícies tridimensionals adaptables al pacient. La patent únicament exemplifica la metodologia de treball adaptada en el cas d’un pacient amb una marxa incorrecte. El procés és similar a les anteriors patents on es treballa amb escaneig de superfícies tot i que no es detalla la tecnologia a utilitzar ni el mètode de fabricació específic. 2.4.3 Normativa associada al producte: Principalment, les normes trobades es basen en les qualitats dels materials, les aplicacions d’aquests i els procediments d’aplicació, diferenciant així les normatives aplicades així a les fèrules impreses en 3d i les fèrules creades seguint mètodes tradicionals com el guix. Referent a productes de guix: Les fèrules creades mitjançant guix presenten protocols principalment en relació al mètode d’aplicació de la fèrula ja que l’anomenat guix de París posseeix uns processos i característiques de fabricació concrets. Els principals protocols associats a l’aplicació d’escaioles mèdiques, tracten sobre l’aplicació i manipulació d’aquestes d’una forma correcte, diferenciant-se segon l’entitat. El Col·legi d’Infermeria de Madrid exposa el següent: - Protecció de la superfície de la pell del guix directament mitjançant l’ús d’un embenat tubular per a evitar que el borrissol del pacient quedi atrapat en el guix. També es té que protegir mitjançant un embenat de cotó o un encoixinament de cotó en cas de la possible aparició de tumefacció a la pell. - El nombre de passades del embenat també és controlat, variant segons l’edat del pacient degut a la rigidesa necessària en cada cas, determinant així que s’aplicaran de 12 a 15 capes en cas de ser un adult i de 6 a 8 capes en cas de ser un infant. Per altre banda la AAFP (American Asociation Family Physician) dicta també protocols d’aplicació, tot i que presten més atenció alts temps de solidificació del guix i a les temperatures d’aplicació d’aquest ja que ambdós factors estan relacionats. També imposen la col·locació d’un element de cotó el qual conformi una barrera entre la pell i el guix superior deixant un tros de Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 24 pell extra per cada costat coberta tot i no tenir-hi guix aplicat. També s’apliquen encoixinament en cas de previsió de protuberàncies, però mai impedint la funció de subjecció a la fèrula. Els procediments varien en quant a la quantitat de guix aplicat, tot i que sempre el principal objectiu és aconseguir la major rigidesa sense afegir pes, volum i en definitiva incomoditat per a el pacient. Varies associacions més com poden ser la Red de cures de la Junta d’Andalusia o l’Associació Española de Pediatria d’atenció primària determinen procediments molt similars i es repeteixen molts elements, però sempre parlant sobre metodologies d’aplicació, temperatures de l’embenat en el moment d’aplicació i elements de protecció per a el pacient, sense parlar en cap moment sobre materials específics, tant del guix com del embenat. Referent a impressió 3d: Per l’altre banda, amb la tecnologia 3D les principals normatives trobades s’apliquen en els materials a utilitzar, ja que aquests han de complir unes normes de sanitat a causa del contacte continuat amb la pell. Diverses normatives s’apliquen en els diferents materials utilitzats, fent que els diversos productes impresos en 3D hagin de ser controlats i acceptats segons diverses normatives. D’entre les normes aplicades cal destacar les normes ISO aplicades a materials que posteriorment hauran d’estar amb contacte amb superfícies biològiques. També cal destacar que empreses com Fiixit Orthotic han obtingut llicències de fabricació que permeten la operació i comercialització dels seus productes lliurament. Organitzacions com la FDA (Food and Drugs Administration) treballen per a controlar els productes que arriben al consumidor i asseguren que aquests seran segurs al contacte biològic, saludables i eficaços. La FDA tot i ser una organització que treballa amb el mercat americà, molts fabricants utilitzen les seves normatives per a donar valor als seus productes com per exemple les anteriorment comentades, Dimension Orthotics i Activarmor. Addicionalment als procediments establerts per certes organitzacions sanitàries, existeixen normatives com poden ser les normes ISO que fan referència a materials, tractaments d’aquests, controls de qualitat, etc que també s’han de tenir en compte degut el seu valor afegit a nivell mundial. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 25 Normativa ISO: EN ISO 1641:2009: Especifica les propietats generals i mètodes d’assaig de peces d’acer i ferro amb recobriments metàl·lics de zinc (bany en zinc amb un 98% de puresa). No aplica en els següents casos: - Làmines, cables i malles soldades o teixides de productes que estan galvanitzats. - Tubs i canonades galvanitzades en calent de manera automatitzada. - Productes galvanitzats en calent (per exemple, fixadors) per als quals existeixen estàndards específics i que poden incloure requisits addicionals o requisits diferents dels de la ISO 1461: 2009. - El tractament postproducció / sobre-recobriment d'articles galvanitzats en calent no està inclòs en la norma ISO 1461: 2009. ISO 10993-3:2009 Normativa que especifica estratègies de estimació de riscos, selecció de tests i metodologies de prevenció de perills en relació a productes sanitaris amb possibilitat de provocar efectes irreversibles a causa de l’exposició a aquests. Aquests testos a portar a terme treballen sobre la genotoxicitat, i el possible desenvolupament de toxicitat en etapes posteriors. La ISO 10993-3:2014 és aplicable en el cas de que un dels anteriors possibles efectes negatius siguin confirmats com a segurs. ISO 10993-1:2009: AC:2010 Determina els principis generals que regeixen els dispositius mèdics, els categoritza segons la seva naturalesa i durada en contacte amb el cos humà i els avalua i identifica segons dades existents de diverses fonts. La normativa addicionalment identifica els conjunts de dades mitjançant un anàlisis de riscos per a contínuament addicionar dades dels conjunts per a analitzar la seguretat biològica del dispositiu. ISO 10993-5:2009 Descriu mètodes per a avaluar la citotoxicitat in vitro dels dispositius mèdics. Aquests mètodes descriuen la incubació de cèl·lules cultivades en contacte amb un dispositiu i extretes d’un, per a determinar i avaluar la resposta biològica de les cèl·lules mamíferes in vitro mitjançant paràmetres controlats. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 32 mitjana de l’os solen ser causades per impactes directes a sobre l’estructura òssia, normalment per caigudes o cops, provocant la fractura parcial o completa d’aquest. Finalment, destacar que un 15’1% de les fractures es troben a la tíbia, un 13’8% a la clavícula i un 7’6% en el fèmur, demostrant així que el grup ossi més gran afectat en infants el trobem a les extremitats superiors, principalment al radi i a l’húmer. En resum, el grup més gran el formen les fractures metafisàries amb un 45% del total i les diafisials amb un 35%, fractures relativament fàcils de tractar mitjançant una posterior reducció del moviment de l’extremitat, de major senzillesa quant menor sigui l’infant. Els altres grans grups són les fractures fisàries i les epifisàries, amb un 15-20% i menys d‘un 5% respectivament. Aquests últim cas és molt més greu que la resta ja que la possibilitat de complicacions és molt major i en certs casos es pot arribar a la detenció del creixement, una deformitat progressiva o fins i tot una futura artrosi degut a la incorrecte recuperació de la articulació. 14% 15% 18% 45% 8% LOCALITZACIONS HABITUALS DE LES FRACTURES Clavicula Tíbia Humer distal Radi distal Fèrum Gràfic 1. Localitzacions habituals de fractures en nens Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 33 2.5.4 Tractaments aplicats a les lesions més habituals: Veient les anteriors dades, s’han seleccionat les principals lesions per a veure els tractaments i cures que s’apliquen a cadascuna per a posteriorment escollir les fractures majoritàries i desenvolupar el mecanisme de fixació. Fractures d’avantbraç i canell: Aquests tipus de fractures engloben quasi un 50% del total de les fractures infantils entre totes les seves variants possibles tot i que un 80% d’aquestes es poden trobar a la secció distal de l’os, (secció de l’os allunyada del tòrax i pròxima a la mà), un 15% al terç mitjà de la mà i finalment el 5% restant al costat proximal (tram pròxim al colze). El diagnòstic es porta a terme mitjançant l’exploració física y principalment l’ús de radiografies rodejant l’extremitat afectada. Sempre es porten a terme addicionalment radiografies de les dos projeccions (anteroposterior i lateral) al colze i canell per a descartar possibles lesions associades complementàries a una fractura a la diàfisis (secció central). Un cop diagnosticat el tipus de lesió el tractament sol procedir de manera bastant estàndard, mitjançant la reducció e immobilització mitjançant una fèrula, comunament de guix. En nens, el nivell d’angulació permesa es molt major que en adults i en alguns casos es pot arribar a corregir amb el temps per si sola gràcies a la elevada capacitat de remodelació òssia en nens (major la capacitat quant més proper del canell estigui i de menor edat sigui el pacient). A causa d’això, sol ser improbable l’aparició de defectes de unió com el retràs o la pseudoartitris, tot i que existeix una petita probabilitat. Il·lustració 13. Diferents seccions dels ossos. Font Pediatría Integral Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 34 Fractures diafisàries de l’avantbraç: La fractura més comuna és provocada a causa d’una caiguda amb canell i colze estesos. Presenten un dolor molt fort, amb impotència funcional i en alguns casos es pot apreciar una deformitat de forma visible. El procediment a portar a terme consisteix en una examen de la pell en busca d’una possible fractura oberta. Es diagnostica mitjançant una radiografia de l’avantbraç, incloent-hi el colze i el canell per a descartar lesions associades. Es poden trobar tres fractures diferents, incurvació plàstica de l’os, fractura de canya de bambú (més freqüents en nens petits) i fractures completes (habituals en nens de més de 8 anys) El tractament varia segons l’edat, el tipus de fractura y el grau de desplaçament provocat, generalitzant-se en els següents casos: • Si la fractura no presenta cap desplaçament, es pot realitzar un tractament conservador amb un guix braquiopalmar de manera simple. • En el cas de fractures en canya verda y deformitat plàstica desplaçada, es poden realitzar tractaments conservadors mitjançant reducció tancada amb anestèsia i la col·locació d’un guix braquiopalmar durant 4-6 setmanes. • Amb fractures diafisaries completes, es pot provar de portar a terme una reducció tancada, amb sedació i amb una immobilització mitjançant guix braquiopalmar durant 4 setmanes. Posteriorment continuar durant 4 setmanes únicament amb el mateix guix prèviament col·locat. En cas de no aconseguir una fixació correcte, es realitzaria un tractament quirúrgic de fixació. Il·lustració 14. Fractura d'avantbraç amb fixació intramedualr. Font Science Direct Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 35 Fractures de canell: Fractures de elevada freqüència entre infants, certament majors en nens que en nenes. Són fractures típiques provocades per caigudes on tot el pes recau directament a sobre la mà oberta. La simptomatologia típica es dolor i inflamació al canell, impotència funcional i en casos concrets deformitats visibles segons el desplaçament. La realització de radiografies informarà detalladament sobre la fractura i orientarà el tractament posterior. D’entre les principals fractures de canell podem trobar dos grans grups en funció de si afecta o no al cartílag de creixement, separant-se així en fractures epifisàries o metafisàries. Fractures metafisàries completes radi i cúbit: Durant l’exploració es pot apreciar dolor al tacte, inflamació, impotència funcional i en el cas de fractures desplaçades deformitat en el focus de la fractura. Abans i després de la reducció s’han de portar exploracions neurològiques ja que a aquest tipus de fractures es poden associar neuroapraxies del nervis. El diagnòstic es confirma mitjançant una radiologia simple de les projeccions laterals i posteriors. El tractament varia segons el grau de desplaçament i d’angulació dels fragments: - Fractures sense desplaçament: Es requereix d’un immobilització mitjançant un guix braquial o avant braquial durant un temps de quatre a sis setmanes fins que es faci evident la consolidació radiològica. Es important tenir un control radiològic durant la immobilització per a evitar desplaçaments secundaris. - Fractures desplaçades: El primer pas es portar a terme una reducció tancada sota sedació anestèsica i una immobilització de quatre a sis setmanes. Si no s’aconseguís una reducció o aquesta no fos estable, s’hauria de portar a terme un tractament quirúrgic i una reducció mitjançant agulles. Setmanalment s’ha de portar a terme una revisió radiològica per a detectar possible pèrdues de la reducció. Epifisiolisis de radi distal: La fractura de radi distal més freqüent són les de tipus I i II de Salter i Harris (un 70% del total). El tractament variarà molt segons el desplaçament i la zona lesionada però sempre que sigui possible l tractament serà conservador. En el cas de fractures sense desplaçament la immobilització amb guix durarà de 3 a 4 setmanes. En el cas de presentar-se un desplaçament, el tractament s’iniciaria amb l’aplicació d’una fèrula immobilitzadora però en cas de no ser acceptable, es procedirà a un tractament quirúrgic. Les lesions més severes, del tipus III i IV, s’hauran de tractar de forma conservadora però en cas Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 36 d’haver-hi desplaçament es requereix d’un procediment quirúrgic addicionalment a la immobilització. Per últim les de tipus V són de més difícils de diagnosticar i normalment solen tenir seqüeles. Fractures en rodet a radi i cúbit: Fractures que es caracteritzen per ser incompletes i estables, sense moviment entre les dos parts dividides. Es localitzen principalment a la zona metafisàries del radi tot i que en certes ocasions pot afectar al cúbit també. L’anàlisi clínic determina mal en el canell posteriorment a un traumatisme, sense deformitat aparent i amb una limitació del moviment variable segons el cas concret que pot passar desapercebuda i ser diagnosticada erradament com a una contusió. Aquest dolor es reconeixible per poder ser trobat al tacte amb els dits en el dors del canell, on es pot observar una petita inflor de la zona afectada. El tractament es basa en la utilització d’una fèrula avantbraquial de guix o termoplàstica durant aproximadament un mes. Fractura proximal de l’húmer: Poc freqüents, normalment a la epífisis o de tall verd a la metàfisis a causa d’una caiguda amb el braç estirat. El símptomes mes comuns són dolor, deformitat visual i impotència funcional. El tractament sol conformar-se d’un cabestrell o d’un embenat de guix degut a la rapida capacitat de consolidació i remodelació de l’húmer proximal. Només en casos de fractures desplaçades és necessària anestesia i fixació mitjançant agulles de Kirschner Il·lustració 15. Fractura en Rodet. Font Pediatría Integral Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 37 Fractura diafasaria de l’húmer: Fractures poc freqüents que es produeixen a causa d’un traumatisme directe o d’una rotació brusca, resultant així en fractures de canya verda o completes. Els símptomes típics són dolor, pèrdua de la funcionalitat de l’extremitat i deformitats apreciables a la vista. S’ha de portar a terme un estudi radiològic per a comprovar visualment l’estructura òssia. Els tractaments aplicats són l’aplicació d’un aparell ortopèdic d’immobilització braquioantebraquial degut a la seva alta capacitat de consolidació i remodelació de la fractura. En certs casos de fractures desplaçades, una recol·locació manual de la fractura pot ser necessària anteriorment a la col·locació del guix. En cas de que la fractura sigui oberta, un enclavament endomedular elàstic és necessari per a centrar i recuperar la zona fracturada. Aquesta tècnica consisteix en la introducció de dos agulles de titani a l’interior de la medul·la de l’os fracturat, centrant així ambdues meitats i ajudant a la ajudant a la reducció de mobilitat i estabilitat de la unió. Fractures de canya verda: Fractura incompleta de l’estructura òssia, on només un costat de la superfície cortical de l’os es trenca, mentre que la del costat oposat es deforma sense arribar a deformar-se. La angulació no sol ser massa important mentre no es produeixi a nivell diafisiari, ja que a la zona mitjana de l’os hi ha major perill de ruptura completa. Un exemple comú és la fractura de canya verda metafisàries distal del radi. El tractament típic es la reducció tancada mitjançant anestesia, corregint la deformitat manualment per a posteriorment aplicar una fèrula immobilitzadora que s’haurà de portar durant unes 4 o 6 setmanes. La reducció tancada és un procediment per el qual s’ajusta la posició inicial dels ossos fracturats sense obrir la pell, aconseguint d’aquesta manera alinear i tornar a centrar les parts fracturades per a posteriorment immobilitzar i permetre la correcte reconstrucció de l’os. 2.6 Cas concret a treballar Com s’ha pogut veure anteriorment, els principals casos que es troben en el món real, es centren a la zona de l’avantbraç, concretament en el radi. Addicionalment, amb l’anàlisi portat a terme es pot veure que la zona del radi, destacant en concret la fractura de la metàfisis a la secció distal és una de lesions més comunes amb un 45% del total de pacients per fractures. Addicionalment al treballat anteriorment, la Acadèmia Americana de Cirurgians Ortopedistes calcula que les fractures d’avantbraç són responsables d’entre el 40 i 50 % de totes les fractures Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 38 òssies dels nens, indicant que el que més tendeix a lesionar-se és el radi, el més gran dels que formen l’avantbraç. Aquestes dades corroboren que treballar sobre una lesió metafisàries distal del radi permet tenir una major afectació sobre la població total i per tant, arribar a un major públic. 2.7 Conclusions dels resultats extrets. Perquè escollir nens Com es pot veure, els nens i nenes són un dels sectors socials que més afectats es veuen per les fractures d’ossos degut al seu escàs desenvolupament físic que provoca que les ruptures a les extremitats siguin molt comunes i perilloses. En un infant, una fractura completa o parcial de l’extremitat pot comportar molt problemes si una correcte recuperació no es porta a terme ja que qualsevol malformació de creixement a l’os, afectarà greument al infant durant la seva maduresa. Els nens i nenes també, degut al seu comportament més actiu i aventurer, són més propensos a fracturar-se extremitats, fet que fa que els afecti físicament en el seu desenvolupament però també emocional i psicològicament degut a que a aquestes edats pot suposar un trauma molt gran, tant la fractura en si com la posterior rehabilitació e immobilització. A nivell de mercat, es pot veure que moltes empreses emergents del sector van començar o es centren molt en els infants a la hora de comercialitzar els seus productes ja que són la part de la població més vulnerable i per tant, on el mercat presenta un major volum d’afectats i de públic objectiu. Addicionalment en certs casos, quan les lesions no han estat rehabilitades de manera correcte a causa del desgast d’una fèrula de guix (per exemple per entrar en contacte amb aigua i perdre la seva rigidesa estructural) greus seqüeles incurables poden aparèixer arran de la incorrecte recuperació òssia, que pot arribar a passar desapercebuda tant per a adults com per a metges si l’infant no comunica els danys a la fèrula. Aquest factor en adults no es considera ja que l’adult sap diferenciar la correcte de la incorrecte recuperació, per en edats reduïdes aquesta lògica no es pot aplicar i qualsevol variable possible ha de ser contemplada. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 39 3. Treball CAD: 3.1 Recerca de tecnologies d’escaneig 3D 3.1.1 Que es un escàner 3D: Un escàner 3d és un dispositiu el qual analitza un objecte o una escena reunint dades sobre la seva forma, estructura, i en alguns casos el color de l’objecte analitzat per a posteriorment convertir totes les dades recollides en models digitals sobre els quals posteriorment treballar. Els escàners 3D van ser inicialment desenvolupats per a estudis de metrologia i automoció però progressivament s’han anat trobant més aplicacions y activitats, fent que la tecnologia pugui utilitzar-se cada cop per més persones gràcies a l’abaratiment d’aquesta. 3.1.2 Tipus d’escàners: Dintre del món dels escàners podem trobar principalment dos grans grups segons la tècnica de recopilació de la informació estructural dels objectes: Escàners per Contacte: Els escàners per contacte funcionen mitjançant l’ús d’un palpador de safir o d’acer d’alta duresa, el qual es recolza sobre l’objecte a mesurar i mitjançant una sèrie de sensors interns es determina la posició relativa del palpador a l’espai. Aquests palpadors a la industria s’anomenen CMM (Màquina de mesurament per coordenades) o braços de mesurament i normalment són utilitzats a indústries on la precisió és molt important ja que la majoria d’aquests aparells treballen amb toleràncies de ±0,01mm. El principal inconvenient d’aquest tipus d’escàner és que necessiten el contacte físic amb l’element a mesurar i per tant poden malmetre els objectes que es mesuren. Una altre desavantatge és que són lents d’operar i per tant únicament s’utilitzen en indústries precisió o laboratoris d’estudi dimensional, on es treballen amb toleràncies molt estretes i per tant la lentitud del procés es compensa amb l’extrema qualitat dels treballs. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 40 Escàners sense contacte: Un escàner sense contacte és qualsevol escàner el qual emeti una senyal (ja sigui làser, radiació electromagnètica o ultrasons) contra un objecte per a després rebre la senyal de tornada i analitzar-la, captant així la geometria contra la qual la senyal ha estat projectada. Un exemple comú d’escàner són els dispositius utilitzats en enginyeria civil o topografia per a mesurar distàncies de manera precisa i analitzar volums d’edificis. Il·lustració 17. Escàner Làser 3D. Font Leica Geosystems D’entre els diferents tipus d’escàners sense contacte en podem destacar els següents tipus segons la forma en que mesuren els dimensions: Il·lustració 16. Exemple de CMM. Font Google Imatges Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 41 Time of flight (Temps de vol): L’escàner projecta un pols de llum mitjançant un díode el qual viatja per l’aire i impacta amb l’objecte o escena a estudiar. Aquest pols retorna a un detector el qual cronometra el temps que la llum ha estat viatjant per a calcular la distància mitjançant una simple formula. 𝑪(𝒎/𝒔) × 𝑻(𝒔) 𝟐= 𝒅(𝒎) Aquest tipus d’escàner permeten tenir precisions sub-mil·limètriques, fent que siguin perfectes per a utilitzar-se a treballs de mesurament de monuments o elements constructius ja que permeten portar a terme càlculs de deformacions. Les avantatges d’aquets escàners es que són de ràpida utilització (10.000 – 100.000 punts per segon) i per tant es pot dur a terme una gran densitat de punts amb un elevat nivell de detall. Triangulació: Els escàners làser per triangulació 3D són també escàners actius que utilitzen la llum emesa per a examinar l’entorn. El feix de llum es projecte a sobre l’objecte y una càmera determina la ubicació del làser. Depenent de la distància a la que el làser es reflexa la superfície, el punt del punt del làser apareix a diferents llocs del sensor de la càmera. El nom d’aquesta tècnica es diu de triangulació ja que els tres components que conformen el conjunt; làser, càmera i sensor formen un triangle el qual varia de geometria depenent de la distància de la superfície de l’objecte i segons l’angle que formen el làser d’anada i de tornada es determina la posició de cada punt a l’espai. Aquests escàners són de molta elevada precisió (mil·lèsimes de mil·límetre) tot i que es veuen restringits per l’angle del vèrtex que coincideix amb la superfície de l’objecte, ja que si l’angle es separa dels 90º, es perd precisió durant el mesurament. Aquest fet fa que l’escàner es vegi limitat per la mida de l’escena que analitza ja que per a poder augmentar la distància a la qual Il·lustració 18. Escàner Leica per temps de vol. Font Leica Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 48 Càmeres que detectin volum: Una altre manera de captar volums és mitjançant càmeres amb làsers incorporats facilitant així la tasca de detecció del volum ja que la càmera interpreta el volum per si mateixa i el programa ha de portar a terme menys treball de composició durant la fase posterior. Aquestes càmeres tenen l’avantatge de que només es requereix d’un programa d’interpretació de les imatges, simplificant així el procés de presa d’imatges a diferència d’una càmera digital que requereix de major feina de muntatge manual. Addicionalment, aquest mètode d’escaneig és molt poc costós tot i l’elevada capacitat d’aconseguir resultats d’alta qualitat. Il·lustració 27. Càmeres Kinect. Font Wikipedia 3.1.5 Conclusions: D’entre totes les tecnologies possibles per a dura terme l’escanejat del braç sobre el qual es treballarà inicialment s’ha portat a terme una selecció prèvia dels escàners més viables d’utilitzar. Des de un principi ja es va tenir en ment que s’utilitzaria un escàner sense contacte degut a que són mes senzills, econòmics i més ràpids d’utilitzar, per tant idonis per la feina que es portarà a terme. D’entre els escàners sense contacte es van escollir els de menys cost degut a que actualment es tracta d’un prototip, per tant la reducció de costos és prioritat en el projecte, i l’extrema precisió dels escàners més cars no és requerida actualment. Amb aquestes premisses descartem la gran majoria de tecnologies investigades i per tant s’utilitzarà una càmera digital (ja que es pot tenir a disposició una càmera fàcilment) o be una càmera amb làser en cas de poder disposar-ne de una. Després d’una investigació inicial i recerca de possibles càmeres a utilitzar em vaig posar en contacte amb el Fablab Terrassa el qual disposava de dos escàners 3D que podria utilitzar, un HP Pro SLS-3 i un escàner que utilitzava la càmera Kinect 360, per tant per tant idoni ja que es buscava una càmera la qual portés un làser incorporat, com és el cas d’aquesta última. Aquesta càmera és la nombrada anteriorment que l’hospital Nisa Sevilla Aljarafe utilitza en les seves proves amb fèrules impreses, per tant una càmera actualment funcional en aplicacions reals. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 49 3.2 Recerca de programes de modelatge Un cop es te escollit el mètode mitjançant el qual es determinarà el volum del pacient, es requereix d’un programa de modelat mitjançant el qual es pugui treballar i modificar les malles extretes anteriorment. Durant aquesta etapa es procedeix a fer una recerca dels diversos programes de modelat més comuns en el mercat, comparant les seves característiques principals com el preu, camp de treball i principals avantatges. Catia: Programa de Dassault Systems de treball mitjançant disseny paramètric molt utilitzat en l’àmbit d’enginyeria degut a la seva facilitat de treball i de modificacions. Permet crear components paramètrics de manera similar a com ho fa Solidworks tot i que el treball amb superfícies no està optimitzat per a la aplicació. Solidworks: Programa molt similar a Catia tot i que més orientatiu i senzill que permet la creació de components de manera molt ràpida. La principal diferència és que tot i que Catia pot ser més lent en quant a modelat de components, el sistema d’organització de treballs i la vinculació de peces de projectes anteriors és molt més orientativa. Solidworks addicionalment de permetre el modelatge de components, mitjançant extensions i complements permet portar a terme simulacions dels models creats. Existeixen diversos tipus de simulacions possibles que permeten l’estudi físic estàtic i dinàmic dels components virtualment abans de plasmar els dissenys creats en models físics. Blender: Software de codi obert de modelat dissenyat per a ser utilitzat en videojocs i per a ray tracing mitjançant l’ús de malles poligonals. Normalment complicat d’iniciar-se degut a el seu curiós sistema sense finestres tot i que un cop dominat permet la configuració a mesura completa dels menús, facilitant el treball. Addicionalment presenta un motor de renda propi i una amplia comunitat de professionals que facilita la millora i actualització continua del programa, fent que hagi estat usat fins i tot per a crear pel·lícules d’animació professionals. 3Ds max: Sistema de modelat per superfícies i malles de Autodesk optimitzat per a modelat de caràcters i personatges per a el món de la animació i renderitzat. El modelat per punts de malles pot ser complicat de treballar inicialment degut al gran nombre de funcions i a la diferent manera de treball en comparació a programes utilitzats durant el grau. És un programa similar a Blender, principalment diferenciant-se en que està enfocat a mitjanes i grans empreses degut a la major quantitat de característiques que fan que el treball sigui més extens i per tant més profitós tot i el seu elevat preu. Maya: Programa també del desenvolupador Autodesk extensament utilitzat per a animar a nivell professional, fins i tot guanyador de Oscars pel seu paper en nombroses pel·lícules. A diferència de 3Ds Max que normalment és utilitzat en diversos camps artístics i modelat d’objectes, Maya s’especialitza en renderitzats en vídeos i videojocs, fent que l’ús de textures i mallats per a objectes sigui més potent. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 50 3.2.1 Selecció del programa i les seves avantatges: El programa seleccionat per a treballar les superfícies extretes de l’escàner serà 3DSMax d’Autodesk degut a que permet treballar el modelatge de malles de manera senzilla. Programes com Solidworks o Catia treballen mitjançant disseny paramètric, útils per a aplicacions industrials en els que iteracions de geometries i de dimensions es porten a terme contínuament però que no permet el treball de superfícies mitjançant malles. A diferència, 3DSMax és un programa el qual està enfocat a treballar en el món de l’animació, on qualsevol element o personatge animat és format per superfícies d’elevada complexitat que contínuament són modificades per a crear expressions i moviment. Això fa que tot i que no es requereixi de la creació de personatges, la metodologia del programa facilita la interpretació i posterior treball a portar a terme de modelat i adaptació a les diferents geometries. Addicionalment, al estar vinculat al món de la animació, aquest permet fer renders de qualitat amb relativa senzillesa, tot i que la personalització dels materials i entorns és infinita. Una altre característica important a destacar, és que programes paramètrics com els anteriorment mencionats, treballem mitjançant acotació dels elements construïts a diferència de 3DSMax, el qual treballa sobre el dibuix i sobre mesures visuals. Afegir que tot i la selecció de 3DSMax com a principal programa de treball, Solidworks també marcarà un paper important durant el treball ja que serà l’encarregat de portar a terme els estudis físics dels components gracies a la extensió de simulació, mitjançant la qual diversos anàlisis estàtics i topogràfics podran ser portats a terme. Addicionalment, en certes situacions Solidworks facilita el treball de modelatge ja que permet la creació de models poligonals de manera rapida i senzilla exportables a altes programes per a poder treballar-hi a sobre. Com a complement a Solidworks, també destacar l’ús de Catia, utilitzat durant l’exportació de les superfícies des de 3DSMax ja que el seu software de interpretació de superfícies permet simplificar i netejar les geometries abans de usar-se en les simulacions virtuals. En resum, 3Ds Max permet fer funcions molt diverses tocant molts aspectes del disseny, des del modelat fins a el renderitzat dels objectes utilitzant sempre malles i per tant, complementant a Solidworks en funcions en el que programes de treball paramètrics presenten més mancances. Il·lustració 28. Logotip 3DSMAX. Font ComparaSoftware Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 51 3.3 Recerca d’impressores 3D Per a poder portar a terme una fabricació durant l’etapa final, anteriorment s’ha hagut de portar una recerca de les diferents tecnologies que existeixen en el mercat per a posteriorment poder escollir una màquina amb la que produir. Aquesta recerca en tot moment ve determinada per el material escollit en etapes anteriors, el PLA. És per això que abans de la selecció d’una impressora és necessari conèixer quines tecnologies son capaces de treballar el material seleccionat i les diferents habilitats de cada una. 3.3.1 Tipus de tecnologies d’impressió: Tot i la gran quantitat de tecnologies d’impressió que es poden trobar en el mercat durant aquesta recerca la feina anirà enfocada a la recerca de les tecnologies capaces de imprimir PLA. FDM (Fused deposition modeling): El material amb el qual es construirà el model es comercialitza em bobines (de similar manera que bobines de cablejat) de material en estat sòlid, normalment PLA, ABS, PET i TPU. Una filtre situada al capçal mòbil calenta el material mentre que un motor impulsa el filament a través d’aquesta, fonent-lo i dipositant-lo. El capçal recorre les coordenades marcades pel model en 3D formant les geometries requerides a sobre la placa de construcció, enfredant-se i solidificantse. El principal problema d’aquest mètode és que determinades geometries requereixen de suports per a donar una base on construir a superfícies en voladís i per tant més material del realment necessari és gastat. SLA (estereolitografia): Coneguda com a la primera tecnologia d’impressió comercialitzada, va aparèixer al 1986 patentada per l’empresa 3D Systems, un dels referents en impressió 3D a nivell mundial. Aquestes impressores utilitzen miralls coneguts com a galvanòmetres que treballen posicionant l’eix X i l’Y. Aquests miralls dirigeixen un raig làser projectant-lo a sobre la resina, curant-la i solidificant-la punt a punt seguint les coordenades marcades. La única desavantatge d’aquest mètode és que la velocitat de producció és menor degut a la construcció punt a punt, tot i que les precisions i qualitats superficials són molt majors. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 52 SLS (Selective laser sintering): La creació d’un objecte mitjançant tecnologia de fusió en llit de pols polimèrica es coneix com a sinteritzat selectiu per làser. Aquestes tecnologies progressivament es van abaratint i fent més comunes a causa de l’expiració d’antigues patents existents que faciliten l’ús de la tecnologia. El procés de fabricació consisteix en l’escalfament de la pols polimèrica per sota el punt de fusió. A continuació, una fulla deposita una capa molt fina de material en pols, d’aproximadament 0,1mm d’espessor sobre una plataforma de construcció. A continuació un raig làser de CO2 escaneja la superfície i sinteritza selectivament la pols, solidificant seccions de l’objecte. Un cop escanejada tota la secció, la plataforma es mou una espessor de capa i es torna a començar el procés fins a produir objectes fabricats. Taula resum: Tipus impresió Tecnologíes que l'utilitzen Materials Precisió dimensional Ventatges Desaventatges Extrusió de material FDM i FFF Termoplàstic (PLA, ABS, PET, TPU) ±0,5% Alta gama de colors,acabat superficial de qualitat i diversitat de materials Fràgil, no adequat per a peçes mecàniques i de major cost que SLS o DLP Polimerització VAT SLA i DLP Resines fotopolimèriques ±0,5% Acabat superficial llis, ammb precisió als detalls Fràgil, no adequat per a peçes mecàniques Fusió en llit de pols (polímers) SLS Pols termoplàstic (nailon6, 11 i 12) ±0,3% Peçes funcionals amb bones propietats mecàniques i amb capacitat de geometríes complexes Temps d'entrega més elevats amb major cost que la FFF per a aplicacions funsionals Taula 1. Taula resum de les tecnologies d'impressió aplicables al PLA Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 53 3.3.2 Principals impressores 3D al mercat: Finalment, la revisió del mercat actual i de les diferents màquines existents planteja un punt de partida en quant a costos i habilitats requerides degut a que existeixen una gran diversitat de rangs de preus i capacitats que fan que influenciïn les posteriors etapes de treball i prototipatge. Com es podrà veure a les taules, el principal factor a tenir en compte són les dimensions màximes de les impressions ja que és un dels factors limitants en quant a imprimir objectes de gran volum com són les fèrules ortopèdiques. En certs casos, segons l’edat del pacient es podrà utilitzar una impressora de dimensions menors i per tant de menor cost econòmic, es per això que la recerca contemplarà maquines amb diversos rangs de preu, dimensions i tecnologies d’impressió. Abans de començar amb la recerca de les impressores, cal tenir definit el rang de dimensions màximes i mínimes d’impressió sobre el qual es treballarà, és per això que una recerca de les mesures de l’avantbraç en nens i nenes es requereix. Segons un estudi portat a terme per l’Escola de Medicina i Universitat Nacional Yang-Ming que analitzava la relació entre l’altura i la longitud de l’avantbraç sobre una mostra de 512 nens i nenes d’entre 1 i 17 anys mostra que les dades de la longitud ulnar (de l’avantbraç) van des de 9 centímetres en els infants més petits fins a uns 31cm en el cas dels majors. Il·lustració 29. Distància ulnar en nens de 1 a 17 anys. Font Escola de medicina Yang-Ming Un altre estudi similar portat a terme per L’escola de Medicina Keck i la Universitat del Sud de Califòrnia de Los Angeles el qual estudiava la mateixa relació entre l’altura la distància ulnar, planteja com a dades que les distàncies d’una mostra de 1177 nens i nenes entre 1 i 23 anys van des de uns 50mm fins a 300mm en els adults majors. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 54 Amb aquestes dades, es pot veure que la impressora per a portar a terme el projecte requeriria d’unes dimensions d’impressió màximes d’aproximadament uns 31cm tot i que aquest és només un nombre orientatiu per a conèixer les limitacions de fabricació del projecte. Il·lustració 30. Distància ulnar en individus de 1 a 23 anys. Font Universitat del sud de Califòrnia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 55 Model Tipus Facilitat d'ús Cualitat d'impresió Preu Dimensiosns de les impressions Software Original Prusa i3 MK3S FDM No necessita configuració prèvia Poseeix una gran precisió dimensional amb numeroses rutines de calibració i mitigació automàtics 1.000 € 250x210x210 Intuitiu i senzill d'utilitzar Creality Ender 3 Pro FDM Es presenta desmunatda pero de fàcil munjatge i calibració Extrusor, llit d'impressió i eixos d'impresió reforçats fent que les impresións siguin d'elevada qualitat 230 € 220x220x250 Fàcil d'utilitzar i respaldat per una àmplia comunitat Formlabs Form 3 SLA D'elevada facilitat, fa de la impresió una feina trivial Cualitat d'impressió increible gracies a la tecnología de estereolitografia 5.000 € 145x145x185 Optimitzat en tots els sentits simplificant així el procés BCN 3D Sigmax FDM Senzilla d'utilitzar tot i la dualitat del capçals d'impressió Impresora de dos capçals que permet imprimir a una elevada qualitat d'impressió 4.500 € 420x297x210 Software propi i gratuit amb una interfaç intuituiva Creality Ender 5 FDM No requereix pràcticament de muntage previ facilitzant la seva utilització De gran popularitat gràcies a la seva construcció simple pero resistent amb un llit d'impresió de grans dimensions 650 € 440x410x465 Impresora que requreix de software específic per ser explotada totalment Taula 2. Principals impressores 3D seleccionades del mercat Com es pot veure, de la taula comparativa entre les diferents impressores en podem extreure que la més apte per a l’aplicació requerida podria ser la Creality Ender 5, una impressora de grans dimensions d’impressió que utilitza la tecnologia de FDM de manera econòmica i senzilla ja que no calen de coneixements de programació previs per a la instal·lació d’aquesta. Per altre banda una opció alternativa de menor dimensions però d’igual qualitat de impressió seria la seva germana petita, la Creality Ender 3 Pro. Per últim també es pot fer ús de impressores com la Formlabs Form 3, una impressora de SLA amb acabats superficials molt superiors per a un cost molt major a causa de les resines especialitzades. En el cas d’escollir una impressora més econòmica i comuna al mercat com la Creality ender 3 Pro apareix el problema de que les dimensions de la impressora no permeten la fabricació de components tant grans com la fèrula ja que aquesta ronda els 300mm, distància molt superior als 250mm màxims de la màquina. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 56 3.3.3 Conclusions: Finalment un cop vist a la comparativa podem determinar dos opcions diferenciades, cada una amb els seus punts negatius i positius: - Ús d’una impressora de grans volums com la Creality Ender 5, una impressora de FDM amb la que imprimir en PLA de manera senzilla i a un cost assequible en comparació a les diferents alternatives d’impressores de grans dimensions. Aquesta impressora permet la creació de volums molt més grans i per tant es podrien treballar en diferents rangs d’edats sense la preocupació per volum de treball, permetent l’adaptabilitat entre nens més petits i més grans. Aquesta serà la opció utilitzada posteriorment durant la ideació i modelatge dels components. - La segona opció, relativament més complicada però amb un cost menor consisteix en utilitzar la impressora Creality Ender 3 ja que presenta unes aptituds prou bones tot i que dimensionament es presenta lleugerament més petita del desitjat. Per suplir aquesta mancança en dimensions la millor opció consisteix en dividir la fèrula en dos meitats (en cas de superar els 250mm de longitud) durant el procés de disseny CAD per a així imprimir les parts separades i després enganxar-les. El procés d’enganxat és molt bàsic ja que únicament es necessita Cianoacrilat, el Loctite d’ús comercial. Diverses provetes de dimensions 300mmx250mmx100mm s’han fabricat en PLA per comprovar la rigidesa de les unions amb aquesta cola, concloent en que la unió aconsegueix resistir una força molt superior a la que es podria trobar durant un ús habitual de la fèrula. La prova efectuada es basa en la resistència a la flexió de la unió ja que per un costat s’apliquen aproximadament 70Kg de pressió mentre que l’altre extrem es troba subjectat de manera rígida a un cargol de banc. Cap de les provetes ha estat debilitades. Il·lustració 31. Provetes abans de ser enganxades i després de ser testejades. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 57 3.4 Utilització de l’escàner La primera part de l’aplicació pràctica del treball consisteix en l’escaneig d’un braç físic fent ús de la càmera Kinect mencionada anteriorment. La càmera Kinect vaig poder utilitzar-la demanant-la prestada al Fablab Terrassa i per tant amb cost zero ja que en cas d’haver d’adquirir un aparell així el seu cost suposaria entre uns 50 i 100 euros. El programa amb el qual s’ha utilitzat l’escàner és Skanect, un programa d’ús lliure que destaca per la seva simplicitat d’ús i que permet ser utilitzat de manera molt intuïtiva. Per començar s’inicialitza el programa, es connecta la càmera Kinect a l’ordenador mitjançant un USB i automàticament el dos dispositius estableixen connexió sense necessitat de configurarlos. Un cop connectats , s’obre una finestra amb diverses configuracions com el volum de la zona d’escaneig, la ruta on guardar els arxius o l’escena entre altres paràmetres. Il·lustració 32. Menús de treball de Skanect. Font Pròpia Posteriorment, una finestra nova apareix amb diferents menús els quals funcionen per a calibrar la càmera ja que aquesta ha de moure’s a una distància específica i constant de l’objecte per a poder produir un escaneig òptim sense cares ocultes o amb malles poc definides. De la mateixa forma que durant la inicialització, tot el procés de modelat és molt simple ja que s’utilitza un codi de colors on el verd indica que la distància a l’objecte es l’adequada per a produir un objecte completament definit. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 64 A continuació, un cop la superfície ha estat netejada, es procedeix a retallar els elements que no són necessaris. En el cas treballat, la fractura en qüestió és del radi distal i per tant l’escaiola ha de cobrir el tros de l’avantbraç que transcorre entre el colze i els ossos metacarpians de la mà, fent que es dits i les zones superiors al colze no sigui d’interès. Per tant, les dos extremitats sobrants poden ser poden tallades i eliminades. Il·lustració 39. Escaneig inicial del braç del pacient i l'entorn. Font Pròpia Il·lustració 40. Primera neteja de les superfícies. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 65 A aquestes dues meitats extretes se’ls aplica un espessor de manera que es tingui un volum i una superfície on poder adherir el mecanisme de clipatge en el costat lateral a les dues meitats de la fèrula. L’espessor s’aplica de manera visual degut a que el programa de modelat utilitzat treballa per dimensions segons dibuix i per tant, les mesures s’apliquen segons les proporcions del conjunt desitjades. En cas de no ser correctes els espessors aplicats, sempre es pot retocar la malla al final per a ajustar-la a les dimensions requerides tot i que el factor més important a tenir en compte a la hora de treballar és mantenir l’escala entre totes les parts. Tot i tenir una superfície completa, també apareixen errors de escaneig en zones exteriors de la malla que fan que la superfície no es vegi llisa i uniforme. Aquests errors normalment són provocats per punts superposats a altres o per un excés de punts en certes zones a causa de la operació de espessor que provoca irregularitats superficials. Per a eliminar aquests punts la solució trobada és simple, simplement mitjançant la operació Target weld es poden unir diversos punts en un únic, fent que tant l’excés de punts com les superfícies superposades s’eliminin. Il·lustració 41. Aplicació d'espessors a les superfície anteriors. Font Pròpia Il·lustració 42. Punts amb irregularitat a la superfície. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 66 Modelat del clip: Un cop s’ha escollit el mecanisme de clipatge per a l’aplicació, es procedeix a polir el disseny inicial i plasmar-lo en un objecte virtual de CAD. El clipatge escollit per a aplicar a la fèrula, és el mecanisme de Click seleccionat anteriorment. Inicialment el modelatge comença amb la creació d’un prisma sobre el qual mitjançant eines de buidatge i modelat dels punts i cares de la malla s’aconsegueixen les primeres geometries sobre les que treballar. Els clips es produeixen separant les parts en dos objectes diferents (mascle i femella) ja que si es treballessin les dos a sobre el mateix objecte es dificultaria la fase posterior de unió amb la superfície de la fèrula. Els clips es modelen únicament un cop ja que els sis clips que es col·locaran són idèntics en quant a estructura geomètrica. Un cop el “mascle” i “femella” del clip estan modelats segons les geometries dissenyades, es fan diverses proves creant provetes per veure el seu funcionament. Tot i que aquetes proves no tenen afectació a sobre el disseny de la peça, serveixen per a demostrar el funcionament correcte del clip i les toleràncies necessàries a aplicar ja que poden ser impreses i provades manualment. Il·lustració 44. Model virtual de la proveta dels clips. Font Pròpia Il·lustració 43. Clip mascle i femella virtuals. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 67 Unió de les parts: Un cop neta, la superfície es divideix en les dos meitats que conformaran el model final, dividint la superfície principal en dos meitats fent possible la col·locació de la fèrula en el braç del pacient. Inicialment s’assemblen les meitats femella del clip a qualsevol de les dues meitats però sempre mantenint els clips paral·lels entre ells (no cal mantenir els clips femella a la mateixa altura entre ells ja que l’altre meitat de la fèrula s’adaptarà a l’altura de l’altre meitat). Per a poder acoblar els clips a la fèrula, inicialment es crea un prisma amb unes dimensions lleugerament majors que el mascle o femella a inserir i mitjançant la operació booleana de sostracció es fa un forat a la fèrula. Aquest forat es fa per trencar la malla i tenir arestes i punts nous sobre els quals treballar posteriorment, amb els que poder allisar les superfícies resultants per la unió. En el forat resultant de la operació anterior, s’hi col·loca l’extrem desitjat del mascle o femella a unir per a posteriorment poder ajuntar els punts i arestes de les dos parts per a crear un únic sòlid. El procés de unió de les parts és un dels moment durant el procés de modelatge de major dificultat i on aconseguir exactament el mateix resultat en tots els clips és impossible. La major dificultat prové de la necessitat de crear noves superfícies que uneixin la superfície de la fèrula amb el clip ja que diversos mètodes han de ser aplicats de manera alternada. Principalment s’utilitzen tres operacions anomenades Bridge, Target weld i Create: Bridge permet crear cares entre dos arestes oposades, Target weld, uneix dos punts en un únic i finalment Create permet crear cares a partir de punts existents. Il·lustració 45. Preparat previ de les parts. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 68 Una altre opció possible però no sempre viable és la de directament afegir una de les dos parts a l’altre fent que la malla es modifiqui automàticament i per tant menys treball manual sigui requerit. El problema de portar a terme aquest mètode és que en cossos com la femella que estan buits per dintre interfereixen amb la superfície de la escaiola que sobresurt per fora i per tant crea cossos no desitjats que requeririen de major treball posterior de modelat manual. Finalment certes cares apareixen amb ombres incoherents a causa d’errors a la hora de unir les parts, es per això que aquestes cares s’eliminen i es creen de noves utilitzant la operació Create al menú de edició de geometries, que permet crear cares noves unint punts existents. Creació dels forats: Els forats de la fèrula tenen una funció apart de la funció estètica, ja que permeten la ventilació de la pell del pacient evitant així possible problemes de olors, infeccions o de falta de neteja. En certs casos els forats també permeten que durant la recuperació del pacient elèctrodes poden ser col·locats sobre la pell per a evitar l’atrofiament dels músculs que envolten la fractura. Il·lustració 47. Detall cares errònies. Font Pròpia Il·lustració 46. Resultat de la unió. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 69 Aquests elèctrodes per a recuperació muscular es solen comercialitzar en forma quadrada o circular, amb unes dimensions de 20 a 50mm de diàmetre, factor que determina els forats a aplicar a la fèrula. En aquest cas els forats seran de uns 20mm (radi exterior dels hexàgons), una mesura mitjana entre els elèctrode més petits i els més grans ja que d’aquesta manera una menor quantitat de material és eliminat i per tant es manté na major rigidesa estructural. Un cop les superfícies de les dos meitats estan completament treballades, s’aplica la operació Cap Holes, ja que en cas d’haver hagut algun error durant el modelatge i alguns punts de la malla hagin quedat oberts, aquesta operació tancarà qualsevol possible forat. Addicionalment, el procediment de tancar la malla també te la funció de habilitar que al portar a terme les operacions booleanes de sostracció, els forats apareguin amb parets laterals, simplificant així passes a portar a terme. El procediment és simple i similar a la inserció els clips a la fèrula, únicament que en aquest cas no és necessari modificar la malla manualment ja que al sostreure la geometria de treball (en aquest cas diversos prismes hexagonals), els forats es creen per si sols. Únicament s’ha de tenir en compte la disposició i geometries a sostreure, diferenciant-les segons l’aplicació que es vulgui que portin a terme. Entre els tipus de forats aplicats, cal destacar els dos tipus diferents de forats aplicats, diferenciant-los segons les seves dimensions i es seus usos específics: - El primer tipus és el de major diàmetre (20mm de radi), especialment pensat per a permetre l’aplicació d’elèctrodes en cas de que la recuperació els requereixi. - El segon tipus de forat aplicat és el de menor dimensions (10mm de radi), dissenyat especialment per a la ventilació de la pell, és per això que es pot trobar en major quantitat i de maner intercalada entre els del primer tipus. Il·lustració 48. Fèrula amb hexàgons prismàtics. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 70 Per últim la creació dels forats permet la reducció del pes del conjunt, baixant el pes de 789.48 grams a 630.23 grams, una reducció aproximada del 20% del pes inicial. Dades del conjunt: Densitat material: 1020Kg/m3 Part 1 sense forats: 348323.12 mm3 // 355.29gr Part 2 sense forats: 425676.44 mm3 // 434.19gr Part 1 amb forats: 248723.96 mm3 // 253.70gr Part 2 amb forats: 369148.52 mm3 // 376.53gr 3.5.3 Resultats finals: Il·lustració 49. Imatge 1 Resultats finals. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 71 Il·lustració 50. Imatge 2 Resultats finals. Font Pròpia Il·lustració 51. Imatge 3 Resultats finals. Font Pròpia Il·lustració 52. Imatge 4 Resultats finals. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 72 3.5.4 Opció alternativa: Una altre versió treballada és la versió amb el mecanisme de clipatge mitjançant cargols i rosques. Aquesta versió també ha estat treballada i modelada ja que les seves avantatges de major seguretat i rigidesa del clip són un valor molt atractiu tot i les desavantatges inherents del mecanisme. El procediment per el qual es crea el model CAD és similar a la versió de click ja que com a anteriorment el procediment es basa en inserir un objecte a dintre un altre, mantenint les mateixes instruccions a la hora de col·locar ambdues parts del clip. La principal diferència que es pot trobar, és que les dos parts del clip en aquest cas han estat creades mitjançant Solidworks, ja que a la hora de utilitzar 3Ds Max, les superfícies circulars són més complexes de treballar que les formes prismàtiques com en el cas del click. Els models han de ser guardats en format igs. o step. per a posteriorment poder ser mallats correctament durant el procés de importació a l’arxiu de la fèrula amb 3DS Max. Un cop importades les parts, és procediment és igual a la solució principal, es crea un forat a la malla en el que mitjançant les mateixes operacions de Target weld, Bridge i Create s’aconsegueixen unir ambdues parts en un únic sòlid. El resultat final és una fèrula conformada per dos parts amb un clip intermedi en el qual s’hi puguin col·locar els cargols i rosques determinades anteriorment per a completar el conjunt. Il·lustració 53. Clips per Cargol i rosca separats de la fèrula. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 73 Il·lustració 54. Versió alternativa Imatge 1. Font Pròpia Il·lustració 55. Versió alternativa Imatge 2. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 80 Il·lustració 64. Resultat de les deformacions a la part superior. Font Pròpia Il·lustració 65. Resultat de les tensions a la part superior. Font Pròpia Il·lustració 66. Resultat de les deformacions a la part inferior. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 81 Il·lustració 67. Resultat de les tensions a la part inferior. Font Pròpia 3.6.2 Estudi topològic: Per últim, es porta a terme un estudi topològic que permetrà crear un model optimitzat mitjançant iteracions en els càlculs físics de la geometria. És important tenir en compte que aquests càlculs únicament seran aproximacions a geometries ideals i que únicament tenen la finalitat de orientar en les passes a portar a terme en disseny posteriors. Els estudis d’optimització topològica es basen en la optimització dels models virtuals fent ús de mètodes matemàtics per a optimitzar la disposició de material en un espai de disseny determinat segons unes carregues, restriccions i condicions de limitació de l’objecte a maximitzar el rendiment de la part. Al igual que amb els anàlisis estàtics anteriors, el material utilitzat durant l’estudi topològic és l’ABS, de major flexibilitat però de menor resistència que el PLA proposat per a la fabricació final. Il·lustració 68. Procés d'optimització topològica del quadre d’una bicicleta. Font generativedesignpro Wordpress Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 82 El procés de treball comença amb la selecció del model sobre el qual portar a terme els càlculs, escollint el model inicial de l’escaneig de la fèrula (arxiu inicial de la superfície sense volum escanejada i netejada) ja que aquest arxiu facilitarà el posterior treball. Es fa ús d’aquest arxiu ja que al ser la superfície inicial, el programa de simulació i treball (Solidworks) interpreta de millor manera les geometries i per tant es faciliten els càlculs a efectuar. Al igual que en cas anterior de l’anàlisi estàtic de la fèrula, aquest model també requereix de la reinterpretació de la malla mitjançant Catia, creant així una malla simplificada i de major facilitat d’ús a Solidworks. Un cop la malla ha pogut ser reinterpretada per Catia, es pot exportar a Solidworks on únicament portant a terme operacions de neteja de les cares finals i una aplicació d’espessor a tot el conjunt, s’aconsegueix habilitar la simulació topològica. Els esforços aplicats segueixen el mateix model que en l’estudi de tensions anterior, utilitzant el mateix valor, sentit i direcció, únicament diferenciant les posicions de les fixacions, ja que en aquest cas es localitzen a les cares paral·leles entre les meitats, on es troba el contacte entre les parts. També s’han de determinar els aspectes sobre els quals la optimització ha de treballar, escollint d’entre les diverses opcions possibles, la millora de la rigidesa en relació al quocient de pes, establint el valor de restricció de la massa en un 30%. Aquest valor de restricció de massa permet determinar la massa final estimada que presentarà l’objecte i per tant habilitant al programa l’eliminació de material de zones on no es requereixi. Cal destacar que l’espessor aplicat és una desena part del gruix total, aplicant únicament 1mm d’espessor en lloc de 10mm del model real ja que el programa no aconsegueix interpretar espessors majors al utilitzat. Al aplicar espessor majors, el software interpreta que determinades cares es toquen i creen cossos de volum zero, fent impossible la producció d’un model completament igual al proposat. Una solució possible seria treballar directament amb el model amb volum de 3DSMax però al tenir superfícies i volums complexos, Solidworks no es capaç d’interpretar els punts i les arestes. És per aquest motiu que aquesta solució trobada no és del tot fidel a la realitat ja que els volums difereixen del model real però tot i així, el resultat serveix com a una bona aproximació cap a possibles millores geomètriques aplicables en treballs posteriors. Il·lustració 69. Vista 1 de l'estudi topològic. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 83 Il·lustració 70. Vista 2 de l'estudi topològic. Font Pròpia Il·lustració 71. Vista 3 de l'estudi topològic. Font Pròpia Il·lustració 72. Vista 4 de l'estudi topològic. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 84 3.6.3 Conclusions: Com es pot veure a les imatges de l’anàlisi estàtic, tots eles elements presenten un espessor suficient per a suportar les càrregues requerides, tant els clips com la superfície de la fèrula, ja que en cap punt les tensions superen el límit elàstic del material. També es pot veure que tot i sofrir deformacions, aquestes són acceptables i assumibles ja que no impediran el correcte funcionament de la fèrula. Finalment afegir que tot i l’ús d’ABS durant els assajos (un material de menor resistència) en lloc de PLA com s’havia plantejat inicialment, les geometries definides són capaces de suportar els esforços aplicats, per tant, en els models reals en PLA les deformacions serien encara menors a les establertes en els estudis. En relació a l’anàlisi topològic, aquest determina una nova geometria, on la superfície es veu coberta per forats a causa de la reducció del pes establerta anteriorment. Els resultats extrets, serveixen per al plantejament de futures millores i modificacions geomètriques que habilitin el desenvolupament de la funció de subjecció d’una manera més optimitzada, obrint vies de treball per a possibles futures iteracions. Aquestes futures iteracions es basarien en la neteja i arrodoniment de les geometries iterades de manera computacional per a aconseguir crear models amb un pes encara menor i sempre mantenint uns mínims de rigidesa estructural. S’ha de destacar que tot i la optimització del volum factors com l’aplicació dels elèctrodes no es tenen en compte i per tant una següent neteja manual del resultat seria necessària en cas de desitjar tenir en compte aquest element funcional. Aquestes millores esmentades podrien ser aplicades de la mateixa manera en els clips, optimitzant les toleràncies i dimensions entre les peces per a aconseguir el major nivell de subjecció entre parts. Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 85 3.7 Renders dels resultats Il·lustració 73. Render 1. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 86 Il·lustració 74. Render 2. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 87 Il·lustració 75. Render 3. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 88 Il·lustració 76. Render 4. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 89 Il·lustració 77. Render 5. Font Pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 96 Operacions: - Durant la fabricació un expert en impressió 3D s’encarrega de programar i preparar la màquina 3d per a la impressió, acció que conjuntament amb la posterior impressió i post processat de les peces requereix d’unes 16 hores en total. Els temps han estat calculat mitjançant programes que permeten la simulació de la impressió amb dades de fabricació específiques. Il·lustració 81. Temps de fabricació de la part1. Font Pròpia Il·lustració 82. Part inerior amb la representació dels suports de construcció en blau Font pròpia Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 97 5.2 Taules de pressupost MATERIAL QUANTITAT (unitats o grams) COST (€/u) FASE DEL TREBALL COST TOTAL (€) Càmera Kinect 1 Préstec Fablab 0 Skanect 3D 1 SoftwareOpen Source 0 Ordenador portàtil HP 1 0 Usat a totes les fases 0 Solidworks student 2019 1 Llicència student 0 Catia 2018 1 Llicència student 0 3DS Max 2018 1 Llicència Student 0 Impresora Creality Ender 5 1650 € 650 Material de PLA 1 000 27 € 27 € 677 € TAULA DE COST DE MATERIALS Recopilació d'imatges Disseny i simulacións d'elements finits Fabricació Final TOTAL Taula 3. Taula de costos de materials Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 98 OPERACIÓ ETAPA DEL PROJECTE Temps (h) OPERARI COST (€/h) COST TOTAL (€) Presa d'imatges amb l'escàner Kinect Recopilació d'imatges 3D 0,5 8,5 Processat de les imatges Disseny CAD 1,5 25,5 Neteja de les malla Disseny CAD 30 510 Simulacions estàtiques 684 Estudi topològic 456 Preparació de la impresió 3D 0,5 7 Impressió 3D 14 196 Postprocessat dels resultats 1,5 21 908 € TOTAL Enginyer analista d'elements finits Enginyer projectista 14 17 14 Tècnic en impresió 3D Fabricació final Simulacions CAD Taula 4. Taula de costos de operació 5.3 Costos totals Com es pot apreciar a la taula de costos finals, el cost final és molt elevat ja que únicament es contempla la producció de única unitat i contemplant els temps invertits personalment ja que en cas de produir-se en majors quantitats els temps s’optimitzarien i per tant els costos serien reduïts a més de la meitat. FASE COST TOTAL (€) Cost de materials 677 Cost operacions 908 TOTAL 1.585 € COSTOS TOTALS Taula 5. Taula de costos totals Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 99 6. Plànols Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 100 Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 101 Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 102 7. Web grafia i Bibliografia ¿Por qué se utiliza el titanio en las prótesis? - Noticias Opinión - El Periódico Mediterráneo. (n.d.). Retrieved March 19, 2020, from https://www.elperiodicomediterraneo.com/noticias/opinion/por-utiliza-titanio- protesis_610370.html 10 tipos de impresoras 3D: guía de tecnologías de impresión 3D | All3DP. (2019, December 2). https://all3dp.com/es/1/tipos-de-impresoras-3d-tecnologia-de-impresion-3d/ 2020 3D Printer Filament Buyer’s Guide | All3DP. (n.d.). Retrieved March 18, 2020, from https://all3dp.com/1/3d-printer-filament-types-3d-printing-3d-filament/ 2020 Best Large-Format 3D Printers (Spring Update) | All3DP. (n.d.). Retrieved April 22, 2020, from https://all3dp.com/1/best-large-3d-printer-large-format-scale-3d-printers/ 3d printed splint and cast. (2017). 3D Printing in Gold, Silver and Platinum. 3d-printed precious metals. | 3d-alchemy.co.uk | 3D Printing Service. (n.d.). Retrieved March 19, 2020, from https://www.3d-alchemy.co.uk/3d- printing-in-gold.html 3D Printing Precious Metals - a New Approach? - AMFG. (n.d.). Retrieved March 19, 2020, from https://amfg.ai/2018/08/16/3d-printing-precious-metals-a-new-approach/ ActivArmor | Custom 3D-Printed Casts and Splints. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://activarmor.com/ Adiós al yeso: férulas impresas en 3D livianas y cómodas que pueden abrirse y cerrarse sin romperse - Trimaker. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://trimaker.com/adiosal-yeso-ferulas-impresas-en-3d/ Allen-Meares, P., MacDonald, M., & McGee, K. (2016). Autism spectrum disorder updates - Relevant information for early interventionists to consider. In Frontiers in Public Health (Vol. 4, Issue OCT). Frontiers Media S. A. https://doi.org/10.3389/FPUBH.2016.00236 Ángeles Méndez. (2011, January 10). Obtención y usos de la cal y el yeso | La Guía de Química. https://quimica.laguia2000.com/compuestos-quimicos/obtencion-y-usos-de-la-cal-y-el- yeso ASA Filament: The Basics & Best Brands | All3DP. (n.d.). Retrieved March 19, 2020, from https://all3dp.com/2/asa-filament-explained-and-compared/ Buyken, A. E., Hahn, S., & Kroke, A. (2005). Differences between recumbent length and stature measurement in groups of 2- and 3-y-old children and its relevance for the use of European body mass index references. International Journal of Obesity, 29(1), 24–28. https://doi.org/10.1038/sj.ijo.0802738 Camerlengo, A., Gatward, A., Ross, P., Khemani, R., & Newth, C. (2012). 454: DETERMINATION OF OPTIMAL ENDOTRACHEAL TUBE POSITION USING ULNAR LENGTH. Critical Care Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 103 Medicine, 40, 1–328. https://doi.org/10.1097/01.ccm.0000424672.88314.31 Chen, W. Y., Lin, Y. T., Chen, Y., Chen, K. C., Kuo, B. I. T., Tsao, P. C., Lee, Y. S., Soong, W. J., & Jeng, M. J. (2018). Reference equations for predicting standing height of children by using arm span or forearm length as an index. Journal of the Chinese Medical Association, 81(7), 649–656. https://doi.org/10.1016/j.jcma.2017.08.023 CN104943181B - Exterior fixation bracket based on 3D printing technique - Google Patents. (n.d.). Retrieved March 24, 2020, from https://patents.google.com/patent/CN104943181B/en?oq=3d+printed+plaster+splint CN203074955U - Fracture fixing composite splint - Google Patents. (n.d.). Retrieved March 25, 2020, from https://patents.google.com/patent/CN203074955U/en?oq=plaster+splint Cómo cuidar a un niño con el brazo enyesado | Nurofen Pediátrico. (2017). https://www.nurofen.es/articulos/como-cuidar-a-un-nino-con-el-brazo-enyesado/ Dimension Orthotics – Dimension Orthotics. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from http://www.dimensionorthotics.com/ Dr. Miguel Ortega de Santiago. (n.d.). Fracturas más frecuentes dependiendo de la edad y las causas. Retrieved March 17, 2020, from https://saberdesalud.com/fracturas-frecuentes/ Dra. Miranda. (2016, September 29). Fractura infantil. Los niños no son de goma. | Eugenia Miranda - Traumatologo infantil Tarragona. https://mirandatrauma.com/fractura-infantil- no-son-de-goma/ Dra. Pilar Rovira Martí. (n.d.). Traumatologia y ortopedia pediátrica - Dra Pilar Rovira - Página web de traumatologiayortopediapediatrica. Retrieved March 17, 2020, from https://www.traumatologiayortopediapediatrica.com/ Dra. VIllanueva. (n.d.). Fractura de la Cabeza del Radio | Doctor Villanueva. Retrieved March 17, 2020, from https://doctorvillanueva.com/fractura-de-la-cabeza-del-radio/ Edith Sánchez. (2018, December 31). Las 7 fracturas más frecuentes en las personas — Mejor con Salud. https://mejorconsalud.com/7-fracturas-mas-frecuentes/ El marco regulatorio y legal de la impresión 3d en la práctica médica. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://impresiontresde.com/marco-legal-impresion-3d-medicina/ EnvisionTEC’s 3D printing materials for customized medical devices - 3Dfabprint. (n.d.). Retrieved March 19, 2020, from https://3dfabprint.com/envisiontecs-3d-printing-materials-for- customized-medical-devices/ Escáner 3D - Wikipedia, la enciclopedia libre. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://es.wikipedia.org/wiki/Escáner_3D Evaluation of the Applicability of 3d Models as Perceived by the Students of Health Sciences | Semantic Scholar. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://www.semanticscholar.org/paper/Evaluation-of-the-Applicability-of-3d-Models-as- by-Lozano-Haro/c69a64ee6dc379c5c4084244ac5ad79d65ebfc80 Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 104 Exterior fixation bracket based on 3D printing technique. (2015). FIIXIT | Férulas Impresas en 3D | #AdiósEscayolas -. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://fiixit.es/ Forman, M. R., Zhu, Y., Hernandez, L. M., Himes, J. H., Dong, Y., Danish, R. K., James, K. E., Caulfield, L. E., Kerver, J. M., Arab, L., Voss, P., Hale, D. E., Kanafani, N., & Hirschfeld, S. (2014). Arm Span and Ulnar Length Are Reliable and Accurate Estimates of Recumbent Length and Height in a Multiethnic Population of Infants and Children under 6 Years of Age. The Journal of Nutrition, 144(9), 1480–1487. https://doi.org/10.3945/jn.114.194340 Fractura de canya verda - Viquipèdia, l’enciclopèdia lliure. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://ca.wikipedia.org/wiki/Fractura_de_canya_verda Fractura Qué es? Tipos, Tratamientos, Síntomas e Información. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://cuidateplus.marca.com/ejercicio-fisico/diccionario/fractura.html Fracturas y Osteoporosis - Clínica Las Condes. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://www.clinicalascondes.cl/CENTROS-Y- ESPECIALIDADES/Especialidades/Departamento-de-Medicina-Interna/Unidad-de- Geriatria/Fracturas Fracture fixing composite splint. (2013). Fressoli, M., & Smith, A. (2016). Impresiones 3D y fabricación digital: una nueva revolución tecnológica? Frontiers | Predicting Body Height in a Pediatric Intensive Care Unit Using Ulnar Length | Pediatrics. (n.d.). Retrieved April 22, 2020, from https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fped.2018.00187/full Frost & Sullivan pronostica el ascenso meteórico del mercado de materiales de impresión 3D para la industria de la salud - Impresión 3D - Fabricación aditiva. (n.d.). Retrieved March 19, 2020, from https://www.interempresas.net/Fabricacion-aditiva/Articulos/251388-Frost- Sullivan-pronostica-mercado-mundial-materiales-impresion-3D-industria-salud.html Frost & Sullivan pronostica el ascenso meteórico del mercado de materiales de impresión 3D para la industria de la salud - Impresión 3D - Fabricación aditiva. (2019, July 8). https://www.interempresas.net/Fabricacion-aditiva/Articulos/251388-Frost-Sullivan- pronostica-mercado-mundial-materiales-impresion-3D-industria-salud.html Galasko, C. S. B., Williamson, J. B., & Delaney, C. M. (1995). Lung function in Duchenne muscular dystrophy. European Spine Journal, 4(5), 263–267. https://doi.org/10.1007/BF00301031 Gatward, A., Camerlengo, A., Ross, P., Khemani, R., & Newth, C. (2012). 271: DETERMINATION OF OPTIMAL ESOPHAGEAL PROBE POSITION USING ULNAR LENGTH. Critical Care Medicine, 40, 1–328. https://doi.org/10.1097/01.ccm.0000424489.56166.3a Gauld, L. M., Kappers, J., Carlin, J. B., & Robertson, C. F. (2003). Prediction of childhood pulmonary function using ulna length. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 168(7), 804–809. https://doi.org/10.1164/rccm.200303-451OC Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 105 Gauld, L. M., Kappers, J., Carlin, J. B., & Robertson, C. F. (2007). Height prediction from ulna length. Developmental Medicine & Child Neurology, 46(7), 475–480. https://doi.org/10.1111/j.1469-8749.2004.tb00508.x Godwin, B., Liacouras, C., Mehta, V., Eisenberg, J., Agawu, A., Brown-Whitehorn, T., Ruffner, M. A., Verma, R., Cianferoni, A., Spergel, J. M., & Muir, A. B. (2018). A review of Tertiary Referrals for management of pediatric esophageal eosinophilia. Frontiers in Pediatrics, 6. https://doi.org/10.3389/fped.2018.00173 Henschen, T. (2012). Dreyfus and Haugeland on Heidegger and Authenticity. Human Studies, 35(1), 95–113. https://doi.org/10.1007/s10746-012-9212-6 How to Choose the Best 3D Scanner to Use With Your 3D Printer | Formlabs. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://formlabs.com/blog/how-to-choose-a-3d-scanner-for-3d- printing/ Impresoras 3D Resina vs Filamento - Comparativa 2020. (n.d.). Retrieved April 21, 2020, from https://impresora-3d.online/resina-vs-filamento/ Inmovilización sintética y férulas | 3M España. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://www.3m.com.es/3M/es_ES/Salud-WE/productos/inmovilizacion-sintetica-ferulas/ ISO 13485 gestión calidad de dispositivos médicos - DNV GL. (n.d.). Retrieved March 17, 2020, from https://www.dnvgl.es/services/iso-13485-gestion-de-la-calidad-para-la-industria-de- dispositivos-medicos--3282 J.López Olmedo. (n.d.). Fracturas infantiles más frecuentes. Esguinces y epifisiolisis. Retrieved March 17, 2020, from https://www.pediatriaintegral.es/publicacion-2019-06/fracturasinfantiles-mas-frecuentes-esguinces-y-epifisiolisis/ Josef Prusa. (2018, March 23). Photogrammetry - 3D scan with just your phone/camera - YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=ye-C-OOFsX8 Km, H., Ja, T., Burrell, M., Rao, S., & Misur, P. (2015). V e n o u s t h r o m b o t i c , t h r o m b o e m b o l i c , a n d m e c h a n i c a l c o m p l i c a t i o n s a f t e r r e t r i e v a b l e i n f e r i o r v e n a c a v a f i l t e r s f o r m a j o r t r a u m a . British Journal of Anaesthesia, 99(February), 6–9. https://doi.org/10.1093/bja L.Murthy, S. H. V. (2004). Fracturas Tratamiento y rehabilitación - Hoppenfeld Murthy. Las mejores impresoras 3D de 2020 | All3DP. (2020). https://all3dp.com/es/1/mejor-impresora- 3d-calidad-precio-comprar/ Llp, N. (2009). Application Data Continuation-in-part of application No. 12/615,196, filed on (Vol. 751). Lucía C. (2020, February 3). Escáneres 3D: los más baratos del mercado actual - 3Dnatives. https://www.3dnatives.com/es/top-10-escaneres-3d-low-cost-19102016/ Mänty, M., Ekmann, A., Thinggaard, M., Christensen, K., & Avlund, K. (2012). Fatigability in basic indoor mobility in nonagenarians. Journal of the American Geriatrics Society, 60(7), 1279– 1285. https://doi.org/10.1111/j.1532-5415.2012.04034.x 112 9.Índex de figures Il·lustració 1. Sectors amb major afectació per les tecnologies d'impressió 3D. Font 3DNatives . 7 Il·lustració 2. Fèrula de fibra de vidre. Google ............................................................................. 12 Il·lustració 3. Fèrula termoconfromable EXOS. Font Ortopèdia Plantia ...................................... 12 Il·lustració 4. Cantera de Guix. Font Wikipedia ............................................................................ 14 Il·lustració 5. Immobilització d'urgència. Font Xkelet .................................................................. 18 Il·lustració 6. Fèrules comercialitzades per Younext. Font Younext ............................................ 19 Il·lustració 7. Fèrula FIIXIT infantil. Font FIIXIT ............................................................................. 20 Il·lustració 8. Fèrules comercialitzades per Activarmor. Font Activarmor ................................... 21 Il·lustració 9. Normativa associada a la resina biocompatiblde de Formlabs. Font Formlabs ..... 26 Il·lustració 10, Filaments de PLA. Font 3DNatives ........................................................................ 28 Il·lustració 11. Diferents tipus de fractures segons la geometria de la fractura. Font Fisioonline ...................................................................................................................................................... 29 Il·lustració 12. Fractura de canya verda. Font Fairview ............................................................... 30 Il·lustració 13. Diferents seccions dels ossos. Font Pediatría Integral ......................................... 33 Il·lustració 14. Fractura d'avantbraç amb fixació intramedualr. Font Science Direct ................. 34 Il·lustració 15. Fractura en Rodet. Font Pediatría Integral ........................................................... 36 Il·lustració 16. Exemple de CMM. Font Google Imatges .............................................................. 40 Il·lustració 17. Escàner Làser 3D. Font Leica Geosystems ............................................................ 40 Il·lustració 18. Escàner Leica per temps de vol. Font Leica ......................................................... 41 Il·lustració 19. Escàner Làser Lonica Minolta. Font Hip Health .................................................... 42 Il·lustració 20. Funcionament escàner per triangulació. Font Wikipedia .................................... 42 Il·lustració 21. Escàner HP per llum estrucutrada. Font HP ......................................................... 43 Il·lustració 22. Escàner 3d Ciclop. Font Pinterest ......................................................................... 45 Il·lustració 23. Escàner Structure Sensor. Font 3D Systems ......................................................... 45 Il·lustració 24. Escàner i impressora Da Vinci 1.0 Pro 3 in 1 . Font Amazon ................................ 46 Il·lustració 25. Escàner HP per llum estructurada. Font HP ......................................................... 47 Il·lustració 26. Càmeres reflex convertides escàners 3D. Font 3Dprintr ..................................... 47 Il·lustració 27. Càmeres Kinect. Font Wikipedia ........................................................................... 48 Il·lustració 28. Logotip 3DSMAX. Font ComparaSoftware ........................................................... 50 Il·lustració 29. Distància ulnar en nens de 1 a 17 anys. ............................................................... 53 Il·lustració 30. Distància ulnar en individus de 1 a 23 anys. Font Universitat del sud de Califòrnia ...................................................................................................................................................... 54 Il·lustració 31. Provetes abans de ser enganxades i després de ser testejades. Font Pròpia ...... 56 Il·lustració 32. Menús de treball de Skanect. Font Pròpia ........................................................... 57 Il·lustració 33. Entorn de treball de Skanect. Font Pròpia............................................................ 58 Il·lustració 34. diferents propostes inicials de geometries. Font Pròpia ...................................... 59 Il·lustració 35. Clipatge per passador. Font Pròpia ...................................................................... 60 Il·lustració 36. Clipatges per cargol i rosca. Font Pròpia .............................................................. 61 Il·lustració 37. Clipatge per Click. Font Pròpia .............................................................................. 61 Il·lustració 38. Clipatge per cordes. Font Pròpia .......................................................................... 62 Il·lustració 39. Escaneig inicial del braç del pacient i l'entorn. Font Pròpia ................................. 64 Il·lustració 40. Primera neteja de les superfícies. Font Pròpia ..................................................... 64 Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 113 Il·lustració 41. Aplicació d'espessors a les superfície anteriors. Font Pròpia ............................... 65 Il·lustració 42. Punts amb irregularitat a la superfície. Font Pròpia ............................................. 65 Il·lustració 43. Clip mascle i femella virtuals. Font Pròpia ............................................................ 66 Il·lustració 44. Model virtual de la proveta dels clips. Font Pròpia .............................................. 66 Il·lustració 45. Preparat previ de les parts. Font Pròpia ............................................................... 67 Il·lustració 46. Resultat de la unió. Font Pròpia ........................................................................... 68 Il·lustració 47. Detall cares errònies. Font Pròpia ........................................................................ 68 Il·lustració 48. Fèrula amb hexàgons prismàtics. Font Pròpia...................................................... 69 Il·lustració 49. Imatge 1 Resultats finals. Font Pròpia .................................................................. 70 Il·lustració 50. Imatge 2 Resultats finals. Font Pròpia .................................................................. 71 Il·lustració 51. Imatge 3 Resultats finals. Font Pròpia .................................................................. 71 Il·lustració 52. Imatge 4 Resultats finals. Font Pròpia .................................................................. 71 Il·lustració 53. Clips per Cargol i rosca separats de la fèrula. Font Pròpia ................................... 72 Il·lustració 54. Versió alternativa Imatge 1. Font Pròpia .............................................................. 73 Il·lustració 55. Versió alternativa Imatge 2. Font Pròpia .............................................................. 73 Il·lustració 56. Versió alternativa Imatge 3. Font Pròpia .............................................................. 74 Il·lustració 57. Càrregues i fixacions aplicades al mascle. Font Pròpia ........................................ 75 Il·lustració 58. Resultats de les tensions aplicades al mascle. Font Pròpia .................................. 76 Il·lustració 59. Resultats de les deformacions aplicades al mascle. Font Pròpia ......................... 76 Il·lustració 60. Resultat de les tensions aplicades a la femella. Font Pròpia ................................ 77 Il·lustració 61. Resultat de les deformacions aplicades a la femella. Font Pròpia ....................... 77 Il·lustració 62. Neteja inicial de superfícies amb Catia. Font Pròpia ............................................ 78 Il·lustració 63. Reinterpretació de la malla mitjançant Catia. Font Pròpia .................................. 79 Il·lustració 64. Resultat de les deformacions a la part superior. Font Pròpia .............................. 80 Il·lustració 65. Resultat de les tensions a la part superior. Font Pròpia ....................................... 80 Il·lustració 66. Resultat de les deformacions a la part inferior. Font Pròpia................................ 80 Il·lustració 67. Resultat de les tensions a la part inferior. Font Pròpia ........................................ 81 Il·lustració 68. Procés d'optimització topològica del quadre d’una bicicleta. Font generativedesignpro Wordpress .................................................................................................. 81 Il·lustració 69. Vista 1 de l'estudi topològic. Font Pròpia ............................................................. 82 Il·lustració 70. Vista 2 de l'estudi topològic. Font Pròpia ............................................................. 83 Il·lustració 71. Vista 3 de l'estudi topològic. Font Pròpia ............................................................. 83 Il·lustració 72. Vista 4 de l'estudi topològic. Font Pròpia ............................................................. 83 Il·lustració 73. Render 1. Font Pròpia ........................................................................................... 85 Il·lustració 74. Render 2. Font Pròpia ........................................................................................... 86 Il·lustració 75. Render 3. Font Pròpia ........................................................................................... 87 Il·lustració 76. Render 4. Font Pròpia ........................................................................................... 88 Il·lustració 77. Render 5. Font Pròpia ........................................................................................... 89 Il·lustració 78. Render 6. Font Pròpia ........................................................................................... 90 Il·lustració 79. Render 7. Font Pròpia ........................................................................................... 91 Il·lustració 80. Render 8. Font Pròpia ........................................................................................... 92 Disseny d’una fèrula d’impressió 3D per a infants 114 Il·lustració 81. Temps de fabricació de la part1. Font Pròpia ....................................................... 96 Il·lustració 82. Part inerior amb la representació dels suports de construcció en blau .............. 96 10.Índex de taules Taula 1. Taula resum de les tecnologies d'impressió aplicables al PLA ....................................... 52 Taula 2. Principals impressores 3D seleccionades del mercat ..................................................... 55 Taula 3. Taula de costos de materials .......................................................................................... 97 Taula 4. Taula de costos de operació ........................................................................................... 98 Taula 5. Taula de costos totals ..................................................................................................... 98 11.Índex de gràfics Gràfic 1. Localitzacions habituals de fractures en nens ............................................................... 32