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Development of a methodology for the printing of prostheses using 3D technology

Desarrollo de una metodología para la impresión de prótesis mediante tecnología 3D

Daniel Humberto Albarracin S.1, Emilsen Yazmin Arias C.2, Gustavo AdolfoDuran M.3 1dalbarraci@unisangil.edu.co, 2earias@unisangil.edu.co, 3gustavoduran4@unisangil.edu.co

UNISANGIL Yopal Casanare, Colombia

Artículo de Investigación

Abstract

This research article presents information about the history and evolution concerning the development of human prosthesis extremities. The mechanisms used for research reveal information about designs and prototypes shared in different publishing platforms of designs for 3D printing. It begins by studying schemes projects based on open source software required for the development of 3D printing. Different materials that are of great importance when drafting are identified. To obtain a prosthetic finger first shows the procedure for taking essential steps for printing. After analysis and mean change to the original design of the software is performed to establish the final prototype. Finally, aspects of assembly, cost, reliability and safety that must be taken into account for the design of the prosthesis shown.

Keywords: 3D printing, 3D digital designs, 3D prosthetics, CAD software.

Resumen Este artículo de investigación presenta información sobre la historia y evolución referente al desarrollo de prótesis en extremidades humanas. Los mecanismos utilizados para la investigación revelan información acerca de diseños y prototipos compartidos en diferentes plataformas de publicación de diseños para impresión 3D. Se comienza por estudiar diseños de proyectos basados en software de código libre (Open Source) necesarios para el desarrollo de las impresiones en 3D. Se identifican diferentes materiales que son de gran importancia al momento de la elaboración. Para la obtención de la prótesis de un dedo índice se presenta primero el procedimiento de toma de medidas esenciales para la impresión, luego se realiza análisis y cambio de medidas al diseño original sobre el software para establecer el prototipo final, y por último se muestra aspectos de ensamble que se deberán tener en cuenta para el diseño de la prótesis.

Palabras clave: impresión 3d, diseño digital 3D, prótesis, software CAD,

© 2017. IAI All rights reserved

Actas de Ingeniería Volumen 3, pp. 81-89, 2017

http://fundacioniai.org/actas

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1. Introducción

La pérdida de una extremidad humana causa consecuencias en la persona, al encontrarse en una situación de discapacidad ya sea por falta de un gran miembro del cuerpo o una pequeña parte del mismo hace que se creen grandes problemas psicológicos en la persona. Algunas preocupaciones de tipo social, físicas y prácticas de las personas amputadas son el primer problema que enfrentar con la prótesis. Sobre la cuestión ¿Qué es lo más difícil al contar con una extremidad artificial? algunos amputados con prótesis expresan su preocupación por la impresión que toman las personas al verlos [1], debido a que puede ser rechazados debido a que ocurre un cambio en su apariencia estética.

A lo largo de la historia el hombre ha tratado de suplir el miembro perdido por otro que brinde la misma versatilidad de manera artificial. Es por esto que el diseño de una prótesis debe tomar en cuenta las funciones que va a desempeñar el amputado con ella [2]. Los dedos de la mano son órganos sensitivos que constituyen la extremidad final del miembro superior, siendo estos de gran utilidad en tareas de agarre o manipulación. Solucionar el problema que ha afectado a muchas personas alrededor del mundo ha inquietado a investigadores en busca de una medida que un posible remplazo a la extremidad perdida. Las prótesis disponibles de miembros superiores, pueden ahora ser creadas para ser indistinguibles de las naturales, hasta el punto de dar con la mímica exacta del tono de la piel [3].

Teniendo en cuenta las muchas cuestiones relacionadas con la pérdida de una extremidad o ausencia, muchos investigadores se han ocupado de las cuestiones técnicas en la detección, el control y la funcionalidad de la prótesis de brazo y las manos encontrando a medida del tiempo diseños con cierto éxito [4-9]. Sin embargo, se han encontrado desafíos entre el usuario y la prótesis, por esta razón las investigaciones siguen avanzando en búsqueda de señales que puedan ejecutar acciones planificadas.

2. Historia y evolución de prótesis humanas

Sustituir por pérdida alguno de los miembros

humanos por dispositivos es un acontecimiento que ha venido sucediendo desde hace más de dos mil años. Durante el siglo XX, el objetivo de que los amputados regresaran a la vida laboral, orientó en gran medida las innovaciones presentadas a lo largo de los años. Inicialmente el objetivo propuesto es alcanzado por el médico francés Gripoulleau, quien fabricó distintos accesorios que podían ser utilizados como unidad terminal. En 1912, Dorrance desarrolló una unidad terminal llamada Hook que puede abrirse y cerrarse activamente mediante movimientos de la cintura escapular combinado con un tirante de goma [10].

Con el paso de los años la tecnología de la impresión 3d ha venido evolucionando permitiendo al usuario obtener prácticamente cualquier cosa que esté al alcance de la industria, cuando Charles W. Hull, más conocido como Chuck Hull, fabricó la primera pieza con impresión 3D en 1983, no imaginaba ni por asomo a dónde podría llegar su invención [11]. La técnica que ha permitido

modelar y dar solución a muchas personas fue denominada hace más de 30 años como estereolitografía (SLA) por el mismo Hull. A continuación, se presenta un recorrido por la historia de la impresión 3D [12].

1984 – Charles Hull inventa la estereolitografía (SLA).

1986 – Charles Hull patenta su invento y crea la empresa 3D Systems.

1987 – Carl Deckard desarrolla el sinterizado selectivo por láser (SLS).

1988 – Scott Crump inventa el modelado por deposición fundida (FMD). 3D Systems comercializa su primera impresora 3D.

1989 – Se concede la patente de SLS. Scott Crump funda Stratasys. Hans Langer funda EOS GmbH.

1990 – EOS vende su primer sistema de “Stereos”.

1992 – Stratasys patenta su tecnología de FMD.

1993 – El MIT desarrolla la impresión 3D por inyección (3DP).

1995 – Z Corporation (Ahora parte de 3D Systems) obtiene la licencia de la 3DP.

1996 – Z Corporation vende su primera impresora basada en tecnología 3DP.

1997 – Se establece la empresa ARCAM.

1998 – Se crea Objets Geometries (adquirida posteriormente por Stratasys).

1999 – El instituto de medicina regenerativa de la universidad de Wake Forrest implanta en humanos los primeros órganos modificados por medio de implantes arteriales impresos en 3D y cubiertos por células del paciente.

2000 – MCP Technologies introduce la tecnología de fusión selectiva por láser (SLM).

2002 – Se funda EnvisionTec. El instituto de medicina regenerativa de la universidad de Wake Forrest imprime un riñón 3D funcional.

2005 – Z Corporation lanza el primer equipo de impresión 3D capaz de trabajar en color a alta definición. Se establece Exone como una spin-off de Extrude Hone Corporation y Sciaky Inc., siendo pioneros en el proceso aditivo basado en tecnología de soldadura por haz de electrones (EBW). El Dr. Adrian Bowyer funda RepRap, una iniciativa Open-Source para crear una impresora 3D que pudiera imprimir sus propias partes. Stratasys lanza el servicio de Rapid Prototyping & 3D Printing Service Bureau, RedEye.

2006 – Se construye la primera máquina del tipo SLS. Objet crea una máquina capaz de imprimir en varios materiales. El proyecto Fab@Home, de la universidad Cornell, ofrece la primera impresión 3D de código abierto (más tarde conocida como Open Source Hardware).

2007 – Sale al mercado el primer sistema de 3D Systems por menos de 10.000 dólares. Sale a la luz la empresa Shapeways, la cual nace como un spin-off de Phillips Research Lab, bajo la dirección de Peter Weijmarshausen.

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2008 – Desktop Factory es adquirido por 3D Systems. El proyecto RepRap lanza “Darwin” la primera impresora auto-replicante que puede imprimir la mayoría de sus componentes. Se desarrolla la primera prótesis de pierna impresa en 3D.

2009 – Sale al mercado la primera impresora 3D comercializada en forma de Kit, la cual se basa en el concepto de RepRap. Makerbot Industries lanza al mercado Kits para hacer tu propia impresora 3D.

2010 – Kor Ecologic presenta “Urbee”, el primer automóvil capaz de contar con la totalidad de su armazón impreso en 3D. La empresa Organovo Inc (Compañía de medicina regenerativa) se centra en la tecnología de bioprinting, anunciando la publicación de datos sobre los primeros vasos sanguíneos completamente bioimpresos.

2011 – La universidad de Exeter, junto con la universidad de Brunel y el desarrollador de software Delcam, adaptan el sistema de impresión 3D Inkjet para la creación de objetos en chocolate. La universidad de Cornell comienza a construir una impresora 3D para alimentos. Shapeways y Continiuum Fashion anuncian el primer bikini impreso en 3D. La universidad de Southampton fabrica el primer avión no tripulado impreso en 3D. En la conferencia de TEDMED 2001, el Dr, Gabor Forgacs (Organovo, Inc), cocina y come carne producida mediante un proceso de bioprinting 3D.

2012 – 3D Systems adquiere Z Corporation y Vidar Systems. Stratasys se fusiona con object Geometries. LayerWise realiza el primer implante de mandíbula inferior en 3D. La universidad tecnológica de Viena anuncia un gran avance: la “Litografía de dos fotones”. Essential Dynamics muestra “Imagine”, su impresora 3D de chocolates.

2013 – Defense Distributed lanza “The Liberador”, la primera arma de fuego impresa en 3D. Robohand crea la primera prótesis de mano. La división de aviación de General Electric comienza a usar tecnologías de fabricación aditiva para producir componentes en motores a reacción. La NASA otorga una beca a la Systems & Materials Research Corporation (SMRC) para desarrollar una impresora de alimentos. Natural Machines presenta “Foodini”, su prototipo de impresora 3D de alimentos. Stratasys adquiere Makerbot.

2014 – Standmore Implants fabrica un modelo a medida de una pelvis en 3D. Organovo Inc. realiza la primera venta de tejidos humanos bioimpresos (exVive3D). Grace Choi revela “Mink”, la primera impresora 3D de maquillaje. Local Motors imprime en Chicago un coche en 3D, “Strati”. Shangai Winsung Decoration Desing Engineering Co. difunde su sistema de impresión 3D “Atlas”, capaz de construir casas. Amazon abre su tienda de impresión 3D ofreciendo una amplia gama de productos. Hewlett Packard entra en el mercado de la impresión 3D con una nueva tecnología

llamada Multi Jet Fusion, Autodesk anuncia que producirá propia impresora 3D, llamada Ember SLA 3D. La NASA envía a la ISS” ZeroG”, la primera impresora 3D capaz de crear objetos en ausencia de gravedad.

3. Metodología

3.1 Selección de software

Actualmente existen diversas empresas dedicadas al

diseño de software gratuito para modelado 3D de buena calidad; la gran variedad de software tales como: Blender, Sketchup, OpenSCAD, SolidWorks, Autocad entre otros, permite al usuario elegir el programa a su comodidad y de esta manera empezar a crear un diseño digital. Por otra parte, el diseño de un modelo 3D requiere de una conversión desde un formato STL a un lenguaje gcode comprensible por la impresora 3D para realizar el proceso de impresión; para este paso se utilizan software como: Slic3r o Cura de ultimaker.

Software Slic3r. Slic3r es una herramienta que traduce modelos 3D digitales en instrucciones que puedan ser entendidos por una impresora 3D (Figura 1). Slic3r corta el modelo en rebanadas horizontales (capas), genera las trayectorias para rellenarlas y calcula la cantidad de material a extrudir. Es un moderno, completo y activamente desarrollado motor de corte de código abierto, es ampliamente apoyado por los fabricantes de impresoras y se ofrece como opción primaria en Repetier-Host. Se ahorra al usuario muchas dificultades con su función para grabar los diferentes parámetros de rebanado agrupados lógicamente en diferentes memorias [13].

Figura 1. Interface del software Slic3r

Software Cura Ultimaker. Cura es un software abierto

(open-source) desarrollado por Ultimaker que permite transformar modelos 3D en instrucciones entendibles por la mayoría de las impresoras 3D (Figura 2). Permitiendo generar un objeto físico a partir de su modelo generado por ordenador [14].

Figura 2. Interface del software Cura Ultimaker

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Software Pronterface. Es un software que se utiliza para imprimir en 3D, este programa (Figura 3) puede mover manualmente los ejes de la impresora, enviar comandos en código G manualmente, que es el código que entiende la impresora, de manera general, Pronterface es un paquete de software que envía Gcode y controla la impresora 3D [15].

Figura 3. Interface del software Pronterface

Software OpenSCAD. OpenSCAD es un software para la

creación de objetos CAD en 3D sólidos. Este programa no es un modelador interactivo. Es un compilador 3D que lee en un archivo de script que describe el objeto y procesa el modelo 3D desde este archivo de script. Esto le da al diseñador un control total sobre el proceso de modelado y le permite cambiar fácilmente cualquier paso en el proceso de modelado o hacer diseños definidos por parámetros configurables [16].

Una vez obtenido el diseño del modelo en 3D se procede a realizar la impresión, para ello se requiere un tipo de software que permita exportar el diseño digital a un archivo STL (formato de archivo informático de diseño asistido por computadora (CAD) que define la geometría de objetos 3D), luego de este proceso se convierta este diseño en un lenguaje gcode comprensible por la impresora 3D. Si se crea un diseño con algún software CAD, éste debe ser exportado a archivo STL, algunos ejemplos de programas para esta acción son: AUTOCAD, SOLIDWORKS, BLENDER, SketchUp.

3.2 Selección de Hardware

La impresora 3D utilizada es una Prusa i3, con un volumen de impresión de 20x20x20cm, se encuentra dentro de las máquinas auto-replicantes llamadas RepRap. El proyecto RepRap es una iniciativa creada con el propósito de crear una máquina de prototipo rápido libre que sea capaz de replicarse a sí misma. Muchas partes de la propia impresora están hechas de ese mismo plástico, como se ve en la Figura 4, las piezas de color rojo y azul. Una máquina de este tipo puede fabricar objetos físicos a partir de modelos generados por ordenador [17].

Figura 2. Impresora 3D Prusa i3 auto-replicante

3.3 Modelos Open-Source para impresión 3D

Los modelos u objetos para impresión 3D se representan en archivos STL. Un archivo STL es todo lo que necesita un software de estereolitografía para generar un modelo en 3 dimensiones. En el archivo STL se describe la geometría tridimensional de un objeto, muchos de estos archivos están codificados en binario de forma que son entendibles por la máquina, algunas páginas WEB donde se pueden conseguir modelos gratuitos son: Thinguiverse, Grabcad, TurboSquid, SketchUp, 3D Via, The 3D Studio, Yeggi, STL File entre otros programas que se pueden encontrar en la internet.

En el desarrollo de este proyecto se utilizaron diseños 3D de la página Thingiverse, un sitio web totalmente gratuito para realizar descargas, al momento de obtener archivos de las diferentes páginas que ofrecen este tipo de material, se debe tener en cuenta que si el modelo no ha sido diseñado cuidadosamente y no cumple con las especificaciones tridimensionales puede salir con algunos defectos por lo que se sugiere tratar de corregirlos en el software antes de iniciar la marcha.

Para diseñar un objeto en 3D es necesario conocer las características y el funcionamiento de este, el diseño utilizado fue creado con base en el funcionamiento del dedo índice de una persona, este tiene tres huesos llamados Falange proximal (a lo que llamaremos muñon), Falange Medial y Falange Distal los cuales están unidos por un cartílago articular (Figura 5) que les permite el desplazamiento de las superficies óseas durante el movimiento.

Figura 3. Anatomía de la mano

Fuente: http://www.cto-am.com/images/tendinitis/mano/mymano.jpg

Las imágenes que se presentan a continuación

muestran el modelo en 3D de las partes que componen el dedo índice de una persona [18]. Estos modelos fueron creados en el software OpenSCAD. Los diseños en las Figuras 5, 6(a) y 6(b) representan el cartílago articular del dedo.

Figura 6 (a). Finger_base_v3.5.stl

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Figura 6(b) Finger_tip_v3.5.stl

El diseño que muestra la Figura 7 representa la Falange Medial del dedo.

Figura 7. Finguer_middle_v3.5.stl

El diseño que muestra la Figura 8 representa la

Falange Distal del dedo.

Figura 8. Finger_tipcover_v3.5stl

El diseño que muestra la Figura 9 representa la

Falange Proximal del dedo.

Figura 9. Finger_socket_v3.5.stl

El diseño que muestra la Figura 10 representa un

recubrimiento para el Falange medial.

Figura 10. Finger_bumber_v3.5stl

El diseño que muestra la Figura 11 presenta cuatro

tapones que se insertan en los orificios laterales que tienen los diseños de las Figuras 5 y 6.

Figura 11. Finger_plugs_v5.1stl

El diseño que muestra la Figura 12 representa un mecanismo de accionamiento para la movilidad del dedo. En la Figura 13 se observa el ensamble completo.

Figura 12. Figer_linkage_v3.5.stl

Figura 13. Knick's Prosthetic Finger v3.5.5

3.4 Selección de materiales

Cuando se desea realizar la impresión de un modelo 3D, es muy importante elegir el tipo de material (filamento) adecuado para dicha impresión. La diferencia entre elegir correctamente o no el filamento de la impresora 3D está en conseguir el acabado deseado, la dureza necesaria, el color buscado y otras características que satisfagan el diseño a imprimir. El filamento es el homólogo del cartucho de tinta de las impresoras convencionales para la impresora 3D. Al igual que pasa con las impresoras de papel, en función de los resultados que se persigan, se emplean una serie de cartuchos con unas características determinadas. En impresión 3D, los materiales resultantes tienen que ofrecer una buena terminación, ser sólidos y duraderos, por tanto, se persigue que el filamento que se emplee, produzca una impresión de piezas con buen acabado, duraderas y resistentes [19]. Actualmente los tipos más comunes de filamento para impresión 3D son ABS y PLA [20].

Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS). Es uno de los termoplásticos más usados en la impresión 3D. Las piezas de LEGO están hechas de ABS, también utilizado en la carrocería de los automóviles, los electrodomésticos y las carcasas de celulares. No es biodegradable, pero es muy tenaz, duro y rígido. Su densidad es de 1,05 g/cm3. Requiere una temperatura de fusión de entre 200°C a 250ºC y de bandeja de entre 90°C a 110ºC. Además de su alta resistencia, este material permite obtener una superficie pulida, es reutilizable.

Poliácido Láctico (PLA). Es uno de los filamentos estrella de la impresión 3D. Su principal virtud, evidentemente, es que se trata de un compuesto biodegradable, no contaminante y normalmente se obtiene de almidón de maíz, por lo que puede usarse para recipientes de comida. La textura de las piezas no queda tan suave como con el ABS, pero sí más brillantes y las esquinas salen mejor. Su densidad es de entre 1,2 y 1,4 g/cm3. Resulta muy fácil usarlo para

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imprimir porque funciona a temperaturas más bajas que el ABS (oscilan entre los 190°C y 200°C para el extrusor y una bandeja a 60°C aproximadamente) pero resulta bastante frágil y su vida útil es menor. Sin embargo en [21, 22] se usan para el proceso de impresión otros tipos de materiales tales como:

Co-poliéster (CPE). Viene bobinado para una mejor impresión. 2,85 mm de diámetro. Gracias a unos altos estándares y al control de calidad, tiene una gran redondez y consistencia. El CPE es perfecto para complejas impresiones técnicas, es bastante rígido, fuerte y resistente a impactos. Este filamento requiere una mayor temperatura de impresión que el PLA 70°C.

Alcohol polivinílico (PVA). Es un material de impresión en 3D utilizado comúnmente para crear estructuras de soporte solubles en agua para lograr geometrías complejas. Debido a estas propiedades este filamento es un excelente material de apoyo para la doble extrusora de impresión 3D. Para imprimir con este material, la temperatura del extrusor debe ser de 200°C y la temperatura de la bandeja de 60ºC.

Nylon. Este filamento es uno de los materiales más complejos para la impresión 3D. Su principal problema es la falta de adhesión de la pieza a la bandeja, causa muchos fallos además de un warping muy difícil de controlar. Además, suele coger fácilmente humedad, por lo que previamente a la impresión 3D se debe secar en el horno durante 3 o 4 horas. Pese a todas a todas estas dificultades, El nylon es un material muy resistente, poco viscoso, muy resistente a la temperatura y con distintas variedades que le aportan flexibilidad, transparencia y otras cualidades. La configuración recomendada en la impresora 3D: filamento de temperatura del extrusor 245°C, temperatura de la bandeja de 80ºC.

Filaflex. Es un elastómero desarrollado en España con una capacidad de estiramiento antes de romperse de un 700% respecto al tamaño original. Esa propiedad lo hace idóneo para fabricar topes, junturas, plantillas de calzado, zapatillas, ruedas neumáticas, pulseras de relojes y, en definitiva, todo lo que pueda precisar doblarse mucho sin romperse. La temperatura es muy parecida a la del PLA, con el extrusor a 215ºC y la bandeja a 40ºC.

4. Impresión de un dedo prostético 4.1 Datos básicos

Para las mediciones es necesario contar con cierto

tipo de elementos que faciliten el diseño al momento de la impresión: cinta médica, un pie de rey digital (calibrador), tijeras, marcador. En caso de no contar con un pie de rey se puede utilizar una regla de medición. Una vez se cuente con los elementos de medición se procede a envolver el dedo remanente o muñón con cinta, sin apretar, solo se debe envolver el área que se desea cubrir con la prótesis. Inmediatamente se debe cortar la cinta, en lo posible en línea recta, se procede a pegarla en una superficie plana y medir a lo largo de ella con el fin de obtener el diámetro. Posteriormente se realizan las

mediciones del muñón en cuanto a: profundidad, parte inferior, superior, también se debe tomar la longitud de la falange (para obtener esta medida se debe realizar con la falange del mismo dedo de la mano no afectada), y la longitud de la falange en la que se encuentra la uña. Con estos datos se procede a realizar los ajustes precisos en el diseño digital para la impresión 3D. Para obtener información detallada del procedimiento de toma de medidas diríjase a [23].

4.2 Procedimiento

El proceso de impresión del dedo prostético se presenta en la Figura 14 a través de un diagrama de flujo.

Figura 14. Diagrama de flujo del proceso de impresión 3D

De acuerdo al diagrama de flujo, una vez obtenido el

diseño se modifican las dimensiones de este por las obtenidas en el proceso de toma de medidas. Debido a que el modelo fue creado en el software OpenSCAD, la manera de modificarlo es editando el valor de ciertas variables que fueron creadas en el algoritmo con el mismo nombre de cada parte del dedo. Estas variables se encuentran en la Tabla 1 y en la Figura 15, se presenta la modificación de unas variables en el Software OpenSCAD. Cuando cada parte del dedo sea modificada, se procede a descargarla como archivo ".STL".

Tabla 1. Variables a modificar

Parámetro Default (MM) Measurement (MM) socket_width_top 18 socket_width_bottom 21,5 socket_depth_scallop 21 socket_depth_top 35 socket_depth_bottom 27 middle_section_length 31 tip_length 24,5 base_extra_length 5 linkage_length 62

Figura 15. Modificación de finger_v3.5.2 en OpenSCAD

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Tener una configuración adecuada a la hora de preparar la pieza que se quiere imprimir, es casi tan importante como tener la impresora bien calibrada, una configuración deficiente o que no se adapte a las características de la impresora va a dar como resultado impresiones de mala calidad. Para saber los parámetros exactos con los que la máquina trabaja bien, basta con hacer pruebas hasta que se consiga los valores a los que se obtenga la máxima resolución [24]. Para la preparación del modelo se toman los archivos STL en CURA (Figura 16), y se procede a configurar la forma en la que la máquina va a realizar el laminado de las piezas. CURA tiene dos formas de configuración, una en modo básico y otra en modo experto.

Figura 16. Modelo digital de las partes del dedo en CURA

Los parámetros presentes en el modo básico son:

Calidad, la cual incluye altura de capa, grosor del borde y habilitar retracción; relleno, el cual incluye el grosor de la capa inferior y superior y la densidad de relleno; velocidad y temperatura, las cuales incluyen velocidad de impresión, temperatura de impresión y temperatura de la cama; soporte, el cual incluye el tipo de soporte; filamento el cual incluye el diámetro del filamento y el multiplicador del flujo del filamento. De esta manera, se añaden los parámetros y cualidades que se quiere que tengan las piezas y se procede a guardar el archivo en un formato. gcode para enviarlo a la máquina, es decir, se le indica a la máquina cómo se quiere imprimir el diseño.

Antes de iniciar la impresión la plataforma, o cama caliente (Figura 17), debe estar a la distancia adecuada de la boquilla del extrusor, que es igual a la altura de capa seleccionada.

Figura 17. Cama caliente y extrusor

Para imprimir el modelo 3D se debe poner a calentar

a la debida temperatura tanto el extrusor como la plataforma. Las temperaturas dependerán del material que se esté usando, en este caso para imprimir con PLA se usa 220º o aproximado para el extrusor y 60° para la cama. Una vez se haya calentado el cabezal se puede colocar el material que se vaya a usar para la impresión (Figura 18).

Figura 18. Temperaturas de trabajo de cama y extrusor

De esta manera, se procede a cargar el archivo. gcode

al software Pronterface y se da paso a la impresión (Figura 19).

Figura 19. Archivo gcode de las partes del dedo

Durante el proceso de impresión se debe inspeccionar

que el material deslice de forma tal que no se vea afectada la impresión (Figura 20).

Figura 20. Maquina en ejecución de Impresión 3d

Por ningún motivo se debe descuidar la impresora al

momento de la impresión, hay que estar atentos al avance que lleva de acuerdo a lo que muestra el programa.

Figura 41. Impresión 3D con filamento PLA

En las Figuras 22 a 24 se observa el resto del proceso.

Figura 22. Avance de impresión

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Figura 23. Impresión finalizada de dedo índice

Figura 24. Dedos prostéticos impresos en 3D

5. Conclusiones

El resultado final de la investigación es que haciendo uso de impresoras 3D para la implementación de prótesis, se consigue modelos muy precisos y en un tiempo muy reducido. El presente trabajo se enmarca en el área de la biónica la cual es la aplicación de soluciones biológicas en tanto a la técnica de sistemas de arquitectura, diseño, ingeniería y tecnología moderna. Uno de los objetivos más importantes de este campo es su aplicación para la creación de prótesis por robots controlados por medio de señales. Estos son los avances que se están realizando actualmente para hacer más eficientes las prótesis.

Si se observan las Figuras 6 a 12 es posible darse cuenta que todos los modelos fueron diseñados con el programa OpenSCAD, estos diseños fueron obtenidos de la página web Thinguiverse. Lo que quiere decir que debido a las grandes investigaciones y los grandes avances a la tecnología de impresión 3D, se pueden encontrar gran variedad de diseños que servirán como modelos para trabajos futuros.

Sobre las especificaciones de calentamiento de los materiales que relaciona la cama y el extrusor para ejecutar la impresión o puesta en marcha de la misma, se observa que las temperaturas dependerán del material que se esté usando, en este caso al observar la Figura 18 (temperaturas de trabajo) para imprimir con PLA se usa a 220º para el extrusor y 60° para la cama, no siempre se alcanzaran estas temperaturas de trabajo, pero al trabajar con los materiales PLA o ABS se observó que al estar a temperaturas aproximadas se desarrolla la impresión de manera satisfactoria.

Algunos de los inconvenientes que se presentaron al momento de trabajar con la impresora 3D fueron: la calibración de la cama, debido a que ésta es una plataforma la cual tiene un vidrio de las mismas dimensiones sobre ella, este vidrio debía quitarse cada vez que la impresora terminaba su proceso de impresión con el propósito de remover las piezas impresas, al

momento de poner el vidrio en su lugar e iniciar nuevamente el proceso de impresión la cama perdía el nivel y se debía calibrar reiteradamente ocasionado pérdida de tiempo, filamento y energía; en la configuración adecuada para cada tipo de material se debe tener en cuenta las características del filamento que se va a usar, ya que cada material presenta una configuración distinta en sus parámetros de impresión, lo cual puede ocasionar resultados indeseados si no tienen en cuenta.

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[23] Brookins, N. & Wheeler, K. (2016). Prosthetics - Measurement Guide. Online [Oct 2016]. http://dangercreations.com/prosthetics/measurement-guide/.

[24] Disodado, R. (2016). Manual de CURA. https://www.zonamaker.com/impresion-3d/software-imp3d/manual-de-cura.