Investigación aplicada a la ingeniería Camargo Mosco Luis Mario Uribe Adrián Julio Salazar
Proecto Implementación del uso de las ma!uinas "# para las prótesis $oberto P%rez Ingeniería Mecatrónica &' Cuatrimestre ()*+,*,(+-
1
I.#IC/
Carátula0000000000000011+
2ndice00000000000000011,
3ítulo del proecto00000000011"
Antecedentes00000000000011"
#e4inición del problema000000001&
Justi4icación000000000000011-
5b6etivos00000000000001-
Alcances limitaciones0000000-
Procedimiento0000000000017
#escripción de actividades00000118
Conclusión individual000000011+(
9losario000000000000011+(
:ibliogra4ía0000000000001+,
2
3I3UL5 Implementación del uso las ma!uinas en "# para las Prótesis1 A.3/C/#/.3/S La prótesis es una e;tensión arti4icial !ue reemplaza o provee una parte del cuerpo !ue 4alta por diversas razones1 Una prótesis debe reemplazar un miembro del cuerpo dando casi la misma 4unción !ue un miembro natural sea una pierna o un brazo1 Una impresora "# es una má!uina capaz de realizar r%plicas de dise
ec>o por ordenador= descargado de internet o recogido a partir de un escáner "# #e4inición del problema? /s importante antes de empezar a conocer sobre el tema= saber !ue es una prótesis1 La palabra prótesis proviene del griego? prós @BDE Fpor aaciaG t>%Hsis @KDE FdisposiciónG1 Segn el diccionario de la La $eal Academia /spa
3
Implementación del uso las ma!uinas en "# para las Prótesis1 La impresión "# en el sentido original del t%rmino se re4iere a los procesos en los !ue secuencialmente se acumula material en una cama o plata4orma por di4erentes m%todos de 4abricación= tales como polimerización= inección de aporte= inección de aglutinante= e;trusión de material= cama de polvo= laminación de metal= depósito metálico1 /;isten mltiples modelos comerciales? /;isten mltiples modelos comerciales? +1 Airbus /ste aacer piezas más ligeras1 ,1 .eO :alance Con la colaboración de "# Sstems en esta ocasión >a desarrollado #uraorm= le;= 3PU= una entre suela creada con sinterizado por láser de un material elastómero termoplástico1 Con este plástico de ingeniería= la compa<ía >a logrado obtener un producto !ue combina 4uerza 4le;ibilidad dentro de una zapatilla de running 1 "1 Mic>elin /stas impresoras industriales tendrán potentes aplicaciones potentes en sectores como la medicina o la aeronáutica1 /l ob6etivo principal de esta 4usión es posicionarse como líder global en el área de soluciones industriales con una inversión inicial de ,Q millones de euros en los " primeros a
Sintonización láser= donde un suministrador va depositando 4inas capas de polvo de di4erentes metales @acero= aluminio= titanio111E un láser a continuación 4unde cada capa con la anterior1 /stereolitogra4ía= donde una resina 4otosensible es curada con >aces de luz ultravioleta= solidi4icándola1 #e compactación= con una masa de polvo !ue se compacta por estratos1
4
Adición o de inección de polímeros= en las !ue el propio material se aaciendo !ue se polimerice1 #espu%s se sumerge en un lí!uido !ue >ace !ue las zonas polimerizadas se solidi4i!uen1 3inta Laser So4tOare Para poder realizar el diset Catia reeCA# 5penSCA# SolidRors 3inercad AutoCA# Materiales ilamentos alternativos? Madera= piedra= goma más La vida no termina en A:S PLA= >a otros materiales más raros !ue permiten lograr te;turas especiales o 4le;ibilidad= !ue 4uncionan en la maoría de las impresoras? H Labric? /s una mezcla de eso con plástico !ue permite crear piezas con una te;tura similar a la piedra= + !ue a simple vista no parecen plástico1
5
Puede tener te;tura lisa o rugosa= es 4ácil pintar sobre %l1 Se vende en rollos de 4ilamento de alrededor de "(T1 H LaOooH#"? Mezcla de madera con plástico para imprimir ob6etos !ue realmente se vean como de madera1 Incluso simula e4ectos como los anillos de la madera o el olor característico1 iene en rollos de 4ilamento como los anteriores1 H So4t PLA @le;ible PLAE? /ste 4ilamento gomoso permite imprimir ob6etos 4le;ibles= a los cuales se les aplica estr%s no se rompen1 Por e6emplo puede usarse para imprimir calzado o ruedas de otros ob6etos1 H .lon? /s una alternativa clásica al A:S PLA= pero más resistente 4le;ible= además de natural resistente al agua1 Completando sus venta6as= es reutilizable1 H :endla? /ste 4ilamento es 4le;ible @como el So4t PLAE pero con la particularidad de ser transparente1 /s seguro para el contacto con la comida= así !ue puede usarse para recipientes o botellas1 Justi4icación? /ste tema es importante por!ue cuando una persona tiene alguna de4iciencia 4ísica= por ciertas circunstancias= es 4recuente !ue recurran al uso de prótesis1 La 4inalidad de %stas= consiste en reemplazar una parte del cuerpo !ue >aa sido perdida por una amputación o bien por alguna mal4ormación gen%tica1 5b6etivos? Lo !ue !ueremos >acer en el proecto es? dar a conocer aplicaciones de lo !ue se puede >acer con una impresora "# Analizar los bene4icios comparaciones de costos= pros contras Conocer acerca de los tipos de má!uinas "# sus di4erentes tipos de 4uncionamientos 5btener in4ormación relevante acerca de las impresoras "# sus bene4icios con el campo de la salud Conocer las di4erentes aplicaciones de la impresora "# Alcances limitaciones? enta6as Cuando una persona tiene alguna de4iciencia 4ísica= por ciertas circunstancias= es 4recuente !ue recurran al uso de prótesis1 /l dise
6
con discapacidad podrán recuperar 4unciones como escribir= saludar= tener sensibilidad sobre la 4uerza del movimiento e= incluso= contar con sensores de temperatura1 .os permite además= remplazar una parte del cuerpo !ue >aa sido perdida por una amputación o bien por alguna mal4ormación gen%tica= se suelen utilizar en algunos casos con 4ines est%ticos1 Actualmente los sistemas prot%sicos mioel%ctrico son los !ue proporcionan el más alto grado de re>abilitación1 3iene la venta6a de !ue sólo re!uieren !ue el usuario 4le;ione sus msculos para operarla= a di4erencia de las prótesis accionadas por el cuerpo !ue re!uieren el movimiento general del cuerpo1 Sintetizan el me6or aspecto est%tico con una gran 4uerza velocidad de prensión= así como varias posibilidades de combinación ampliación1 #esventa6as Una desventa6a es el 4actor económico= en el cual las personas de ba6os recursos no se encuentran al alcance de eso= en especial prótesis mioel%ctricas de reinervación muscular dirigida= por ser de las más novedosas1 Algunos tipos de prótesis mioel%ctricas tienen como desventa6a !ue usan un sistema de batería !ue re!uiere mantenimiento para su recarga= descarga= desec>arla reemplazarla= además de !ue genera cierto ruido durante el movimiento1 #ebido al peso del sistema de batería de los motores el%ctricos= las prótesis accionadas por electricidad tienden a ser más pesadas !ue otras opciones prot%sicas1 Una prótesis accionada por electricidad proporciona un maor nivel de tecnología= pero a un maor costo1
7
#IICUL3A#/S V $/35S /. LA C$/ACIW. #/ P$W3/SIS1 Xacer una prótesis robótica de una calidad aceptable re!uiere de un enorme es4uerzo= no solo en el campo de la mecatrónica sino tambi%n en neurociencia= ingeniería el%ctrica= ciencias cognitivas= disea sido amputado no es sencillo1 Aun!ue los principios de 4uncionamiento de las prótesis sean mu parecidos= >a !ue considerar aspectos adicionales= tales como el peso= el suministro de energía la apariencia= !ue en con6unto brinden a las personas !ue >acen uso de ellas me6or comodidad= con4ianza= control más e;acto de los ob6etos= entre otros aspectos1 Por otro lado= en las prótesis de pierna e;isten an algunos problemas= por e6emplo= los amputados !ue utilizan prótesis mecánicas re!uieren más energía metabólica !ue las personas tienen el miembro real1 Además= los amputados caminan más lento !ue las personas intactas 3ales problemas son en parte generados por las prótesis actuales= por lo !ue es importante el avance en su disean desarrollado con gran %;ito diversas prótesis visuales !ue >an permitido a personas ciegas percibir ob6etos determinar su posición1 /stas prótesis están an le6os de devolver la vista a las personas ciegas= sin embargo tienen un enorme potencial= se irán >aciendo1 YPara !u% se utilizan las impresoras "#Z Y[u% bene4icios se obtienen al tener una ma!uina como estasZ Y[u% otras aplicaciones se les puede darZ YSe puede me6orar o e4iciantizar el proceso de la impresiónZ Y[u% tanto a4ectan a la sociedadZ Lo !ue pudimos obtener de in4ormación acerca de las impresoras 4ue? +1HUna impresora "# es una má!uina capaz de realizar r%plicas de disea o4recido la creación de prótesis es !ue las instrucciones a seguir para crear una son pblicas en Internet1 Así= cual!uiera puede acceder a ello no supone un sobrecoste ni económico ni de conocimiento= trasplantes= órganos1
8
"1Hen automoción= en el espacio= en la industria= en la alimentación1 &1HSe puede seguir innovando las ma!uinas "# sus procesos tiempo= las impresoras "# son por lo general rápidas= más baratas sencillas de usar1 Q1HUn estudio reciente indica !ue el uso continuado de este tipo de dispositivos puede provocar en4ermedades respiratorias de otro tipo al in>alar los productos !uímicos evaporados durante la impresión1 Procedimiento Para elaborar una prótesis YCómo 4uncionan estas má!uinasZ Lo primero !ue necesitamos es tener un diseingiverse o S>apeOas1 Creando nuestras propias plantillas con so4tOare de diseogar se basen en lo !ue se llama \tecnología de e;trusión]= es decir= en dar salida a una sustancia derretida= normalmente plástico= por una abertura1 Para ello= primero será necesario colocar en la impresora la materia prima o consumible? >ilos de plástico !ue se venden en bobinas1 Para crear cada capa= la impresora va alimentándose de ese >ilo o 4ilamento en estado sólido !ue al llegar a una pieza del mecanismo es calentado a una temperatura superior a los ,((^ centígrados para e;truirlo con la 4orma deseada= como si se tratara de una manga pastelera o una pistola de pegamento= sobre una base !ue acta de bande6a de salida1
9
Conclusión Probablemente la evolución >acia prótesis inteligentes !ue sean casi id%nticas de la parte sustituida real económicamente viables ocurrirá en pocas d%cadas1 La utilización de sistemas mecánicos comple6os personalizados a las necesidades de cada paciente= 6unto a procesos de manu4actura avanzados nuevos materiales inteligentes permitirá superar las debilidades desventa6as presentes en las prótesis actuales1 Los materiales con los !ue se elaboran prótesis inteligentes necesitan ser más estudiados desarrollados para me6orar su 4uncionamiento en general= de esta manera poder ser utilizados e;itosamente1 /n un 4uturo= con el adecuado control corriente re!uerida= estos materiales podrían ser los más utilizados en las prótesis= resolviendo así los problemas actuales me6orar la 4uncionalidad est%tica de las mismas1 Indudablemente= a pesar de las desventa6as e inconvenientes de las prótesis= a mencionados en el
10
presente ensao= los bene4icios !ue >an aportado en cuanto a la reintegración social de !uienes las utilizan son innegables= considerado !ue el nmero de personas discapacitadas por la p%rdida parcial o total de sus e;tremidades es considerable1 Así mismo= el impacto !ue >a tenido el uso de prótesis inteligentes en la sociedad es grande= pues los bene4icios son más grandes !ue las desventa6as retos1 9losario A:S? /s un termoplástico @Acrilonitrilo :utadieno /stirenoE mu utilizado en impresión "# por #M aun!ue tambi%n se usa en otras tecnologías como la SLS1 /s un plástico característico por su dureza rigidez= es resistente a la abrasión a los elementos !uímicos aun!ue es soluble en acetona1 .o es biodegradable le a4ecta la e;posición a los raos U1 Para su impresión por #M= se suele e;truir a unos ,&( 'C necesita una base caliente a unos 7QH8( 'C1 #igitalización "# @escaneado "#E? /s la tecnología usada para digitalizar en el ordenador ob6etos reales en "#1 La t%cnica >abitual consiste en proectar una luz sobre la pieza con unos patrones variables1 Unas cámaras captan la de4ormación de esta luz convirti%ndola en coordenadas _V` en el espacio generando una nube de puntos "# en el ordenador mediante un so4tOare especí4ico1 /;trusor @Cold endE? /s el mecanismo !ue se encarga de e;truir el 4ilamento de plástico con el !ue se imprimen las piezas1 /n la maoría de impresoras #M= se compone de un motor @paso a pasoE !ue= mediante unos engrana6es= 4uerza al 4ilamento a entrar a un 4usor @el >otendE !ue derrite el plástico 4lue por una abertura en el 4usor @nozzleE1 le;= 4ilamento? /s un elastómero termoplástico 4le;ible usado para impresoras #M1 Permite 4abricar piezas mu 4le;ibles elásticas1 Algunas de las marcas comerciales !ue lo 4abrican distribuen son .in6ale; ilale;1 9HC5#/? /s un código de programación mu utilizado en 4resadoras= cortadoras= tornos e impresoras "# de tecnología #M1 /l 9HCode da instrucciones a las má!uinas sobre adonde moverse= cuan rápido moverse !ue traectoria seguir1 $ep$ap? /s una iniciativa una comunidad de >ardOare libre centrada en la creación de impresoras "# autoreplicantes= impresoras "# cua maoría de componentes se puedan imprimir con otras impresoras "#1 $ep$ap es el acrónimo de $eplicating $apid Prototper1
11
$esinas? /s el material de impresión "# utilizado en las impresoras de tecnología SLA #LP principalmente1 /s un compuesto 4otopolim%rico !ue solidi4ica con luz a cierta longitud de onda1 SLA? /s una tecnología @4otopolimerizaciónE de impresión "# consistente en una resina lí!uida alo6ada en una cubeta !ue se endurece selectivamente capa a capa mediante una >az de luz a una determinada longitud de onda1 Si este >az es un láser U= la tecnología se conocer como SLA1 Si el >az de luz proviene de un proector de vídeo= a la tecnología se le llama #LP1 3iene una alta precisión resolución alcanzable= con unos acabados super4iciales mu buenos= pero por contra= las piezas suelen ser 4rágiles1 SLS? /s una tecnología @Sinterización Selectiva por LáserE de impresión "# consistente en un lec>o de polvo 4ormado por pe!ueasta 4ormar un ob6eto sólido tridimensional1 3iene capacidad de imprimir sin estructuras de su6eción una alta velocidad de impresión en comparación con otras tecnologías1 Por contra presenta acabados rugosos= aun!ue se pueden me6orar con un postprocesado adecuado1 Slurr @A:S 6uicE? /s una t%cnica !ue consiste en crear una disolución de A:S con acetona @el A:S se dilue en acetonaE !ue se aplica sobre la cama caliente para crear una super4icie !ue me6ora la ad>esión de la pieza a imprimir1 Minimiza el e4ecto Oarping1 S3L? Son las siglas provenientes del ingl%s Standard 3essellation Language1 /s un 4ormato de arc>ivo in4ormático !ue de4ine la super4icie de ob6etos "#1 .o inclue in4ormación como el color= las te;turas o las propiedades 4ísicas1 Soportes? /s la estructura !ue se imprime 6unto a la pieza para soportar los voladizos !ue pueda contener1 Se retira despu%s de la impresión1 Se puede imprimir @en impresoras con dos e;trusoresE con materiales especiales !ue se disuelven en agua para !ue sean más 4áciles de remover1 Rarping @curvatura de las piezasE? /s un problema 4recuente en la impresión "# por e;trusión de termoplásticos1 /s cuando las piezas se despegan de la base de impresión curvándose >acía arriba1 Una 4orma de solucionarlo es utilizar una cama caliente o super4icies más rugosas como base de impresión *o utilizar elementos ad>erentes como laca o una mezcla de slurr @A:S 6uicE1
12
:ibliogra4ía Páginas de internet libros OOO1buenastareas1com >ttps?**es1Oiipedia1org*Oii*Impresora"# >ttp?**OOO1revista1unam1m;*vol1-*num+*art(+*int(+1>tm OOO1impresorasH"#1com >ttps?**angiet+,1Oordpress1com*tag*venta6asHHdesventa6asHdeHlasHprotesis* Conocimiento abierto #iseome XardOare libre Impresión "# Proecto $ep$ap 3ecnología libre
13
