Procediments CAD/CAM en la fabricació de suports plantars impressió 3D

Des que a inicis del segle passat els suports plantars, o les popularment conegudes com a “plantilles”, van introduir-se com a dispositiu mèdic per tractar patologies del peu, els procediments de presa de mides i confecció han anat evolucionant en funció de la tecnologia disponible a cada moment. Fins la dècada dels 80, els procediments eren totalment manuals. A partir d’aquell moment, la utilització de maquinària específica va facilitar la confecció i termo-adaptació dels tractaments ortèsics plantars.

Actualment, tot i que gran part dels suports plantars encara es realitzen de manera manual, la popularització de les tecnologies digitals, i sobretot, la gran evolució de la impressió 3D, han impulsat la fabricació dels suports plantars amb procediments digitals a gran part dels centres de podologia del nostre país.

Podríem dividir en tres les fases per a l’obtenció d’un suport plantar exclusivament amb procediments digitals. Aquestes serien, la digitalització de la topografia plantar, el disseny assistit per ordinador (CAD, computer aided design) i la mecanització assistida per ordinador (CAM, computer aided manufacturing).

DIGITALITZACIÓ DE LA MORFOLOGIA PLANTAR

Figura 1. Escanejat laser amb membrana Podoactiva

Per obtenir la digitalització tridimensional de la superfície d’un peu o d’una part d’aquest, existeixen diverses tecnologies en el mercat. La més utilitzada fins ara ha estat l’escaneig 3D amb tecnologia làser. Un feix làser escombra tota la superfície i determina les seves coordenades a l’espai (figura 1). Com totes les tecnologies, aquest sistema té els seus avantatges i inconvenients. D’entre els punts forts destaquen la rapidesa de captació i, sobretot, l’excel·lent resolució de la malla (“mesh”, en anglès) obtinguda de la superfície escanejada. En canvi, la relativa portabilitat i l’alt cost d’inversió/amortització n’han dificultat una clara expansió a les consultes de podologia.

Figura 2. Digitalitzador de contacte per pins AMFIT

Una altra tecnologia d’escaneig 3D és la digitalització per contacte amb pins. Es tracta d’un dispositiu amb una superfície plana proveïda de perforacions. De cada forat s’elevarà un pin que, controlat per un software específic, s’aturarà en contacte amb la superfície plantar del peu (figura 2). L’alçada de cadascun dels pins en contacte amb la planta del peu determinarà un valor numèric que es transformarà en una malla tridimensional. Tot i tenir una resolució significativament inferior a la tecnologia làser, aquest sistema permet certa plasticitat de la malla que volem obtenir regulant la pressió de contacte del pins sobre el peu. És un sistema de captació ràpid, però com passa amb el làser, el seu cost i la relativa portabilitat suposen una limitació.

Figura 3. Escaneig 3D de motlle negatiu del peu amb Structure Sensor

En els últims anys, s’estan popularitzant els sistemes d’escaneig de superfície 3D basats en sensors de profunditat. Aquesta tecnologia prové de coneguts dispositius d’oci com la Kinect de Microsoft®. La mida dels dispositius d’escaneig amb sensors de profunditat és prou petita com per poder ser acoblats a un suport portàtil tipus tauleta (figura 3). Si bé la resolució d’escanejat obtinguda no és tan alta com la que ofereix la tecnologia làser, és suficient per la complexitat mitja/baixa de les superfícies que necessiten ser escanejades en l’àmbit podològic. Hi ha tres raons que fan pensar que l’escaneig amb sensors de profunditat pot ser una opció que s’estengui amb facilitat: el seu cost (entre 5 i 10 vegades menys que les tecnologies basades en el làser i els pins de contacte), la seva excel·lent portabilitat (mida d’una tauleta) i la més que suficient resolució amb finalitats ortopodològiques.

De qualsevol d’aquests sistemes d’escaneig, n’obtindrem un arxiu (normalment tipus .stl o .obj) que podrà ser carregat a softwares d’edició i de disseny específics.

DISSENY ASSISTIT PER ORDINADOR (CAD) DE TRACTAMENTS ORTOPODOLÒGICS

Figura 4. Procés de disseny amb l’app de Scienti Feet

Obtingut ja l’arxiu amb la malla de la superfície escanejada, serà un software específic el que permetrà l’edició del motlle digital i el disseny del tractament ortèsic que volem realitzar.

Existeixen múltiples plataformes i aplicacions específiques de disseny assistit per ordinador (CAD, computer aided design). Algunes són més senzilles d’utilitzar en oferir opcions limitades de disseny, en canvi, d’altres ofereixen un ampli ventall d’eines per poder crear tractaments altament personalitzats. Com és obvi, l’entrenament necessari per a la utilització d’aquestes dues opcions de disseny CAD no serà el mateix.

Figura 5. Procés de disseny amb FitFoot360

Actualment a la Clínica Universitària i als estudis de Podologia de la Facultat de Ciències de la Salut de Manresa utilitzem dos sistemes de disseny CAD per obtenir suports plantars. Un prové de l’empresa francesa Scienty Feet, que proposa un sistema de disseny fàcil i molt intuïtiu en web (figura 4), i l’altra sistema és el FitFoot 360, un software molt complet, desenvolupat per podiatres anglesos i australians, que permet quasi qualsevol opció de disseny (figura 5). Aquest últim sistema el fem servir fruit de la col·laboració amb l’empresa catalana EDSER Insoles S.L.

FABRICACIÓ ASSISTIDA PER ORDINADOR (CAM) DE TRACTAMENTS ORTOPODOLÒGICS

Dissenyat ja el tractament, es genera un altre arxiu que ha de ser interpretat per un maquinari que sigui capaç de materialitzar-lo. Per donar forma a aquest tractament existeixen bàsicament dues metodologies: la sostractiva i l’additiva.

Figura 6. Mecanitzat per fresat d’EVA a una cara

La tecnologia sostractiva parteix d’un bloc de material que per un procediment de fresat per control numèric, va “esculpint” el material fins a donar-li la forma i volum desitjats (figura 6).

En funció del tipus de material que es fresi, la mecanització podrà ser a una o dues cares. Habitualment, els materials més esponjosos (tipus EVA) es fresen a una cara per tal de fer viable el dispositiu ortèsic. En aquest cas els blocs d’EVA poden estar formats per una o vàries densitats en funció de les necessitats mecàniques del tractament que s’estigui fresant.

El fresat a doble cara només es realitza amb materials rígids o semirígids. Els més habituals són el Polipropilè i els seus aliatges.

La metodologia sostractiva ja fa dècades que s’està fent servir en l’àmbit podològic per a la fabricació de suports plantars. La velocitat de fabricació i la versatilitat la fan una bona opció. Com a inconvenients podrien esmentar-se la limitació de materials que poden ser fresats i la poca optimització del seu ús, ja que d’un 50 a un 80% del material del bloc inicial es perd en la mecanització.

Figura 7. Impressió 3D FDM (Fusion Deposition Modeling)

Si hi ha una tecnologia que ha experimentat una evolució per a la mecanització d’objectes, aquesta és l’additiva, o el que es coneix  com a Impressió 3D. A diferència de la tecnologia sostractiva, l’aprofitament del material emprat pot ser total.

Dues de les metodologies d’impressió 3D més habituals són la FDM (Fusion Deposition Modeling o modelat per deposició fosa) i la SLS (Selective Laser Sintering o sinterització selectiva làser). A la FDM, el material es dipositat fos per un capçal capa a capa (figura 7). A la SLS, un làser de CO2 passa per sobre d’un recipient ple d’un material en pols, habitualment poliamida, per sinteritzar-lo o fusionar-lo a les coordenades determinades pel software (figura 8).

Un dels materials més habituals per la impressió 3D amb tecnologia FDM és el Filaflex, elastòmer termoplàstic que es presenta en bovines de fil. Els suports p

Figura 8. Impressió 3D SLS (Selective Laser Sintering)

lantars resultants d’aquest tipus d’impressió tenen un volum i pes significatius en no poder-se generar una estructura laminar amb suficient resistència mecànica.

Una opció que està tenint una molt bona acceptació per la impressió 3D de dispositius ortèsics és la sinterització de pols de poliamida (SLS). Les plantilles resultants tenen un bon comportament mecànic, són lleugeres, i en ser viable la seva estructura laminar, ocupen poc espai dins del calçat.

Actualment, tant a la Clínica Universitària com als estudis de Podologia de la Facultat de Ciències de la Salut de Manresa, aquesta tecnologia hi és present.  Els alumnes poden dissenyar ortesis plantars CAD a sessions/taller d’assignatures específiques i els pacients de la Clínica Universitària poden ser tractats amb plantilles impreses en 3D.

Figura 9. Ortesis plantars obtingudes amb impressió 3D. FDM (Gensole) i SLS (EDSER i ScientiFeet)

 

Xavi Ruiz, coordinador del servei de Podologia de la Clínica Universitària i professor del Grau en Podologia de la Facultat de Ciències de la Salut d’UManresa

 

 

 

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà.