Diseño Asistido por Computadora e Impresión 3D en Prótesis

El diseño asistido por computadora (CAD) y la fabricación aditiva (impresión 3D) introducen flujos de trabajo digitales en el diseño y la producción de dispositivos protésicos y ortésicos. Una extremidad o región corporal se captura mediante escaneo, un dispositivo se modela y modifica en pantalla, y luego se produce mediante fabricación controlada por computadora, ya sea tallando un modelo para la fabricación tradicional (CAD/CAM) o construyendo el dispositivo directamente capa por capa mediante impresión 3D. Estos métodos prometen una mayor reproducibilidad, personalización y, en algunos entornos, un menor costo.

Definition

El diseño asistido por computadora y la impresión 3D en prótesis es el uso del modelado digital (CAD) junto con la fabricación controlada por computadora o aditiva para diseñar y fabricar dispositivos protésicos y ortésicos, reemplazando o complementando el moldeo manual y la fabricación artesanal.

Scope

Este tema abarca la cadena de diseño y fabricación digital tal como se aplica a las prótesis y ortesis: escaneo, modelado CAD, fabricación asistida por computadora y fabricación aditiva, junto con sus parámetros de diseño y sus compensaciones (trade-offs). Es material de referencia sobre la tecnología y sus consideraciones, no un protocolo de fabricación o una guía clínica para producir un dispositivo para un individuo.

Core questions

• ¿Cómo funciona una cadena de diseño y fabricación digital en prótesis y ortesis?
• ¿En qué se diferencian el CAD/CAM y la fabricación aditiva?
• ¿Qué parámetros de diseño afectan la resistencia y calidad de un dispositivo impreso en 3D?
• ¿Cuáles son los beneficios y limitaciones potenciales de la fabricación digital?

Key concepts

• Diseño asistido por computadora (CAD)
• Fabricación asistida por computadora (CAM)
• Fabricación aditiva (impresión 3D)
• Escaneo de superficie y captura de forma digital
• Fabricación por filamento fundido (Fused filament fabrication)
• Parámetros de relleno y capa
• Reproducibilidad y personalización

Mechanisms

Un flujo de trabajo digital generalmente comienza capturando la forma de la extremidad o región corporal con un escáner de superficie, produciendo un modelo tridimensional. El clínico o ingeniero modifica este modelo en software CAD para crear la geometría del dispositivo, aplicando rectificaciones de forma análogas a las realizadas a mano sobre un molde de yeso. El modelo se materializa entonces mediante fabricación asistida por computadora, que talla un modelo positivo para el moldeo convencional, o mediante fabricación aditiva, que construye el dispositivo directamente depositando material capa sobre capa. En las piezas impresas, los parámetros del proceso como la elección del material, la orientación de la capa y la densidad de relleno (infill density) influyen en la resistencia mecánica, por lo que estos ajustes son fundamentales para determinar si un dispositivo impreso puede soportar cargas funcionales.

Clinical relevance

El diseño digital y la fabricación aditiva están transformando la forma en que se producen los dispositivos protésicos y ortésicos y ofrecen flujos de trabajo reproducibles y personalizables que son un área activa de investigación y práctica. Esta entrada describe la tecnología y sus consideraciones de ingeniería como material de referencia; no proporciona instrucciones para fabricar un dispositivo ni orientación para seleccionar un método de fabricación para un paciente individual.

Evidence & guidelines

La base de evidencia está dominada por estudios y revisiones de ingeniería. Las revisiones sobre la fabricación aditiva basada en polímeros describen una creciente adopción y la gama de materiales y procesos en uso, mientras que estudios experimentales, como los de Campbell y colaboradores (2018), examinan cómo los parámetros de impresión, como el porcentaje de relleno (infill percentage), afectan la resistencia de los encajes transtibiales impresos en 3D, destacando que la adecuación mecánica depende en gran medida de cómo se imprime un dispositivo.

History

El diseño y la fabricación asistidos por computadora entraron en el campo de las prótesis y ortesis a partir de la década de 1980 como una forma de digitalizar la conformación de encajes y ortesis que tradicionalmente se había realizado a mano sobre moldes de yeso. La posterior difusión de la impresión 3D accesible, particularmente la fabricación por filamento fundido (fused filament fabrication), extendió la cadena de producción digital a la fabricación directa de dispositivos e impulsó la investigación sobre materiales, parámetros de impresión y la resistencia de los componentes impresos.

Seminal works

• campbell-2018
• sakib-2023

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre CAD/CAM e impresión 3D en prótesis?

En CAD/CAM, se utiliza un modelo digital para mecanizar un modelo positivo para la fabricación convencional, mientras que en la impresión 3D (fabricación aditiva) el dispositivo se construye directamente depositando material capa por capa.

¿Afecta la forma en que se imprime en 3D un encaje a su resistencia?

Sí. Los parámetros del proceso, como el material, la orientación de las capas impresas y la densidad de relleno, influyen en la resistencia mecánica de un dispositivo impreso, por lo que estos ajustes son importantes para determinar si puede soportar cargas funcionales.