Prótesis avanzadas accesibles: Cómo PSYONIC desarrolló una mano biónica utilizando la fabricación aditiva

La fibra de carbono es un material con muchas posibilidades, ya que aumenta la durabilidad general y la rigidez de la Ability Hand, al mismo tiempo que reduce su peso. Sin embargo, los moldes tradicionales son caros, por lo que resulta prohibitivo realizar iteraciones y crear el número adecuado de moldes para la producción en lotes pequeños. Pero hoy en día, las empresas no tienen que elegir entre la fabricación aditiva y las máquinas de CNC tradicionales; simplemente pueden utilizar ambas opciones.

Austin nos explicó: "De hecho, en las primeras iteraciones del molde de fibra de carbono, la impresión 3D SLA era muy importante. No teníamos los recursos para producir moldes para la fibra de carbono con métodos como el mecanizado. En lugar de eso, lo que hacíamos era producir moldes utilizando la High Temp Resin. Era frágil, pero resistente al calor, lo que nos permitía prensar las láminas de fibra de carbono para darle la forma exacta que queríamos, colocarlas en un horno de alta temperatura para curarlas y después adherirlas a nuestra mano".

Los moldes impresos en 3D para la fabricación de piezas de fibra de carbono pueden reducir los costes y los plazos de entrega. Los ingenieros pueden imprimir directamente el molde con un coste reducido y en pocas horas, sin tener que esculpirlo a mano ni lidiar con equipamiento CNC. Con la High Temp Resin y la Rigid 10K Resin, las empresas emergentes de productos sanitarios como PSYONIC pueden obtener moldes de formas complicadas que serían difíciles de fabricar con métodos tradicionales.

Austin utilizó la High Temp Resin para crear varios moldes, sometiendo a ensayo su diseño de forma asequible a medida que lo hacía. Nos dijo: "Si no nos gustaba la forma, bastaba con cambiarla en CAD, volver a cargarla en la impresora 3D, sacar otro bloque de High Temp Resin y ya podíamos realizar iteraciones. Para obtener una sostenibilidad a largo plazo, acabamos pasando al mecanizado de moldes, pero para ese prototipado temprano y ensayos a corto plazo, la High Temp Resin en las impresoras Form 3 era muy útil". La High Temp Resin tiene una temperatura de flexión bajo carga de 238 °C a 0,45 MPa y es capaz de aguantar el calor y presión de un autoclave.

La ingeniería inversa es un modo eficaz de crear diseños digitales a partir de una pieza física y puede ser una valiosa herramienta en el arsenal de prototipado de los ingenieros. Un equipo de ingeniería hábil y una impresora 3D pueden realizar ingeniería inversa de una pieza con rapidez, reduciendo los retrasos en la producción.

Quien trabaje en el campo de la medicina sabe lo caras que pueden ser las piezas de marca. A veces, reemplazar incluso un pequeño enganche puede costar cientos de dólares. Para los negocios pequeños como PSYONIC, el coste de estos recambios puede ser prohibitivo.

PSYONIC agarró el toro por los cuernos, recurriendo una vez más a las impresoras 3D de sus instalaciones para agilizar el desarrollo y reducir costes. Austin nos dijo: "En ocasiones, necesitamos que ciertas piezas sean compatibles con los productos de otras empresas, y aunque es posible comprarlos, como muchas cosas en la industria médica, el coste es desorbitado. Con las piezas pequeñas, tenemos la capacidad de aplicarles ingeniería inversa con facilidad para obtener su forma y después, simplemente las producimos nosotros aquí".

Integrar el moldeo por inyección en series cortas en el proceso de desarrollo de los productos sanitarios puede ser beneficioso para muchos equipos de ingeniería. Cuando se empieza a crear un nuevo producto, producir remesas pequeñas de piezas de uso final utilizando utillaje rápido es un modo eficaz y asequible de dar el salto desde el prototipado hasta la producción en masa, que suele requerir utillaje complejo y costoso. El equipo de PSYONIC empezó por imprimir en 3D cada pieza de la Ability Hand, incluidos los dedos, para reducir los costes. No tardaron en encontrarse con la necesidad de moldear dedos más resistentes y pasaron a imprimir en 3D los moldes en vez de los dedos.

Akhtar nos habló de esta transición, diciendo: "Algunos de los mayores desafíos que hemos afrontado son encontrar el modo de hacer que esta mano siga costando poco de fabricar, pero siga siendo más resistente que las alternativas que haya en el mercado. Y la primera vez que empezamos a construir estas manos, la imprimíamos entera en 3D, lo que la hacía muy rentable. Sin embargo, cuando hablamos con cientos de pacientes y médicos, lo principal de lo que se quejaban era de que su mano biónica de 50 000 $ se rompía. Si la golpeaban por accidente con el lado de una mesa, al estar los dedos hechos de componentes rígidos impresos en 3D, se partían por las articulaciones. En cambio, nuestros dedos son flexibles. Cuando los golpeamos, se doblan y vuelven a adquirir su forma original. Ese es el tipo de funcionalidad que queríamos incluir en nuestras prótesis, para que fueran más resistentes que las demás".

El equipo empezó por utilizar impresoras 3D de modelado por deposición fundida (FDM) para crear sus moldes. Las impresoras FDM ofrecen impresiones rápidas y baratas, pero que a menudo tienen dificultades para soportar situaciones con grandes presiones. Los moldes tienen que ser extremadamente lisos e imprimirse a alta resolución, por lo que la SLA es una opción mejor. Austin nos dijo: "El proceso de moldeo de nuestros dedos es algo que originalmente habíamos estado usando durante mucho tiempo con moldes impresos mediante FDM. Sin embargo, esos tenían varios inconvenientes para la inyección, principalmente que el acabado de la superficie no era bueno. Salían las estrías típicas de los impresos mediante FDM, ya que se realizan capa a capa. Y todos nuestros objetos moldeados acabarían teniendo unas extrañas texturas estriadas encima. Cuando pasamos a usar la Clear Resin, pudimos obtener un acabado de la superficie mucho más liso por la mayor resolución que ofrece. Por eso, producimos estos moldes tomando el inverso de la forma del dedo que quisiéramos, sustrayéndola de un bloque y añadiendo canales y entradas para la inyección de silicona en dos piezas. Una vez que el molde estaba diseñado e impreso en una impresora 3D, colocábamos un hueso impreso en 3D en su interior, que forma el esqueleto del dedo".

Continuó diciendo: "Sujetábamos el molde de Clear Resin a su alrededor, mezclábamos algo de silicona curada con platino en dos piezas, la inyectábamos a mano en un agujero del molde con una jeringa y llenábamos el molde con esta silicona en dos piezas que envolvía el dedo por completo. Así, cuando salía, obteníamos un dedo nuevo de buena calidad. Y hemos podido darle muchos usos a estos moldes. Se pueden utilizar y volver a abrir una y otra vez, probablemente decenas y decenas de veces. El único límite con la Clear Resin es que se acaban desgastando con el tiempo, principalmente por el mero hecho de manipularlos. Pero incluso cuando eso sucede, es bastante fácil introducir otra remesa en la impresora y en 24 horas (por la alta resolución a la que los imprimimos) tenemos otro molde y estamos listos para moldear más dedos".

Austin utilizó la máxima resolución posible al imprimir con su Form 3 (25 micras) para crear tanto sus moldes como sus piezas de uso final. Austin nos dijo: "Imprimimos a la máxima resolución posible con todos nuestros materiales. En el caso de las piezas de Tough 1500 Resin, es porque tienen un ajuste muy preciso. Encajan de forma muy ajustada dentro de la mano y en torno a los componentes que rodean. Cualquier variación o tolerancia indebida podría provocar una fricción excesiva o que haya piezas que queden desalineadas, por lo que se deben fabricar con toda la precisión posible para obtener un ajuste y una funcionalidad óptimos. En lo que respecta a los moldes, el motivo por el que los creamos a la máxima resolución posible es que el acabado de la superficie debe ser lo más liso posible. Después, los lavamos a conciencia con la Form Wash para tener una superficie extremadamente lisa que se refleja en la silicona que moldeamos más adelante con esas impresiones".