Diseño, elaboración y caracterización de una prótesis de pulgar mediante técnicas de manufactura aditiva

Abstract

La amputación es considerada la cirugía mayor más antigua que se conoce con una historia de más de 2,500 años. Una de las amputaciones más comunes son las amputaciones parciales de mano. Dicha cirugía se asocia principalmente con traumatismos, aunque otras causas comunes son la sepsis, enfermedad vascular periférica, cáncer y para el manejo de enfermedades crónicas como la enfermedad de Dupuytren. En Estados Unidos existe una incidencia anual de amputaciones de mano estimada de 7.5 por cada 100000 habitantes siendo los grupos de edad más afectados los niños menores de cinco años y los adultos mayores a 65. La amputación de un miembro presenta diversos desafíos, uno de ellos es las séquelas emocionales, psicológicas, económicas y sociales. El desarrollo de presente trabajo tuvo como motivación el ofrecer una opción específica y de bajo costo de una prótesis de dedo pulgar impresa mediante manufactura aditiva 3D. En la actualidad existen un sinfín de proyectos protésicos con el uso del mismo material, que es este caso es el ácido poliláctico o PLA, no obstante, la mayoría de estas propuestas van dirigidas hacia amputaciones de miembros inferiores, o amputaciones totales de mano, y no a miembros específicos de esta, como lo es el dedo pulgar. De esta forma la propuesta en el presente trabajo tuvo a bien tanto el diseñar la prótesis con medida adecuadas para la población mexicana, como la caracterización de la misma para poder determinar su desempeño esperado por los usuarios. Para el diseño se tomaron en cuenta los diversos factores que intervienen en la impresión 3D y que modifican la apariencia, estructura interna y funcionamiento de una pieza impresa por este método: la densidad o porcentaje de relleno, el patrón de relleno, el grosor de capa y la velocidad de impresión. Sin embargo, dadas las diversas combinaciones entre estos que podrían hacerse y considerando los recursos y el tiempo disponible, se tomaron en cuenta únicamente la densidad de relleno y el patrón de relleno, esto con base en la documentación realizada en la cual según el trabajo de Pacheco Carpio (2019), son los dos factores que más influyen en el desempeño final de una pieza, siendo esta influencia de hasta un 67% de relación. Se eligieron tres niveles de relleno, a 100, 75 y 50%, y cinco patrones de relleno, cuadrado, vertical, horizontal, giroide o circular y triangular. Se generaron un total de quince probetas. Estas probetas se elaboraron con base en las medidas estandarizadas según la ASTM para los ensayos a tensión en polímeros. Una vez elaboradas se ensayaron todas las probetas hasta la rotura, registrándose la máxima carga soportada, el máximo esfuerzo, y la máxima deformación que se presentó durante el ensayo. Otro punto importante en la caracterización de la prótesis fue la aplicación de la difracción de rayos X y la Reflectancia total atenuada de espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier, sobre todo para caracterizar su estructura después de la impresión y asegurarnos que no hay inclusiones de otros materiales, o proceso de cristalización que pudieran afectar la durabilidad de la prótesis. Una vez que se estableció todo lo anterior, se procedió al diseño de la prótesis, considerando las medidas reportadas para población latinoamericana y en específico mexicana, el diseñó se realizó en el software SolidWorks, y se ensamblaron las dos falanges del pulgar. Cabe destacar que, aunque el diseño toma como base las medidas generalizadas del dedo pulgar mexicano, el diseño es un archivo cuyas medidas pueden personalizarse para que sean acordes con las del usuario final. Se realizó la impresión de los diseños finales utilizando las configuraciones finales que se consideraron después de las pruebas de tensión.