Este documento describe el desarrollo de prótesis a partir de la ingeniería inversa y la fabricación rápida utilizando impresión 3D. El proceso incluye el diseño de prótesis usando software CAD, la simulación del flujo de metal fundido y la solidificación, y la impresión de modelos en ABS. Las pruebas muestran que una aleación de aluminio y magnesio cumple con los requisitos mecánicos y estructurales para reemplazar miembros amputados. El objetivo es mejorar la calidad de vida de personas

1. ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES ECCI
DISEÑO DE PRÓTESISEXACTAS A
PARTIR DE LA INGENIERÍA INVERSA Y
GENERACIÓN DE PIEZAS.
Aplicación de la Ingenieríaal campo.
Paula Peñuela – Daniela Patiño – Fermín Moreno

2. 2
APLICACIÓN DE LAS TÉCNICAS COMPUTER AIDED DESIGN, FUSED
DEPOSITION MODELING Y PRECISION CASTING PARA FABRICACIÓN
DE EXOPROTESIS.
Cada año en el mundo se estima que hay alrededor de 26,0001 personas entre victimas y
muertos por las minas anti personas, colocando este como uno de los principales
artefactos destructores creada por el hombre. En Colombia, siendo unos de los países
más ricos en recursos naturales y lamentablemente más violento, dirigido por grupos al
margen de la ley que en su afán de causar daño en repetidos ataques, dejan al país como
uno de los lugares con más personas afectadas por minas anti personas, las cuales solo
ocasionan la muerte y la mutilación; que en este caso solo el 30% de afectados
requieren amputación y el 70% pierden la vida instantáneamente o simplemente no
logran recuperarse de sus afecciones por la poca atención que se le da, conllevando a la
muerte.
A partir de ello, se crea prototipos de prótesis para reemplazar partes del cuerpo
ausentes desde la endoprotesis y exoprotesis, permitiendo así no solo solucionar una
problemática social sino permitiendo que niños, jóvenes y adultos accedan a ellas y
mejoren su calidad de vida.
A través de la investigación hecha por el grupo de rehabilitación física GIREF, Facultad
de ingeniería de la universidad de Antioquia propone un proceso hecho y mejorado de
prótesis a partir de la ingeniería inversa. El primer proceso cumple con la función de
sustituir una articulación dañada y que una vez colocada permite movilidad y disminuye
el dolor; en la exoprotesis esta sustituye un miembro amputado permitiendo una
rehabilitación biomecánica2.
1
Fuente The Human Rights Watch Report International Red Cross Global Policy Forum/ Indices de
mortadlidad minas anti personasen el mundo.
2 Estudio del movimiento a partir de estructuras mecánicas.

3. 3
Allí se desarrolla un método más fácil y practico que posee como objetivo mejorar los
prototipos endoprotesis y exoprotesis, a partir del prototipado rápido; que consiste en el
diseño de prótesis exactas a partir de la ingeniería inversa3 y generación de piezas.
El método consiste en crear un modelo basado en la técnica ABS y el diseño a partir de
cualquier software CAD, así se utiliza la aleación de Al y Si (aluminio y silicio).
El primer paso consiste en usar el software Solid –Edge en el cual se establecen las
fuerzas que actúan en la pieza y distribución de esfuerzos. En el segundo paso se usa el
Software Algor empleando la técnica de elementos finitos sobre una pieza
geométricamente modificada que toma como figura geométrica un cilindro. Luego se
usan los programas de diseño Solidcast y Solidflow en los cuales se establece las
dimensiones como altura y diámetro y en el vaciado temperatura del molde y el metal.
Después de realizar las pruebas definitivas realizadas se encontró que en la combinación
de los elementos Al-Si fundidas a 700ºC dejan porosidad y deficiente sanidad
estructural, no cumpliendo con el diseño principal de la exoprotesis.
Se realiza la aleación con Mg (Magnesio), aumentando las cantidades del silicio y un
tratamiento térmico T6, donde se encontró que aumento las propiedades mecánicas de la
aleación generando una mayor resistencia a la tracción y el limite elástico;
adicionalmente como se estableció en la primera aleación se encontró que en esta no
hay porosidad y es una estructura completamente sana bajo los requerimientos que se
establecieron en el proceso de diseño.
Para lograr esa estructura se construyó un modelo en Acrilonitril-Butadien-Stiren
(ABS), utilizando la técnica de Fused Deposition Modeling (FDM) a partir de un diseño
CAD de prótesis monocéntrica de rodilla para amputados transfemorales, usando el
software Solid-Edge . Con este diseño se realizó un análisis de las fuerzas que actúan en
3 Proceso de construir especificaciones partiendo deun sistema softwareo cualquier otro producto

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la pieza y la distribución de esfuerzos que se producen en condiciones de marcha
normal por medio de la técnica de elementos finitos utilizando el software Algor. Esto
se tradujo en una pieza geométricamente modificada, estéticamente mejorada y que
representa un menor desgaste energético por parte del usuario, debido a la disminución
de peso obtenida después de hacer una reducción en el peso del conjunto articular. Se
utilizaron los programas Solidcast y Solidflow para simular los procesos de vaciado,
(flujo del metal fundido y solidificación de la pieza diseñada). Se realizó un proceso de
iteración usando varias dimensiones de alimentador (como altura y diámetro) y
diferentes condiciones de vaciado (temperatura del molde y del metal fundido).
Después de realizar las pruebas pertinentes para lograr el modelo se encontró que la
pieza soporta las diferentes solicitaciones aplicadas durante la marcha, teniendo como
referencia a un individuo de 90 kg, en el momento de apoyar el talón, en el cual la
fuerza reactiva es de 2,2 veces el peso corporal, lo cual equivale a 1.940 N. El máximo
esfuerzo se localizó en el eje articular, mostrando un buen desempeño en cuanto a la
absorción de esfuerzos en el rango elástico; lo cual se efectúa en el rediseño de la pieza
original con herramientas de la CAD.
Al ser explicado el proceso y a ver cumplido satisfactoriamente con las condiciones
dadas para facilitar el manejo de la prótesis, peso, articulación, manejo y soporte, se da
la aplicación para que personas que han sufrido amputaciones ya sea como
anteriormente se describió por minas anti personas; siendo la causa más importante para
la creación y uso de las mismas; u otras afecciones, mejoren su estilo de vida tanto
social como sicológico a través de herramientas como estas creadas para brindar soporte
y sustituir espacios o vacios. Y además que puedan ser usadas por niños, jóvenes y
adultos.

5. 5
Bibliografía
- http://www.taringa.net/posts/offtopic/9952679/Minas-
Antipersonales___Hagamos-Conciencia.html/
- Fuentes: The Human Rights Watch Report
International Red Cross
Global Policy Forum.
- http://rolandcreativeawards.com/entry-profile/diseñoyfabricaciondeprotesis-
auriculares-utilizando-ingenier--a-inversa-y-manufactura-r--pida-
3/?country_id=93&language_id=6
- es.wikipedia.org/wiki/Ingeniería biológica
- http://cnx.org/content/m17432/latest/INGENIERIA INVERSA