Manufactura de una estructura de �rtesis din�mica para la
dorsiflexi�n de la mano
mediante modelado por deposici�n fundida
Juan Carlos V�squez Jim�nez
Felipe Ernesto Orozco Contreras
Asunci�n Adriana Arango Perdomo
Seraf�n Reyes Garc�a
Mar�a de Jes�s Oreg�n Silva
Tecnol�gico Nacional de M�xico / Instituto Tecnol�gico de Tehuac�n
Divisi�n de Estudios de Posgrado e Investigaci�n
Departamento de Metal - Mec�nica
Tehuac�n, Puebla, M�xico
RESUMEN
El prop�sito de este trabajo es realizar la estructura base del prototipo de �rtesis para la rehabilitaci�n de los dedos de la mano, en el cual se recrean los movimientos de los cincos dedos por mediante mecanismos a trav�s de servomotores que activaran independientemente los dedos de la mano tratando lograr una movilidad adecuada de la mano con problemas. Para el proceso de dise�o se utiliza un software de dise�o asistido por computadora CAD, con el que se obtienen las piezas de manera virtual, se lleva a cabo un an�lisis de esfuerzos en las piezas que tienen sometimiento y para la manufactura de las partes necesarias para la �rtesis es mediante el Modelado de Deposici�n Fundida MDF utilizando un material pl�stico de origen vegetal PLA y liviano. La �rtesis debe de ser capaz de emular el movimiento de los dedos de la mano. Se manejar� el movimiento de estos servomotores con un controlador, donde se memorizar�n ejercicios recomendados para la rehabilitaci�n de personas con da�os motrices en la mano. Se consideran las medidas de la mano contempladas dentro con la Norma DIN 33 402, con la finalidad de dise�ar un exoesqueleto tipo guante el cual estar� constituido por varios mecanismos de plancha para el movimiento de cada uno de los dedos independiente. Se pretende con este proyecto minimizar al m�ximo los costos, logrando una �rtesis con econom�a de bajo presupuesto para accesibilidad al p�blico, obteniendo los materiales de f�cil acceso y bajo costo.
Palabras clave: estructura; �rtesis din�mica; modelado por deposici�n fundida.
Design and manufacture using MDF of a dynamic orthosis structure for the fingers of the hand
ABSTRACT
The purpose of this work is to make the base structure of the prototype of orthosis for the rehabilitation of the fingers of the hand, in which the movements of the five fingers are recreated by means of mechanisms through servomotors that independently activate the fingers of the hand. Trying to achieve adequate mobility of the hand with problems. For design process is used, CAD Computer-Aided Design software, with which the parts are obtained in a virtual way, a stress analysis is carried out in the parts that have subjection and for the manufacture of the necessary parts to the orthosis is by means of the Fused Deposition Modeling FDM using a plastic material light of vegetal origin PLA. The orthosis must be able to emulate the movement of the fingers of the hand. The movement of these servomotors will be operated with a controller, where recommended exercises for the rehabilitation of people with motor injuries in the hand will be memorized. The measurements of the hand contemplated within the DIN 33 402 standard are considered, in order to design a glove-type exoskeleton which will be made up of several plate mechanisms for the movement of each of the fingers independently. It is intended with this project to minimize costs as much as possible, achieving an orthosis with a low budget economy for accessibility to the public, obtaining materials that are easily accessible and low cost.
Keywords: structure; dynamic orthosis; fused deposition modeling
Art�culo recibido:� 02 noviembre. 2021
Aceptado para publicaci�n: 28 noviembre 2021
Correspondencia: [email protected]
Conflictos de Inter�s: Ninguna que declarar
1. INTRODUCCI�N
La �rtesis es un mecanismo ortop�dico o exoesqueleto, que se implementa en una parte del cuerpo de la persona, para contrarrestar, prevenir o corregir alguna anormalidad, para posibilitar una funci�n (Levy, 2003). Zambudio (2009) explica que la palabra �rtesis es utilizada para definir todos aquellos aparatos externos que sirven como ayuda, soporte y se utilizan en el campo de la ortopedia. El significado proviene del t�rmino griego orthos, que quiere decir recto que se puede entender como enderezar.
Las �rtesis se pueden clasificar seg�n su funci�n en cuatro tipos: estabilizadoras o inmovilizadoras, que mantienen una posici�n e impiden movimientos indeseados, si el objetivo es actuar como soporte de un segmento paralizado, o para disminuir la amplitud articular de un segmento inflamado y doloroso. El grado de inmovilizaci�n deseado var�a seg�n el tipo de �rtesis utilizado. Son las que tienen mayor utilidad; funcionales: llamadas tambi�n din�micas, ya que llevan incorporado un elemento el�stico que permite movilizar un segmento de un miembro paralizado; correctoras: sirven para corregir una deformidad esquel�tica, son m�s efectivos si se utilizan durante el desarrollo infantil y protectoras: mantienen la alineaci�n de un miembro enfermo o lesionado. En cuanto a la extremidad, articulaci�n o regi�n anat�mica a la que van a aplicar se clasifican en: extremidad superior: brazo, codo, mano; extremidad inferior: pie-tobillo-pantorrilla; rodilla; muslo-cadera (f�rulas o arneses); funcional o adaptativa del pie (plantilla y calzado ortop�dico) y dorsolumbar. (��rtesis y f�rulas�, s. f.)
El proyecto completo de la �rtesis, est� constituido de dos etapas, en la primera parte se dise�a y se manufactura la estructura o armaz�n mediante la deposici�n fundida de material pl�stico y muy ligero y� en la segunda parte se desarrolla su sistema de control el cual se basa en la implementaci�n de un controlador Arduino, cuya retroalimentaci�n se obtendr� por medio de lenguaje de programaci�n, creando una secuencias de ejercicios programadas en el mecanismo de unos servomotores que mover�n los dedos de la mano, para la simulaci�n de dicha mano, el mecanismo automatizado se determinara el grado de amplitud para articular� los falanges de la mano, creando un programa que pueda interactuar con el paciente y el especialista a trav�s de una aplicaci�n de celular. Para efectos de este trabajo solamente nos ocupamos de la manufactura de la armaz�n base de la �rtesis.
En este trabajo se establece el proceso de dise�o para lo que se utiliza un software de dise�o asistido por computadora CAD, con el que se obtienen las piezas de manera virtual, se lleva a cabo un an�lisis de esfuerzos en las piezas mediante la aplicaci�n CAE que tienen sometimiento de fuerzas y de la manufactura de las partes necesarias para la �rtesis es mediante el Modelado de Deposici�n Fundida MDF utilizando un material pl�stico de origen vegetal PLA y liviano. Se realiza el ensamble virtual y se llevan a cabo las pruebas y ajustes antes de pasar al proceso de modelado.
El enfoque del prototipo es ayudar y colaborar con la incapacidad motriz de los dedos de la mano. Para el tratamiento de lesiones y discapacidades, se tratan mediante terapias f�sicas, ocupacionales o uso de aparatos ortop�dicos y en algunos casos con cirug�a. De los anteriores tratamientos el que mejor se adapta a las necesidades del paciente con problemas de movimiento muscular en las manos, se recomienda las �rtesis, que brindan el apoyo necesario. Se pretende atacar el problema con el predise�o de una �rtesis de rehabilitaci�n, la cual est� orientada a ser una herramienta como pr�ctica para los fisioterapeutas, especialistas y principalmente para pacientes con la discapacidad, logrando avances en su rehabilitaci�n.
El prototipo de la (�rtesis) se ha pensado en dise�arlo en la comodidad y econom�a de las personas a las que �ste va dirigido. Por lo tanto, sobre salen algunos beneficios que se mencionan a continuaci�n.
� Fisiol�gicos: El prototipo de �rtesis dar� rehabilitaci�n a los dedos de la mano que tengan dificultad de movilidad.
� Accesibilidad: Por su amigable uso, dise�o y costo, hacer este prototipo es ideal para su uso profesional en el �rea de la salud de cualquier hospital o centro de rehabilitaci�n CRI (Centro de Rehabilitaci�n Integral), y tambi�n para cualquier usuario independiente que lo use desde la comodidad de su hogar.
� Econ�micos: El prototipo de �rtesis automatizada, est� dise�ado para que la adquisici�n de esta �rtesis est� al alcance de todas las personas, ya que todo est� producido con materiales de f�cil obtenci�n reduciendo al m�s m�nimo costo.
El objetivo de este proyecto es el de dise�ar por un software CAD la estructura o armaz�n de una �rtesis din�mica para la rehabilitaci�n de los dedos de la mano y manufacturarla mediante el Modelado por Deposici�n Fundida MDF utilizando �cido l�ctico o poli�cido l�ctico PLA.
2. ESTRATEGIAS METODOL�GICAS, MATERIALES Y M�TODOS
2.1. Antecedentes
La �rtesis din�mica de mano para la flexi�n de mu�eca con doblado reverso de nudillos para la rehabilitaci�n de personas con problemas motrices es dise�ada con el fin de fortalecer gradualmente la flexi�n de dedos, posteriores a cirug�a de flexores, evita la deformidad en flexi�n de dedos. Por lo regular en la mu�eca se monta una abrazadera din�mica de aleaci�n de aluminio, resorte de torsi�n, almohadilla de tela de esponja y materiales de l�mina de goma de arco transpirable, uso m�s c�modo, m�s conveniente. Depende del resorte de tensi�n en el soporte de aleaci�n de aluminio, los dedos y las articulaciones de la mu�eca ahorran dorsiflexi�n puede tener actividades al mismo tiempo (Arce, 2005).
Se utiliza en el proceso de recuperaci�n o rehabilitaci�n en lesiones como par�lisis del nervio radial, ruptura de ligamentos inter�seos de los dedos, cicatriz palmar por quemaduras, considerando tambi�n la protecci�n de la extremidad lesionada, mediante la dorsiflexi�n de la mu�eca, con doblado reverso de nudillos para mantener en extensi�n las articulaciones metacarpofal�ngicas y balanc�n para extender las articulaciones interfal�ngicas distales, considerando una rehabilitaci�n pertinente para que se tenga una recuperaci�n favorable. (Ortiz et al, 2016)
Los productos que se encuentran en el mercado son los siguientes:
La empresa Ortopedia Nodal presenta una combinaci�n de f�rula de resorte Oppenheimer para la dorsiflexi�n d la mu�eca con doblado reverso de nudillos. Extiende las articulaciones metacarpofal�ngicas y balanc�n para extender las articulaciones interfal�ngicas distales. Indicada para par�lisis radial. Adem�s de una f�rula con barra lumbrical alta y baja, con cabestrillos y el�sticos para cada uno de los dedos, de acuerdo con la prescripci�n m�dica. Elaborada sobre medidas en material termopl�stico, l�mina de aluminio y platina con ajuste en velcro (�F�rula din�mica para mano�, s.f.).
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Figura 1. F�rula din�mica con resorte Oppenheimer para extensi�n dedos.
Fuente: http://ortopedianodal.com/producto/ferula-dinamica-para-flexion-de-muneca-y-dedos-mod-13b/
� La empresa Central Orthomedica presenta una f�rula de resorte de Oppenheimer para dorsiflexionar la mu�eca con doblado reverso de nudillos, para extender las articulaciones metacarpofal�ngicas y balanc�n para extender las articulaciones interfal�ngicas distales. Indicada en la rehabilitaci�n de una par�lisis radial (�F�rula din�mica�, s.f.).
Figura 2. F�rula de resorte de Oppenheimer para dorsiflexionar la mu�eca con doblado reverso de nudillos
�Fuente: https://www.centralorthomedica.com/brazo.html
2.2. Propuesta del prototipo
Algunas consideraciones recomendadas en el Manual de �rtesis que se deben de tener en cuenta para el dise�o; las necesidades y caracter�sticas del usuario, el tipo de lesi�n y gravedad de �sta, y una vez realizada la �rtesis se requiere mantener un proceso evaluativo colaborativo continuo. (Hospital del Trabajador, 2013)
� Edad
� Nivel de actividad (facilita o dificulta la rutina ocupacional).
� Situaci�n social y apoyo familiar
� Tiempo de uso y tolerancia al esfuerzo
� Tiempo y costo de fabricaci�n
� F�cil de usar y retirar
� Motivaci�n y capacidad de seguimiento de instrucciones
� Medidas corporales
� Proximidad al centro de atenci�n y control
� Programa de ejercicios posible y tolerancia al dolor
� Simpleza de dise�o
� Est�tica
Este proyecto est� basado en un prototipo de dise�o de exoesqueleto, que se la har�n diferentes pruebas para ver qu� tan eficaz es su mecanismo y su funcionamiento por medio del sistema de polea exc�ntrica biela-palanca (�Mecanismos�, 2012).
El dispositivo desarrollado busca mantener los rangos articulares de la mano en su magnitud apropiada, as� como mantener m�sculos y tendones en movimiento; de acuerdo con las necesidades de cada paciente, el barrido angular del movimiento debe cambiar para adaptarse a �ste (Fique y Aponte, 2008)
Con el fin de mover las falanges de la mano para abrir y cerrar. Por medio de un servo motor clocado en la mano para realizar dicha funci�n. Es �til para personas que tienen dificultad de movimiento de mano y sensibilidad a la punta de los de dos, pero no tienen suficiente fuerza para la movilidad de la mano en su conjunto
Figura 3. Propuesta de para la estructuraci�n de la �rtesis
Imagen base tomada de: http://introduccionalapm.blogspot.com/2011/05/articulacion-de-manos-y-dedos.html
La tecnolog�a desarrollada para el prototipo se caracteriza por ser un exoesqueleto �til para personas que tienen movimiento de mano y sensibilidad a la punta de los dedos pero no tienen suficiente fuerza para soportar los objetos.
La �rtesis cabe destacar que: puede ser utilizada por cualquier persona que tenga movilidad y sensibilidad, pero no fuerza en la mano, puede adaptarse a diferentes tama�os de mano, su accionamiento va a depender de energ�a externa por medio de servomotores, facilita las actividades de la vida diaria, su peso es muy reducido, y est�ticamente puede mimetizarse con un guante y su fabricaci�n es f�cil y econ�mica, y su uso es muy f�cil (Pe�a; Tic�; L�pez, Abenoza y Romero, s.f.).
2.3. Dise�o de las piezas de la �rtesis mediante un software CAD
En este punto se considera el dise�o mediante un software CAD de las diferentes tipos de piezas independientes que conformar�n la �rtesis en su complejidad mostrando cada una de ellas con las medidas espec�ficas de una mano para despu�s pasar a un ensamble de funci�n de mecanismo (G�mez, 2010):
a. Anillo sujetador de dedo. El anillo de sujeci�n del dedo de la mano, este anillo tiene la funci�n de entrar en los dedos de la mano, tiene una peque abertura en la parte inferior de el con unos barrenos a los extremos, esto se realiz� con el fin de autoajustar el anillo a todos los dedos, colocando un tornillo y su tuerca para realizar la acci�n de apretar y de aflojar a como lo pide el dedo, en la parte de arriba se encuentra� otro barreno el cual va conectado a una extensi�n de la parte del exoesqueleto con el fin de tener el movimiento� al abrir o cerrar el dedo, a si logrando crear un tipo de palanca sobre el dedo y crear el movimiento. Este anillo se le hicieron diferentes tipos de chafl�n sobre los bordes, con el fin de dejarlo lo m�s curveado posible, para un deslizamiento perfecto, para que la superficie de los dedos logre un mayor deslizamiento o facilidad de entrada y salida al coloc�rselo a dicho paciente.
b. Sujetador de placa e inmovilizador en mu�eca. La pieza se encuentra en forma de U, que este va colocado en la parte de abajo del soporte de placa impresa y bater�as el cual este va a atornillado junto con la placa, haciendo presi�n para inmovilizar todo el cuerpo en caso de movimientos.
c. Biela de movimiento. Esta pieza es fundamental para el movimiento del mecanismo de cada dedo, ya que esta va conectada al engrane del servomotor junto con una arandela de pl�stico, lo que hace que se mueva el mecanismo de apertura y cerradura del exoesqueleto de cada dedo independiente.
d. Extensor largo para anular y dedo medio. En esta parte podremos observar el extensor largo solo lo ocupan los dedos de en medio, que son el anular y dedo medio, ya que los servomotores de este mecanismo se encuentras por delante de los dem�s, lo cual es m�s corto el mecanismo, no como los dedos �ndice y me�ique el cual su mecanismo es m�s extenso por la posici�n de servomotores, ocupan dos. La forma de los barrenados de en medio del extensor, hacen que sea m�s ligero, al mismo tiempo ahorren material de impresi�n el cual el mismo cuerpo resiste las diferentes fuerzas ejercidas sobre los dedos, ya que esto le permite que el punto de ruptura sea menor al de una pieza completa s�lida.
e. Extensor corto para me�ique, �ndice y pulgar. El extensor peque�o es apto para los dedos mencionados, ya que estos se encuentran conectados a otro extensor corto, por la posici�n de los servomotores que se encuentran en la parte trasera del soporte posici�n excepto el del dedo pulgar, este solo requiere uno de estos extensores ya que el dedo es corto as� como la posici�n del servo es m�s cercana a la del pulgar.
f. Extensi�n de mecanismo para �ndice y me�ique. Esta pieza es una extensi�n de solo dos dedos, que son el dedo me�ique y el dedo �ndice, el cual se tuvo que hacer por la posici�n de los servomotores, los servomotores tienen la limitaci�n de movimiento, la limitaci�n se debe al espacio del soporte que se redujo en los m�s m�nimo, ya que no todos tienen la misma posici�n, ya que esto permite que el mecanismo se extienda entre los dem�s, tenga funcionalidad de movimiento del exoesqueleto de los dedos mencionados.
Figura 4. Piezas de la estructura de la �rtesis.
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a. Anillo sujetador de dedo |
b. Sujetador de placa e inmovilizador en mu�eca |
c. Biela de movimiento |
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d. Extensor largo para anular y dedo medio. |
e. Extensor corto para me�ique, �ndice y pulgar. |
f. Extensi�n de mecanismo para �ndice y me�ique |
g. Soporte del cuerpo de la �rtesis. La siguiente figura que se muestra es el cuerpo de todo el exoesqueleto, donde se observa que tiene tres rieles, en esta parte superior, es donde se insertaran tornillos de 2 1/2� pulgas de largo por 1/8� en cuerda est�ndar, que estar�n colocados de manera vertical donde la cabeza del tornillo entrara por el riel quedando de forma que la punta quede arriba, para que en esa forma entren los sujetadores de los servomotores motores. La parte lateral izquierda se encuentran unos barrenos con bisagras, en esta parte se colocar� otra base la cual sujetar� el otro servomotor que ser� la parte del dedo pulgar. El cual tendr� la capacidad de moverse hacia arriba o hacia abajo, como lo pida el dedo pulgar del paciente.
h. Soporte del servo del dedo pulgar. Se puede observar que la siguiente pieza dibujada, que se tiene solamente dos rieles para la sujeci�n de un solo servomotor, el cual corresponde al del dedo pulgar, as� como tambi�n se pueden observar las bisagras con sus barrenos, ya que estas entraran sujetas al otro soporte y se insertara una varilla de 1.2 mm entre los dos soportes para su agarre, teniendo la movilidad para ajustarse al dedo pulgar.
i. Sujetador de servomotores. El sujetador de los servomotores esta echo en forma de canal C el cual adquiere la forma de los servos motores, su funci�n es mantenerlos en su posici�n, que respectivamente est�n sujetos en la base, ya que esta cuenta con los barrenos laterales, el cual van insertados junto con los tonillos que se colocaron en el riel del soporte, coloc�ndolos con rondanas de presi�n y sus tuercas para su agarre.
j. Tapa de porta pilas. La siguiente figura se muestra la tapa de la porta pilas, el cual las protege de alg�n da�o externo, as� como la ca�da de las bater�as ya que en la mano se encuentra en constante movimiento con el uso de la �rtesis.
k. Base de porta pilas e impresi�n de placa. En la siguiente figura se muestra el soporte que llevara la placa de impresi�n (PCB) junto con los componentes, que son el Arduino la antena Bluetooth, as� como las bater�as doble A de 4.7 volts a 5800 miliAmperes.
Figura 5. Piezas de la estructura del sistema motriz y control.
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g. Soporte del cuerpo de la �rtesis |
h. Soporte del servo del dedo pulgar |
i. Sujetador de servomotores |
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j. Tapa de porta pilas |
k. Base de porta pilas e impresi�n de placa |
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2.4. Ensamble virtual de las piezas de la �rtesis en software CAD
En esta parte se puede observar las capturas de pantalla, donde se muestran mostrar las diferentes posiciones y �ngulos del exoesqueleto ensamblado, el cual el objetivo del montaje, es demostrar la complejidad del movimiento con la que se puede desplazar los diferentes mecanismo de cada dedo, as� mismo viendo la construcci�n de todos sus componentes, la finalidad es que el primer prototipo de exoesqueleto, logre la movilidad de los dedos de la mano en un promedio del 50 al 70 por ciento de eficiencia, ya que las personas con discapacidad fatal inmovilidad solo logran un 10 a 30 porciento de movilidad de su mano independientemente.
Figura 6. Vistas de la �rtesis ensamblada.
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Soportes de los dedos extendidos |
Soportes de los dedos retra�dos |
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Vista posterior |
Vista frontal |
3. APLICACI�N DEL MODELADO POR DEPOSICI�N FUNDIDA
3.1. Introducci�n
La manufactura aditiva mediante el modelado por deposici�n fundida mejor conocido como impresi�n 3D es un proceso muy f�cil, aplicado desde principiantes y utilizado hasta en sistemas de producci�n, en el cual se pueden ocupar una variedad de materiales y colores con tiempos de respuesta r�pidos y una amplia gama de materiales y colores destinados a aplicaciones funcionales y verificaci�n de dise�o (Cervantes, 2019).
La patente inicial de FDM (Fused Deposition Modeling o tambi�n conocido como FFF de igual forma Fused Filament Fabrication que es Fabricaci�n con Filamento Fundido) fue otorgada al fundador de la empresa Stratasys, Scott Crump en 1992. La resistencia de FDM est� en la gama de materiales y las propiedades mec�nicas efectivas de las piezas resultantes fabricadas con esta tecnolog�a. Las piezas fabricadas se encuentran entre las m�s resistente para cualquier proceso de fabricaci�n aditiva a base de pol�meros (Gibson, Rosen and Stucker, 2015).
Es una t�cnica considerada como la m�s sencilla, la tecnolog�a de modelado por deposici�n fundida MDF se basa en tres elementos principales: una placa/cama de impresi�n en la cual se imprime la pieza, una bobina de filamento que sirve como material de aportaci�n para la impresi�n y un cabeza de extrusi�n tambi�n llamada extrusor. En resumen, el filamento es jalado por la impresora y fundido por el extrusor, que deposita el material de forma precisa capa por capa sobre la placa de impresi�n. Estas capas luego se enfr�an y solidifican, lo que da como resultado una parte impresa que ofrece una alta durabilidad y resistencia al calor. La FDM requiere un material de soporte de sacrificio que se deposita a trav�s de una segunda boquilla. La impresi�n 3D comienza cuando la m�quina alcanza una temperatura necesaria para la fusi�n del material. Entre los materiales de impresi�n 3D m�s populares en la deposici�n por fusi�n se encuentran el PLA (�cido Polil�ctico) y el ABS (Acrilonitrilo Butadieno Estireno). (S�nchez, 2017)
3.2. Material de impresi�n de la �rtesis: filamento �cido polil�ctico (PLA)
Los filamentos PLA son recomendados por su facilidad para imprimir, compatibles con pr�cticamente cualquier impresora 3D y pluma 3D. El PLA contiene aditivos plastificantes, que, por ser m�s caros, suelen ser usados �nicamente en filamentos de alta calidad. Estos aditivos prolongan la vida �til del producto y mejoran significativamente las impresiones 3D. Cada mil�metro de filamento es probado por sistemas de control l�ser, garantizando un di�metro estable y un producto libre de burbujas.
Se enrolla en su carrete usando sistemas computarizados, que proporcionan una distribuci�n ordenada, concediendo as� una conservaci�n adecuada del filamento, ya que evita el maltrato y deformaciones. Adem�s, anula la posibilidad de rupturas por enredos durante las impresiones (�PLA�blanco�, s.f.).
Tabla 1. Ficha t�cnica de PLA adquirido.
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Caracter�sticas |
Datos |
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Di�metro |
1.75 mm |
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Peso |
1 kg |
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Color |
Blanco |
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Temperatura de impresi�n |
190 � 230� C |
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Temperatura de la cama |
50 � 65� C |
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Densidad |
1.24 g/cm3 |
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Tolerancia de di�metro |
� 0.03 mm |
3.3. Equipamiento utilizado: Impresora 3D ANET A8
La impresora por utilizar es la ANET A8 Cuenta con una pantalla LCD 2004 con cinco botones para una impresi�n sencilla y c�moda. Eso s�, sacarle todo el partido requiere tiempo, especialmente por su calibraci�n manual, pero una vez conseguido se obtiene una calidad alta de impresi�n (�Anet A8�, s.f.).
Tabla 2. Caracter�sticas de la impresora 3D ANET A8.
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Caracter�sticas |
Datos |
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Resoluci�n |
�0.1-0.2 mm |
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Velocidad Movimiento |
10~100 mm/s |
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Temperatura. Extrusor |
250� C |
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Temperatura Cama |
100� C� |
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Filamento Preferencial |
PLA |
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Volumen Impresi�n |
220 x 220 x 240 mm |
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Formato Archivo |
STL, OBJ, JPG |
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Material Cama |
Aleaci�n de aluminio |
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Di�metro Filamento |
1.75 mm |
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Voltaje |
110-220 V |
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Potencia |
240 W |
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Tama�o Art�culo |
50 X 45 X 40 cm |
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Peso |
8 Kg |
Figura 7. Impresora 3D ANET A8
3.4. Proceso de impresi�n 3D en tiempo real
En esta parte se mostrar�n im�genes de las impresiones realizadas de las piezas del exoesqueleto en tiempo real, solo como comprobaci�n, resultado y demostraci�n del funcionamiento de impresi�n, as� como la impresora que se utiliz� para dicho proyecto durante el proceso y programa.
Solo se mostrar�n algunas im�genes de las piezas impresas, el promedio m�nimo de la pieza m�s peque�a fue de 2 horas, as� como el tiempo m�ximo por la m�s grande fue de 9 horas haciendo total de m�s 180 horas de impresi�n continua por todo el proyecto. El ajuste de esta impresora tiene un margen de error de 0.2 mil�metros entre las capas de impresi�n.
Figura 8. Se puede observar el cabezal imprimiendo capa por capa del soporte de los servos. En la pantalla LCD se muestra el tiempo, temperatura y las coordenadas de posicionamiento del cabezal.
Figura 9. Se observa la impresi�n del anillo de sujetador de dedo, este anillo se hizo con una abertura en el centro para que fuera auto ajustable.
Figura 10. Soporte de servomotores con dos entradas para la entrada de una banda de sujeci�n y la base de soporte de servo para el dedo pulgar.
Figura 11. Piezas impresas, bielas de los servomotores, as� como el soporte.
3.7 Montaje del cuerpo del exoesqueleto.
Figura 12. Se muestra extensor largo que va en los tres dedos del centro de la mano, as� como los extensores peque�os que van en el pulgar y el me�ique
Figura 13. Se observa la �rtesis ya conformada por todas las piezas impresas, el guante se le puso para en caso de que la mano fuera m�s delgada o peque�a u este entre de manera justa sobre la �rtesis.
Figura 14. Se muestra el exoesqueleto ensamblado y probado en una mano f�sicamente, para ver la funcionalidad el mecanismo de cerradura y apertura de los dedos de la mano.
Figura 15. Pruebas y ajustes de la �rtesis en f�sico, considerando ya la segunda etapa del trabajo que ser�a el sistema motriz y de control.
4. CONCLUSIONES
El prototipo de �rtesis elaborado de material termopl�stico (PLA) con circuitos y materiales de f�cil acceso, pueden ser adaptadas directamente al paciente y ser f�cilmente cambiadas, as� como reimpresas cada una de las piezas del prototipo en caso de ruptura o desgastes, el promedio gastos de este proyecto en material llevo un total de $ 2100.00 pesos estando por debajo de promedio de todas las �rtesis existentes.
Este prototipo se puede convertir en una parte integral del proceso de terapia cuando deseamos, la recuperaci�n del movimiento o funci�n en la mano en base al diagn�stico de un especialista.
La �rtesis fue dise�ada con el fin de ajustarse a cualquier mano que pueda ser recuperable as� como su uso correcto y limpieza.
Puede usarse con algunos tipos de guantes del cualquier tipo de tela que permitan la movilidad del esqueleto de la mano. Si la �rtesis se moviera mucho dentro los dedos de la mano o molesta se debe ajustar los anillos con sus tornillos y tuercas para aflojar o cerrar el anillo que entre en el dedo de la mano, recomendado el guante para mayor ajuste y comodidad.
Se visualizan de manera virtual los diferentes �ngulos del exoesqueleto, para la demostraci�n del mecanismo a trav�s de la simulaci�n, demostrando que tan funcional puede resultar por medio del CAD, ya que el dise�o asistido por computadora es lo que m�s cercano a una simulaci�n de la vida real, para la disminuci�n de errores en una totalidad.
Se aprecia como los extensores de los dedos est�n extendidos, cuando las palancas que est�n incorporadas en los servomotores, estos se mueven hacia el punto de juntarse con el soporte, los anillos que van colocados en los dedos, logran crear un tipo de palanca el cual crea la apertura cada uno de las falanges de la mano.
Adem�s, se observa c�mo se puede lograr el mismo efecto de empuje, sobre los anillos de los dedos con la retracci�n de las palancas de los servomotores, cuando estos se encuentran en una posici�n totalmente inclinadas para el cierre de los dedos de la mano. Logr�ndose un nivel de funcionamiento de un 99% , siendo como primer prototipo, para llevarlo a la impresi�n 3D, y ver qu� tipo de variables externas afectan este prototipo, logr�ndolo mejorar con el paso del tiempo.
5. PROPUESTA PARA TRABAJO FUTURO
El prototipo de �rtesis o f�rula tiene un segundo proceso que es automatizar su control v�a remota a trav�s de una aplicaci�n m�vil y a medida que los objetivos terap�uticos cambian, el dise�o y/o el uso de este prototipo de �rtesis podr�a evolucionar. Ser� utilizada durante el per�odo post lesi�n / post quir�rgico ya que esto depender� si el paciente tiene mejor�a y es estudiado a trav�s de un fisioterapeuta, dando un diagn�stico de que tan funcional puede ser el tratamiento de cesiones con el prototipo as� como si el paciente es capaz de recuperar la movilidad y el tiempo de recuperaci�n.
En investigaciones m�s recientes muestran que la combinaci�n entre un tratamiento convencional de movimiento pasivo combinado con uno asistido por un dispositivo rob�tico genera ganancias significativas no s�lo en la mejor�a de las condiciones articulares del individuo sino tambi�n en su funcionalidad dando claridad que pese a las investigaciones hechas, cada una por separado no obtienen mayores resultados como cuando se combinan, estos dispositivos han de ser seguros, poco complejos y ligeros, para permitir su adecuado uso (Meneses, Pe�aloza, Pinz�n y Castellanos, 2015).
Se hicieron pruebas de la �rtesis en una mano con los tres diferentes tipos de sesiones de ejercicios programados, demostrado que el movimiento de las falanges puede realizarse independiente mente, logrando as� la movilidad de estos en m�s de un 60 por ciento de extensi�n y flexi�n de los dedos, probando que es factible para un tratamiento de rehabilitaci�n de mano que lo requiera.
La utilizaci�n de este prototipo de �rtesis de PLA es de uso corto sin alimentaci�n externa en un m�ximo 15 minutos, por la duraci�n de las bater�as, ya que si existe alg�n tipo de alimentaci�n secundaria podr�a utilizarse el tiempo que sea se requiera alimentado a 4.5 volts de corriente directa.
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