Rediseño y fabricación por inyección de plástico de un pie ortopédico

Abstract

Los pies son una parte esencial del cuerpo humano que soportan grandes cargas cíclicas por cada paso que se da. Si por alguna razón médica o por algún traumatismo a una persona, desafortunadamente, se le debe amputar uno de estos, una prótesis es la forma de reemplazar la parte perdida. Para facilitar el acceso a estas, la empresa chilena “Take a Hand®” ha estado desarrollando una prótesis, patentada con el nombre de “BioStep®”, por medio de la impresión 3D, o FDM, que no ha cumplido con la durabilidad esperada. En este trabajo se aborda el desarrollo de la innovación en el método de fabricación de la prótesis para mejorar el desempeño actual, adaptando sus componentes al moldeo por inyección de plástico con el fin de aumentar su vida útil y disminuir los tiempos de producción. Para cumplir este propósito, se analizan las fallas recurrentes del modelo inicial y, teniendo en consideración todas las limitantes y oportunidades que ofrece el moldeo por inyección, se ha generado un modelo con modificaciones para la manufactura y el ensamble. Luego, se seleccionan 3 polímeros distintos que destacan en alguna propiedad necesaria para la prótesis. Con los pies ya inyectados en los 3 materiales, se realizan pruebas de compresión para comparar la respuesta mecánica de estos plásticos. Una vez ensambladas las prótesis, se entregan 2 prototipos de distinto material a 2 usuarios con amputación transtibial para ser validadas en un entorno de prueba real y poder calificar su desempeño. En este trabajo se logró escalar la fabricación de la prótesis “BioStep®” desde un método ideado para el prototipado a un método más industrial. Señal de esto, es que se redujo 17,6 veces el tiempo de producción de la pieza más maciza, lo que se puede extrapolar para el conjunto completo. Con las pruebas finales, no se pudo seleccionar un prototipo definitivo, ya que se probaron solo 2 de los 3 materiales y las pruebas que se hicieron fueron de corta duración. Se pueden realizar trabajos adicionales con unas mejoras propuestas para lograr el desempeño esperado y lograr futuras certificaciones. Los costos totales del proyecto, considerando materiales, fabricación de los moldes, inyección y ensamble, ascienden a $6.839.091(CLP), donde el 75% corresponde a la fabricación de los moldes y piezas menores del conjunto. Este proyecto tiene una gran importancia, ya que introduce un modelo único e innovado que permitiría a los usuarios en el mercado nacional la posibilidad de acceder a una prótesis adecuada y adaptada para sus necesidades y con la posibilidad de personalizarla, por lo que se recomienda continuar con su desarrollo.Feet are an essential part of the human body that bear large cyclic loads for every step that is taken. If for some medical reason or trauma a person, unfortunately, one of these has to be amputated, a prosthesis is the way to replace the lost part. To facilitate access to these, the Chilean company "Take a Hand®" has been developing a prosthesis, patented under the name "BioStep®", through 3D printing, or FDM, which has not met the expected durability. This work addresses the development of the innovation in the method of manufacturing the prosthesis to improve current performance, adapting its components to plastic injection molding in order to increase its lifespan and decrease production times. To accomplish this purpose, the recurrent failures of the initial model are analyzed and, considering all the limitations and opportunities offered by injection molding, a model with modifications for manufacturing and assembly has been generated. Then, 3 different polymers are selected that stand out in some property needed for the prosthesis. With the feet already injected into all 3 materials, compression tests are performed to compare the mechanical response of these plastics. Once the prostheses are assembled, 2 prototypes of different material are delivered to 2 users with transtibial amputation to be validated in a real test environment and to be able to rate its performance. In this work it was possible to scale the manufacturingof the "BioStep®" prosthesis from a method devised for prototyping to a more industrial method. A sign of this, is that the production time of the most solid part was reduced by 17.6 times, which can be extrapolated for the entire assembly. With the final tests, a definitive prototype could not be selected, as only 2 of the 3 materials were tested and the tests that were done were short-lived. Additional work can be done with proposed improvements to achieve expected performance and achieve future certifications.The total costs of the project, considering materials, mold fabrication, injection and assembly, amount to $6,839,091 (CLP), where 75% corresponds to the manufacture of the molds and minor parts of the assembly. This project is of great importance, as it introduces a unique and innovative model that would allow users in the national market the possibility to access a prosthesis suitable and adapted to their needs and with the possibility to customize it, so it is recommended to continue its development.