Cada vez que hablamos sobre prótesis es inevitable cruzarse con proyectos que buscan llevar al mercado alternativas de bajo costo basadas en impresoras 3D, sin embargo, el usuario de Imgur conocido como «Nerraw99» decidió enfrentar el desafío por su cuenta y crear una prótesis personalizada para su pie izquierdo. El proceso tuvo algunas pausas y demandó varios prototipos, pero su resultado final, a pesar de las limitaciones, es superior a lo que estaba utilizando para desplazarse.

Usando impresoras 3D para crear una prótesis de pie personalizada
Prótesis

La pérdida de una extremidad, independientemente de la causa, es una tragedia a la que todos nos debemos adaptar. Digo esto porque no sólo cambia la vida de la persona afectada, sino también la de sus familiares directos, que necesitan realizar ajustes en sus hábitos. Como siempre, lo ideal sería lograr una regeneración del miembro perdido, y en lo personal tengo la esperanza de que vamos a encontrar la clave para eso en el futuro, pero de momento debemos utilizar prótesis, que en términos generales siguen siendo costosas, y no responden en un 100 por ciento a las demandas del usuario. Ahí es cuando intervienen nuevas tecnologías, como es el caso de las impresoras 3D.

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No fue fácil llegar a este modelo...

Así descubrimos al proyecto personal del usuario «Nerraw99» en Imgur, quien nació sin su pie izquierdo. Su prótesis tradicional está hecha de espuma y cuero, que si bien ayuda con el factor comodidad provoca otros problemas, incluyendo la destrucción no tan paulatina de su calzado. El primer paso fue crear un modelo 3D de su pie usando un sensor Structure compatible con iPad. Después de varios prototipos básicos en una MakerBot Replicator, aprendió a modelar bajo Blender siguiendo tutoriales publicados en YouTube, generó una versión espejada a partir de su pie derecho, experimentó con el material (al final escogió NinjaTek Cheetah por su flexibilidad), y tras algunos fallos que incluyen una impresión bloqueada a las 40 horas, finalmente creó su «pie 3D».

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... y aún tiene cosas para corregir, pero no está nada mal

Por supuesto, el diseño debe mejorar en varios puntos, comenzando por el encaje. También necesita cambios en el perfil, y existe la posibilidad de que en el futuro combine materiales, aplicando NinjaTek en el interior de la prótesis, y algo diferente en el exterior. Por ahora, lo que ha hecho Nerraw99 es impresionante, y esperamos con ansias para ver su progreso.

La galería del proceso

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Foto final primero, como es tradición. Este proyecto ha tardado mucho en materializarse, sobre todo porque no tengo impresora propia y he estado muy ocupado. Empecé a trabajar en ello en febrero y terminé mi primer prototipo utilizable a finales de septiembre. Mi prótesis anterior tenía muchos problemas que quería solucionar: 1. No proporcionaba suficiente elevación bajo el pie. Siempre sentía que mi lado izquierdo estaba más bajo que el derecho, y esto me hacía hiperextender la pierna izquierda mientras también cargaba la mayor parte de mi peso sobre ella. Esto pone mucha presión en una huella pequeña. 2. Roce en varios lugares. Podía seguir llevándola a reparar para intentar hacerla más cómoda, pero después de un cierto tiempo cobran por arreglarla. Además, solo añadían algo de acolchado y era difícil apuntar al lugar exacto que lo necesitaba. 3. Era voluminosa. Apenas cabía en mis zapatos y deformaba bastante la forma del zapato. 4. Estaba desequilibrada. Parecía que el centro de gravedad estaba desviado y todos mis zapatos se desgastaban primero por fuera. A medida que el zapato se desgastaba, el problema empeoraba hasta que sentía que siempre caminaba con el pie al borde de caerme hacia afuera. Inicialmente empecé usando una MakerBot Replicator en MakerLabs en Vancouver y luego cambié a la Raise3D N2+ de un amigo durante los últimos meses. Usé un Structure Sensor (https://structure.io/) para escanear mis dos pies. Aprendí a usar Blender por mi cuenta, muchas gracias a "Blender Guru" en Youtube (https://www.youtube.com/user/AndrewPPrice). Hasta ahora mi material elegido ha sido NinjaTek Cheetah, por su flexibilidad y durabilidad. Probé NinjaFlex inicialmente pero tuve algunos problemas al imprimir con él. Ahora que entiendo más sobre impresión 3D, probablemente volveré a probar ese material. Este es mi primer prototipo utilizable pero planeo hacer muchos más e iterar en el diseño. Ya es superior en algunos aspectos a mi prótesis anterior pero todavía necesita trabajo en otros. Edición: Mucha gente ha preguntado cuán flexible es el material, así que añadí un video para mostrar la flexibilidad (https://imgur.com/p2xBKve). Gracias a la comunidad de reddit r/DIY por un montón de vías útiles para explorar. Cosas que voy a probar: * Enchufe de silicona para mayor comodidad * Correa para sujetar el talón * Diseño modular para que diferentes partes tengan diferentes propiedades, puedan imprimirse por separado y tarden menos tiempo * Impresión Carbon3D (parece cara pero increíble) (https://www.carbon3d.com/) * Aventuras de Gyrobot con plantillas impresas en 3D (http://www.gyrobot.co.uk/blog/my-adventures-with-3d-printed-insoles-part-1-4) * MIT "FitSocket" (http://biomech.media.mit.edu/portfolio_page/socket-fit/) * Pegamento moldeable Sugru (https://sugru.com/) * Moldeo de zapatillas de punta (https://www.youtube.com/watch?v=suWaVz9G0Ek) * Dispositivos TriFusion (http://trifusiondevices.com/) * Autodesk Fusion360 (http://trifusiondevices.com/) * Habilitando el futuro (http://enablingthefuture.org/category/featured-stories/) * Silicona fresada (https://www.youtube.com/watch?v=cxnWiNretNA) ... y probablemente más que me he perdido. También estoy asombrado por la gran respuesta positiva que he tenido al publicar esto. ¡Gracias por ser increíbles!
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Esta es la prótesis que estoy reemplazando. Está hecha principalmente de espuma y cuero.
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Una vez, cuando visité al prostesista, me dio una pequeña almohadilla de gel pegajosa para colocarla donde quisiera. Ayudaba con la comodidad, ¡pero también acumulaba mucha suciedad!
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Esto les pasaba a todos mis zapatos con el tiempo: se tambaleaban con cada paso. Estos zapatos son para la basura.
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Esto muestra el volumen en el zapato. Claro, no hay pie en el otro, pero se desliza fácilmente sin desabrochar los cordones (que también se rompieron recientemente).
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Otro ángulo que muestra el volumen.
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Esta es la primera exploración de mi pie. Usé un sensor "Structure" conectado a un iPad que tenían en MakerLabs para hacer esta exploración. Eliminé un montón de geometría de la parte superior. Solo mucho más tarde aprendería sobre el modificador "Remesh" en Blender, que puede ayudar a simplificar y limpiar la malla bastante. Esta exploración se tomó con mi pie flotando en el aire. Las exploraciones posteriores las tomaría de pie sobre algo (puede que te sorprenda cuánto cambia la forma de un pie cuando estás de pie sobre él; incluso un pie normal parece expandirse en la base como un 5 o 10% mientras se aplasta contra el suelo).
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Estas eran las máquinas MakerBot que tenían en MakerLabs. Eran geniales para empezar, y no tenía que competir mucho por tiempo en ellas.
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Esta es la forma que recorté de la exploración y luego extrudí para darle algo de grosor. Me di cuenta más tarde de que puedes hacer esto con un modificador "Solidify", que significa que puedes seguir editando la malla original y que recalcule la extrusión. Esta forma se eligió para reducir el uso de material y el tiempo de impresión, pero también para "sujetarse" a lo que llamaría los tres puntos de anclaje de mi pie. Estas son las áreas donde está más "huesudo" y no hay mucho movimiento relativo entre estos puntos de mi pie.
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¡Primera impresión completada!
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Esta resultó un poco demasiado grande, así que intenté otra.
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Mi tercera impresión salió bastante del tamaño correcto después de compensar el factor de escala de la máquina. Sin embargo, después de este punto intenté obtener mejores exploraciones antes de continuar.
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Decidí intentar obtener un modelo mientras estaba de pie sobre él. El sensor Structure no se lleva muy bien con objetos que están en el suelo (tiene problemas para capturar cualquier parte demasiado cerca del suelo, y no incluye la geometría del suelo en la exploración), así que me paré sobre un listón de 2x4 de madera que se incluía en la exploración original. Esto también me ayudó a alinear mi pie para "el frente real". Lo hice alineando mi pie a lo que pensaba que era el frente sin mirar mi pie, pero manteniendo el tablero en mi visión periférica. Supongo que el cerebro tiene una buena idea de cuál es el frente. Intentar mirar esta imagen y determinar la dirección del frente (sin que la línea verde lo delate) no necesariamente lo harías bien. Como repetiría esta estrategia con mi otro pie, debería coincidir aproximadamente. No puedo pensar en una mejor manera de hacer esto, pero estoy contento con los resultados. Cuando intento alinear ambos pies hacia el frente sin mirar mientras uso la prótesis terminada, parecen casi simétricos.
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Escaneé mi pie derecho, alineé el tablero de 2x4 con el eje x, luego lo eliminé e intenté rellenar la geometría hacia la parte inferior. Este fue un paso manual bastante grande, ¡y el modificador Remesh habría ayudado mucho! Además, no hay definición entre el dedo gordo y el segundo dedo en este punto, así que tuve que construir esa parte a mano.
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Conseguí algo de material Cheetah y ¿qué mejor modelo para calibrar ajustes que 3DBenchy?
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Este fue mi primer modelo de zapatilla con el modificador Solidify aplicado.
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Pensé que lo había ajustado para imprimir Cheetah, pero luego generé este desastre en mi primer intento de algo que realmente pudiera caber en mi pie. Resulta que Cheetah es un poco difícil de imprimir. También he aprendido mucho sobre los ajustes desde este intento. Dejó de extruir en algún momento, probablemente obstruyó la boquilla debido a intentar imprimir demasiado rápido.
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Mi siguiente intento llegó un poco más lejos, pero todavía no era exactamente "usable". Me entristeció que este no saliera porque era mi última oportunidad de tener algo utilizable antes de mochilear por Europa durante 3 meses.
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Otro ángulo de mi pie intentando "usar" el prototipo fallido.
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Avance rápido unos 4 meses y ahora tengo la Raise3D N2+ de mi amigo para trabajar. Es una máquina bastante buena, pero tardó un tiempo en ajustarse. Sin embargo, imprimí la misma tira de prueba de 10 cm que antes y salió... 10 cm. ¡No más compensación por el factor de escala de la máquina!
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Después de imprimir muchas muescas de prueba 3DBenchy, finalmente encontré algunos ajustes que completarían toda la impresión.
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¡Mirad! Cometí un error en mis notas e hice esto *mucho* demasiado pequeño. Las cuerdas son de donde la boquilla deja de imprimir en una posición y comienza a imprimir en otra. Más tarde encontré un ajuste en ideaMaker "Evitar viajar a través de agujeros" que evita parte de ese encordado.
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¿Qué es esto, una zapatilla protésica para HORMIGAS??
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Luego corregí mi error de tamaño e hice este de 135 mm.
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Primer plano de la textura de la cosa. Cheetah es un poco gomoso, se dobla y flexiona y *CASI SIEMPRE* vuelve a su forma original. También es muy resistente.
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¡Esta fue mi primera zapatilla usable! Realmente era solo para probar el ajuste, pero también la imaginé útil como una especie de zapato para río, y funcionó totalmente para eso. Esta versión aún era un poco pequeña, eso sí.
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Se pueden ver pequeños trozos puntiagudos de plástico-goma en la parte superior donde se encordaba desde la boquilla. En versiones posteriores los alisaría con una dremel.
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El modelo anterior era demasiado pequeño, pero también un poco difícil de poner. Para este modelo ensanché un poco la abertura tomando el bucle del borde superior y escalándolo hacia afuera con edición proporcional.
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Este lo hice a 137 mm y ¡resultó demasiado grande! También descubrí que ensanchar el borde superior hacía que perdiera mucho soporte y no se quedara puesto fácilmente.
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Esta vez, en lugar de modificar la geometría existente, añadí el ensanchamiento extruyendo el borde hacia afuera. Fue difícil lograr que se abriera de manera consistente, dados los ángulos/normales de la malla (desde entonces he aprendido una manera de hacerlo), pero funcionó bastante bien.
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Voilà, ¡136 mm es el número de la suerte! Esto muestra mucho menos encordado debido al ajuste "Evitar viajar a través de agujeros" en ideaMaker. Para hacerlo más cómodo, lo trabajé con una herramienta rotativa Dremel. Simplemente coloqué una broca redondeada y la puse a altas RPM, y fui a los trozos de plástico que no eran lisos. A altas RPM quita las muescas con bastante facilidad sin dañar el grueso del plástico. Siempre use protección para los ojos y, para el polvo de plástico que levanta al aire, querrá usar una mascarilla también. Usaría esta zapatilla algunas veces para caminar sobre rocas y terreno afilado, y en lagos y playas. Simplemente absorbía algo de la agudeza que se pronuncia porque este pie tiene menos área de superficie. Sin embargo, me hizo desear tener una zapatilla para el otro pie.
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Finalmente combiné mi zapatilla con mi pie derecho escaneado y volteado. Esta fue mi primera vez jugando con booleanos en Blender. Hice una matriz de triángulos para restar de debajo del pie, e hice una fila de aletas para restar del extremo de los dedos. También construí algunos soportes para limitar dónde podría doblarse realmente. Este iba a ser mi primer prototipo realmente usable en zapato, y tardaría 60 horas en imprimirse...
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... pero falló después de 40 horas.
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La razón de este fallo parecía ser que los extremos del modelo se levantaron. Esto sucede porque mientras las capas superiores se enfrían, se contraen, lo que causa una fuerza de tracción hacia arriba en las extremidades. La solución general es calentar la cama para que las fuerzas de contracción no sean tan fuertes como para levantarla de la cama. Cuando se despegó de la cama, la boquilla no pudo extruir y se obstruyó, y me vi obligado a limpiar todo.
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La estructura de triángulos bajo el pie era extremadamente rígida. Usé la estructura de nuevo, pero con menos material. Originalmente calculé a ojo la cantidad de material, pero luego hice algunas matemáticas y descubrí que estaba llena de material en un 35% y vacía en un 65%. Aprendí algunas lecciones incluso con esta parte sin terminar, así que decidí crear un nuevo diseño en lugar de simplemente re-intentar imprimir esta.
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Quería asegurarme de que el área entre el dedo gordo y el segundo dedo pudiera usar una sandalia, así que construí esta geometría para cortar de la malla de triángulos que recortaría del pie.
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Creé una caja triangular e hice algunas matemáticas para descubrir a qué distancia espaciarlas y hacer los triángulos. Usé un modificador de objeto Espejo (el plano que se ve allí) para obtener un triángulo opuesto, y luego dos modificadores de Matriz para repetir el patrón en dos dimensiones. Este tamaño debería resultar en un llenado de material del 25%.
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Usé modificadores Booleanos para restar el recorte del dedo de la matriz de triángulos, luego la matriz de triángulos del modelo de pie grande, lo que invierte el recorte del dedo. La operación booleana de Blender no es perfecta y me dejó teniendo que limpiar algunos triángulos a mano.
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Ahora aplico otra diferencia booleana para restar el volumen del pie pequeño del pie grande.
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Finalmente, uso una unión booleana para añadir el receptáculo donde irá mi pie.
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Aplico todos los modificadores y limpio los agujeros en la malla. Necesita ser un volumen estanco. Puedes encontrar problemas seleccionando todos los bordes no múltiples (Ctrl-Alt-Shift-M).
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Aquí está el patrón de triángulos desde arriba en isométrico, porque se ve genial. :)
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¡Y 50 horas después, ahí está! ¡Mi primera impresión totalmente funcional! No te dejes engañar por el color, esto sigue siendo Cheetah, pero en color "Agua" que es algo translúcido. Solo pensé en probar algunos otros colores con mis próximas impresiones.
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Aquí se pueden ver los soportes construidos por ideaMaker donde están los voladizos.
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¡El agujero del dedo!
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Los soportes en el talón. Debería poder lograr que se imprima sin ellos. Están añadiendo mucho material extra y tiempo de impresión. Esto se añade automáticamente porque el software sabe que no puede imprimir en el aire a través de espacios. Solo puede puentear hasta cierto punto o subir desde capas inferiores en un ángulo mínimo.
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Desde arriba pero no isométrico... ¡Aun así se ve bastante genial!
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Primer intento de usarla. Tiene muchas púas por el encordado de la boquilla, e inicialmente no parece tan cómoda por eso.
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Más tarde, la probé con un calcetín. Un poco mejor, pero aún necesita ser pulida con dremel. Se puede ver el borde áspero.
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Comparando la vieja y la nueva. Hay una funda de plástico en la vieja que me dio el prostesista para ayudar a ponerla y quitarla del zapato.
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Es decididamente menos voluminosa y de perfil bajo... y tiene forma de pie.
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¡Quizás demasiado de perfil bajo!
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¡Es difícil notar que está ahí con calcetines!
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El próximo diseño arreglará esto un poco.
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Una de las correcciones más importantes que me entusiasmaba era no sentirme desequilibrado al caminar o estar de pie. Medí desde la rodilla hacia abajo exactamente una pulgada de diferencia de altura. Este nivel muestra que está compensado, y definitivamente se siente mucho más parejo. Este es solo mi primer prototipo y planeo crear muchos más. Este se siente mejor en su compensación de altura, su rectitud y su centro de gravedad. Pero el talón se sale un poco más debido al perfil bajo, y toda la cosa es muy rígida. Sería bueno que tuviera un poco más de flexibilidad y algo más de sujeción en la parte trasera. Se siente "OK" al caminar, el mayor problema es que el talón se sale. Sospecho que eventualmente crearía una ampolla en la parte trasera si caminara demasiado con ella, pero hasta ahora no ha sido un problema. Es mucho más ajustada que mi prótesis anterior y puedo ajustarla en lugares que reciben un poco demasiada presión (como la parte huesuda delantera). Supongo que puedo aflojarla en las partes más huesudas y apretarla en las más blandas. También estoy emocionado de probar Ninjaflex, quizás no para toda la prótesis, sino tal vez para una especie de zapatilla interior. Hay muchas posibilidades de diseño para probar y estoy emocionado de seguir desarrollándolo.

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