Stampa 3D
g Morena Soppelsa
Cambia il volto dell’ortopedia
Grazie alla produzione additiva e a un nuovo particolare materiale prendono vita i dispositivi ortopedici del futuro
I
l termine medico “ortesi” non è forse noto come il più familiare “protesi”, ma indica un manufatto altrettanto diffuso: le
apparecchiature che vengono usate in ortopedia e traumatologia per trattare problemi che vanno dal “colpo di frusta” al
“mal di schiena”, per usare termini correnti. E quindi cinture lombari steccate, busti
ortopedici, tutor di vario genere, ginocchiere, cavigliere e così via. Servono sia per immobilizzare un’articolazione colpita da una
distorsione dei legamenti o da artrosi sia
nell’ambito di una riabilitazione o di rieducazione funzionale. L’ortesi viene impiegata anche a scopo preventivo, come nel caso di osteoporosi.
te perfetta per costruire ortesi veramente
a misura di corpo. Perché siano effettivamente funzionali occorre però che siano
costruite a regola d’arte e con materiali altrettanto validi. Non basta, in questo caso,
una stampante 3D da scrivania e un filamento in ABS. Ecco quindi che in questo
comparto è intervenuto il Gruppo CRP, realtà specializzata nella ricerca e sviluppo di
tecnologie e di materiali innovativi nell’ambito del 3D printing e nelle lavorazioni meccaniche di alta precisione (della società e
della moto elettrica che CRP ha sviluppato
con tecnologie di stampa additiva ne abbiamo parlato qui).
Ortesi additiva
Un nuovo percorso
applicativo
Visto il compito delicato di un’ortesi, non è
difficile immaginare quanto sia importante
che si adatti perfettamente alla parte del
corpo alla quale deve essere applicata. E
non è nemmeno difficile immaginare quanto la tecnologia di fabbricazione additiva,
la stampa 3D, possa essere teoricamen-
CRP Technology, la società del gruppo dedicata espressamente al 3D, sta dando vita
ad un nuovo percorso applicativo dei suoi
materiali Windform nel campo delle ortesi generative, un ambito che richiede una
particolare attenzione nei confronti del suo
primo interlocutore: il paziente. Grazie alla
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tecnologia additiva e ai materiali per sinterizzazione laser di CRP Technology, oggi è
possibile creare su misura una ortesi dalle
importanti prestazioni. Il progetto di ricerca è partito quasi un anno fa in collaborazione tra la società modenese e Mhox Design, studio di design generativo che sviluppa estensioni corporee, oggetti che integrano il corpo umano per mutarne le potenzialità in ambito estetico, sportivo, medicale. «I benefici che si possono ottenere
dall’utilizzo della fabbricazione additiva unita ai materiali Windform – ha spiegato a 3D
Printing Magazine Franco Cevolini CEO e
direttore tecnico del Gruppo CRP – sono da
considerarsi molto importanti, soprattutto
in termini di performance e anche di vestibilità, dal momento che l’ortesi viene realizzata a seconda delle necessità anatomiche
del paziente. Tuttavia non parliamo solo di
prestazioni di alto livello, ma anche di un
elevato fattore estetico. Il dispositivo ortopedico acquisisce una forte componente
estetica che può essere accompagnata da
una totale customizzazione da parte del pa-
ziente. Il nostro impegno nel settore della
fabbricazione additiva conta ormai più di
20 anni di esperienza e il progetto ortesi
rispecchia un atteggiamento continuo di
ricerca e sviluppo che fa parte del nostro
DNA. Facciamo innovazione e mettiamo a
disposizione il nostro know-how ed esperienza acquisiti sul campo, per investigare
ed aprire nuovi campi applicativi».
La scansione dell’arto
e il modello 3D
Tabella con tutte le caratteristiche tecniche del materiale Windform.
Le prime due fasi di realizzazione in 3D
printing dell’ortesi generativa riguardano
la scansione dell’arto del paziente e la generazione del modello 3D di ortesi (la terza
è la costruzione in fabbricazione additiva e
materiali Windform dell’ortesi). Mhox Design si è occupata di queste due fasi sviluppando un workflow software che integra la gestione dei sensori di scansione, la
postproduzione dei loro output e una serie
di algoritmi generativi finalizzati ad adattare il dispositivo all’anatomia del paziente
ed articolarne la forma per ottenere una
performance specifica e personalizzata. La
scansione corporea del paziente è eseguita attraverso sensori a infrarossi o a luce
strutturata. La scansione avviene nell’am-
bulatorio medico, grazie alla portabilità del
sensore e alla sua facilità di utilizzo Plugand-Play. Questa fase è stata progettata
per essere veloce, di facile gestione in
ambiente medico, economica quanto a risorse hardware. La generazione di un modello 3d di ortesi consente al designer di
differenziare la morfologia dell’oggetto di
paziente in paziente, gestendo specifiche
esigenze di performance oltre che l’adattamento all’anatomia personale. È possibile creare dispositivi con diversi equilibri
di rigidezza e essibilità, consentire alcuni
movimenti e inibirne altri, integrare caratteristiche morfologiche nuove a questa categoria di prodotto, quali porosità e articolazione superficiale. In pratica, da sette taglie
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per sette milioni di persone a sette milioni
di taglie per altrettante persone, come sostengono in CRP.
La fabbricazione additiva
Nella terza fase si passa alla fabbricazione
additiva vera e propria delle ortesi. Il materiale utilizzato da CRP Technology per questo tipo di applicazione è il Windform GT,
che grazie alle sue caratteristiche di elasticità, impermeabilità, resistenza trova ampio
impiego in questo campo. Questo materiale a base poliammidica caricato con fibre di
vetro è caratterizzato da elevata flessibilità, resistenza ai liquidi e all’umidità, inoltre
combina elasticità e duttilità. In virtù di questo può essere considerato un materiale di
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elevato valore in applicazioni funzionali soggette a vibrazioni e urti. Nello specifico, il
materiale ha valori significativi di resistenza
agli urti e di allungamento alla rottura. Può
contare su valori rilevanti di resistenza a trazione e riflessione rendendolo il materiale
da sinterizzazione laser ideale per la creazione di ortesi dove la resistenza agli urti è un
requisito fondamentale.
Nelle immagini presenti in questo articolo
si possono vedere i primi due prodotti creati, le ortesi per una mano e per una gamba. Nel primo caso si tratta di un dispositivo
che aiuta la riabilitazione dopo un’operazione chirurgica. Limita qualsiasi movimento
della mano. Una porosità superficiale, variabile in dimensione e distribuzione, consente alla mano di rimanere ventilata e lavabile.
La combinazione di un design di ispirazione biologica e delle qualità materiali dell’oggetto stampato in 3D producono un valore
estetico nuovo per questo genere di dispositivi. L’ortesi della gamba (molla di Codivilla) è invece un dispositivo per pazienti con
deficit dei muscoli peronei e conseguenti
problemi nel ciclo del passo. Tramite la scansione l’oggetto può abbracciare sia la gamba sia il piede, integrando direttamente un
plantare. Uno snodo speciale, centrato sulla
caviglia, le cui caratteristiche variano parametricamente da paziente a paziente, sfrutta la flessibilità del materiale per fornire supporto attivo e controllo nel ciclo del passo.
Sono soltanto i primi passi in questo comparto. Il framework generativo è progettato
per essere esteso a qualunque segmento
corporeo e a una vasta varietà di strategie
generative e algoritmi.
La ricerca prosegue
Lo studio per la fabbricazione di ortesi generative da parte del Gruppo CRP sta suscitando un grande interesse da parte degli addetti al settore. Attraverso questa metodologia
costruttiva è possibile realizzare ortesi per
arti superiori, inferiori, gessi e fairing. In particolar modo CRP Technology e Mhox De-
sign insieme a professionisti della riabilitazione e della fisioterapia stanno investigando la costruzione di dispositivi per pazienti
con deficit dei muscoli peronei, con conseguente piede cadente post trauma vascolare cranico, che porta a un deficit nel ciclo del
passo. L’attività di ricerca in questo ambito
è orientata a definire i parametri ottimali di
progettazione e realizzazione dell’ortesi. Il
dispositivo realizzato con la tecnologia della
fabbricazione additiva e Windform GT è stato sottoposto a una serie di test funzionali,
al fine di valutarne le prestazioni. La sperimentazione ha approfondito la modalità statica, la modalità statica applicata al paziente
e la modalità dinamica sul paziente. I risultati ottenuti confermano un nuovo impiego
della tecnologia e dei materiali Windform in
questo ambito.
Windform GT in dettaglio
Come abbiamo scritto precedentemente,
Windform GT è un materiale composito a
base poliammidica caricato fibre di vetro,
adatto per la stampa 3D tramite sinterizzazione laser selettiva (SLS). Di colore nero
intenso e profondo, dopo la finitura manuale, diventa lucente e più brillante. La versione GT rappresenta una novità all’interno della famiglia dei materiali poliammidici
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Windform per la fabbricazione additiva non
solo sul piano estetico, ma soprattutto sotto
il profilo prestazionale, in quanto si discosta per le proprie caratteristiche dalle altre
polveri Windform meno flessibili e più rigide. Presenta elevati valori di resilienza e di
allungamento alla rottura, che uniti a significativi valori di carico di rottura e resistenza a
flessione lo rendono ideale per applicazioni
dove la resistenza al “danneggiamento” è
un prerequisito essenziale, al fine ad esempio di preservare il componente in caso di
impatti e/o usi impropri. Ulteriore elemento
di distinzione dagli altri materiali Windform
è la sua caratteristica di essere resistente
all’assorbimento di liquidi ed umidità. Oltre che per la specifica applicazione di cui
abbiamo parlato nel campo ortopedico, è
adatto per applicazioni automotive dove si
richieda una determinata flessibilità, all’interno della vettura e sotto cofano (ad esempio mostrine con clip ad incastro). Va bene
anche, nel settore motorsport, nei condotti
d’aria, di aspirazione e di raffreddamento,
nei condotti idraulici a contatto con liquidi
o olii, nella cover protettiva per sensoristica e tutte le applicazioni che richiedono un
ottimo compromesso tra elasticità e resistenza al danneggiamento. ■
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