Evolución de la Prótesis de Mano

Evolución de la Prótesis de Mano Galileo 3D
Daniel Querol, Managua 09/2016

Como parte del aprovechamiento práctico de la impresora 3D, decidí trabajar en diferentes opciones de prótesis. Se estudiaron las opciones de prótesis disponibles en internet libres de patentes. Una primera selección llevó a dos tipos de prótesis (antropomorfas y epimecánicas) con las siguientes alternativas:
1. Para los dedos individuales, decidí trabajar con el KnickFinger que se describen en otra ficha.
2. Conversaciones con futuros usuarios dejan claro que el componente funcional de la prótesis es central, pero los aspectos antropomorfos y estéticos son también muy importantes para los amputados adultos en Nicaragua. Por estas razones estéticas y funcionales, una de las primeras prótesis de mano retomadas fue un diseño original de la Universidad Galileo en Guatemala. Para entender la evolución desarrollada en Managua, se debe leer primeramente la descripción original en el link anterior.
Imprimí en 3 dimensiones varias manos de prueba en Managua, modificando únicamente los parámetros de impresión (Grosor de capa, temperaturas, número de capas externas, velocidad de impresión, porcentaje de llenado). Para generar los soportes de impresión, cambié de Slic3r a Craftware como software de acomodo final y elaboración de código de impresora (gcode), debido a un mejor control de los objetos y sus soportes en el segundo programa.
Probé inicialmente Acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) comercial con buenos resultados, y posteriormente Polipropileno (PP), utilizando líneas de soldadura de aproximadamente 3mm para prótesis (para lo cual fue necesario ampliar los componentes de la cabeza de extrusión a 3.5mm). El PP es un material mucho más difícil de trabajar, ya que las piezas se adhieren únicamente a PP (para lo cual se utilizaron planchas de picar de PP como cama de impresión). El resultado son piezas más sólidas y resistentes que las de ABS, de color adecuado, pero cuyo acabado final es más difícil, al ser casi imposible disolver el PP.
Dado que estamos fabricando prótesis funcionales, se debe mantener un balance entre resistencia y ligereza. La resistencia se obtiene con mayor proporción de material en relación a aire (densidad), mientras que lo liviano se consigue con lo opuesto. La zona de las bisagras o gonces de los dedos es la que mas fuerte debe ser. Por ejemplo, un llenado de 30%plastico/70%aire es adecuado para la parte central de los dedos, pero lleva a la quebradura de los gonces con un mínimo de fuerza ejercida. La solución está en definir una densidad baja (30 a 40%) pero con 4 a 6 anillos de borde (según el tamaño de la pieza) que aseguren que los sectores pequeños de la misma sean sólidos.
En una segunda fase, ya en coordinación con el Centro Nacional de Prótesis (CENAPROT) del Hospital Aldo Chavarría, observamos algunos detalles que llevaron a la modificación de ciertas piezas:
1. Una buena y sólida unión de la mano con la prótesis de antebrazo se establece con un perno sin cabeza de 10mm ( medida estándar internacional). Por lo tanto, se reforzó la base de la mano con una zona densa de plástico con la rosca integrada.
2. El cable actuador de la mano (cable de freno de bicicleta) pasa perfectamente por un orificio de 2 mm que debe perforarse en el centro del perno sin cabeza, por lo que se eliminaron los orificios cuadrados en la palma y en el dorso de la mano que servían anteriormente para el paso del cable actuador.
3. La unión palma-pulgar tenía un orificio de hilo actuador mal orientado e irregular, que dificultaba el funcionamiento del pulgar. Se modificó el orificio para que el hilo saliera más cerca del orificio en la palma, y que fuera recto y con un ángulo menos agudo.
4. El jalador que une el cable con los 5 hilos actuadores fue modificado para ampliar el recorrido. Para poder calibrar el hilo de cada dedo, se utilizaron prisioneros de 2mm x 6mm, para los que es necesario contar con una llave hexagonal de 0.9mm (que se puede fabricar con llaves más gruesas, una lima y paciencia….).
5. No se encontró archivo del eje del pulgar, el cual fue generado.
6. El diseño del seguro corredizo para el cambio de posición del pulgar fue reforzado en su superficie de tracción del remache.

Explicaciones adicionales
1. El tamaño de las manos se define antes de generar el gcode para imprimir con un porcentaje a partir de los archivos iniciales según la tabla siguiente:
2. La lateralidad izquierda se consigue haciendo una imagen espejo de los archivos antes de generar el gcode para imprimir.
3. El uso de cables de freno de bicicleta es una solución económica (El cable y forro para dos manos cuesta menos de 1 US) y de fácil reemplazo. Deben estañarse los extremos cortados para evitar se desentorchen. Es necesario encontrar terminales que permitan poner y quitar el cable del jalador, ya que el otro extremo queda fijado con un bucle
4. Para activar los dedos, se utiliza el más delgado de los hilos trenzados para pesca industrial.
5. Los elásticos para retornar la mano a su posición de descanso abierta son muy variables en su elasticidad, tensión y grosor. Se probaron elásticos de pelo, pulsera y collares. La funcionalidad depende del tamaño de la mano, los orificios y el acabado de las piezas.
Acabado
1. El ABS obtiene un acabado liso con un baño de vapor de Acetona a 90º durante 10 a 20 segundos.
2. El PP se debe lijar, y falta experimentar opciones de calentamiento rápido superficial.
3. Los plásticos estructurales tienen una superficie lisa y resbalosa, por lo que debemos formar una capa exterior que adhiera bien a la estructura y permita que los objetos agarrados no resbalen de la mano. Se usaron tres métodos
a. Inmersión de las falanges distales en pegamento de encuadernación de libros (Henkel 525)
b. Inmersión de las falanges distales en hule líquido o hule para elaboración de mangos de herramientas.
c. Enfundado de la mano en guante industrial de hule (de al menos 15mil de grosor).
Ninguna fue realmente satisfactoria, así que trabajamos actualmente solo con PP