Cómo el escaneo 3D ayudó a revelar el rostro de 3500 años del Guerrero del Grifo.

Producto: Artec Spider
Industria: Médica y Forense

Su cuerpo descansó durante treinta y cinco siglos en una tumba debajo de un olivar a pocos pasos del Palacio de Nestor en el sur de Grecia. A su alrededor habían más de 2000 objetos que se remontaban a la Edad de Bronce, incluyendo copas de oro, anillos y collares , cientos de gemas preciosas, una espada ornamentada y la impresionante e intrincadamente tallada Ágata del Combate de Pilos.Griffin Warrior

Una daga con empuñadura de oro que originalmente había estado descansando sobre el pecho del Guerrero del Grifo. Imagen cortesía de Excavaciones del Palacio de Néstor, Departamento de Clásicos, Universidad de Cincinnati.

Se le da el nombre de «Guerrero del Grifo» después de que se encontrara con él una placa de marfil con el grabado de un grifo, la verdadera identidad de este antiguo noble micénico sigue siendo un misterio.Griffin Warrior

Doctora Sharon Stocker durante la excavación de la tumba del Guerrero del Grifo. Imagen cortesía de Excavaciones del Palacio de Néstor, Departamento de Clásicos. Universidad de Cincinnati.

Pero mientras los arqueólogos de la Universidad de Cincinnati Jack Davis y Sharon Stocker, excavaron su tumba durante seis meses, tan pronto descubrieron el esqueleto casi intacto del Guerrero del Grifo, recurrieron a la ciencia de la aproximación facial forense para ver qué aspecto tenía en la vida real.Griffin Warrior

Plano de la excavación de la tumba del Guerrero del Grifo. Imagen cortesía de Excavaciones del Palacio de Néstor, Deparmento de Clásicos, Universidad de Cincinnati.

La profesora Lynne Schepartz, antropóloga biológica, y el Dr. Tobias Houlton, antropólogo facial, colaboraron en este complejo proceso de varias etapas. Schepartz dirigió la excavación de los fragmentos del cráneo, y Houlton se centró en la reconstrucción del cráneo y la predicción del rostro del Guerrero del Grifo.

Como coordinador del curso y profesor del programa de Maestría en Arte Forense e Imagen Facial de la Universidad de Dundee, Escocia, así como artista forense y experto en su campo, Houlton ha trabajado con la Interpol y numerosos organismos policiales del Reino Unido y Sudáfrica en diversos casos que requerían una aproximación facial para la identificación de víctimas.

Su trabajo ha sido reconocido por la revista National Geographic, el Smithsonian Channel y la BBC Radio 4, entre otros.

Eligiendo el escáner 3D adecuado para la tarea

Cuando llegó el momento de viajar a Grecia para comenzar la excavación y reconstrucción del Guerrero del Grifo, Houlton llevó consigo un Artec Spider.Griffin Warrior

Escaneos del Artec Spider del cráneo del Guerrero del Grifo in situ. Imagen cortesía del Dr. Tobias Houlton

Como escáner 3D de primera elección entre los especialistas e investigadores forenses de todo el mundo, el Spider es reconocido por su capacidad para capturar de forma no-destructiva objetos de todas las formas y complejidades, con grados de precisión submilimétrica, incluso aquellos con características que suponen un reto, como suturas craneales, fragmentos óseos muy finos, etc.

En palabras de Houlton, «sabía que el Spider se adaptaría perfectamente a mi flujo de trabajo. En lugar de tener que ajustar todo para satisfacer las necesidades de la tecnología, que es lo que ocurre con muchas soluciones, Spider me acompañó en cada paso».Griffin Warrior

El cráneo del Guerrero del Grifo reconstruido digitalmente en el software Artec Studio, imagen cortesía del Dr. Tobias Houlton.

«Antes de levantar un fragmento craneal del sedimento, escaneaba esa capa, con el fin de preservar la ubicación y orientación exacta de cada fragmento dentro del sedimento».

Continuó: «luego volvía a escanear cada pieza, justo después de excavarla, y también pegaba temporalmente grupos de fragmentos y los escaneaba. De este modo, cuando llegaba el momento de reconstruir digitalmente el cráneo, los escaneos de Spider proporcionaban gemelos digitales precisos de estos fragmentos de cráneo, sin olvidar los escaneos originales in situ, que desde el punto de vista arqueológico son indispensables».

Escaneo de tomografía computarizada a través del suelo antiguo

Pero antes de que eso pudiera llevarse a cabo, el bloque de sedimento que contenía los restos del Guerrero del Grifo fue extraído del yacimiento y llevado al laboratorio. Allí se utilizó un escáner CT (tomografía computarizada), para intentar distinguir cualquier elemento esquelético de los demás objetos que lo rodeaban.

Desafortunadamente, la tomografía computarizada no fue capaz de diferenciar el hueso de los demás objetos del sedimento, pero al menos proporcionó un mapa de la ubicación de los objetos, que más tarde resultó útil al extraer los restos óseos del Guerrero del Grifo.

Los escaneos de Houlton se hicieron directamente con el software Artec Studio, y cada escaneo tomó alrededor de un minuto o menos para la captura completa de fragmentos craneales individuales y capas de sedimento.

Después de esto, los escaneos fueron procesados en modelos 3D, y lo que es más, debido a que Geomagic Freeform no era accesible para Houlton en ese momento, volvió a ensamblar completamente el cráneo del Guerrero del Grifo en Artec Studio.

De acuerdo con Houlton, «las herramientas de alineación de Artec Studio me facilitaron seleccionar fragmentos específicos, moverlos y alinearlos adecuadamente en relación con todas las demás piezas. No me tomó mucho tiempo volver a ensamblar todo y finalmente obtener una versión reconstruida digitalmente del cráneo del Guerrero del Grifo».

Cuando el vaciado tradicional es muy riesgoso, el «vaciado digital» en 3D está listo para ayudar

Reflexionando sobre los métodos tradicionales de vaciado para documentar los restos óseos, Houlton dijo: «En el caso del Guerrero del Grifo, muchos de los fragmentos de cráneo eran tan frágiles que no hubiéramos podido vaciarlos con seguridad».

Añadió: «Sin embargo, Artec Spider “vació digitalmente” cada uno de ellos en cuestión de segundos, y ahora tenemos copias 3D protegidas de los mismos, sin dañar ni suponer ningún peligro para los objetos originales».

Una vez en la oficina, Houlton exportó el gemelo digital del cráneo del Guerrero del Grifo de Artec Studio a Geomagic Freeform, para la aproximación facial real.

Freeform: primera opción para la reconstrucción digital del cráneo y aproximación facial

Con la capacidad del software de poner al reconstructor en contacto cinestésico directo con el objeto 3D a través de una interfaz de lápiz háptico, Freeform es una herramienta ideal para cualquier persona que realice el trabajo, desde un estudiante hasta el profesional consumado.Griffin Warrior

Captura de pantalla de Geomagic Freeform mostrando el cráneo del Guerrero del Grifo listo para la aproximación facial. Imagen por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

A diferencia de las aproximaciones faciales de arcilla tradicionales, Freeform permite compartir la aproximación completa con agencias o artistas digitales cercanos y lejanos, en segundos desde el momento de su finalización.

Más importante aún es la garantía de que con las aproximaciones digitales, a diferencia de la arcilla, no hay peligro de que el original se dañe o se pierda.

Ampliando esto, Houlton dijo: «Ahora, una vez hayamos terminado con una aproximación en Freeform, si el cráneo original se pierde o se destruye alguna vez, y si hay alguna duda sobre la exactitud de la cara predicha, todo lo que se necesita es remitirse a los escaneos del cráneo del Spider».Griffin Warrior

Captura de pantalla de Geomagic Freeform mostrando la aproximación facial del Guerrero del Grifo en desarrollo. Imagen por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

«En cuestión de segundos, podrás verificar, sin siquiera un atisbo de duda, la exactitud de la reconstrucción del cráneo. Porque cuando se miran los escaneos de Spider, es lo más parecido a mirar el cráneo real», dijo.

Houlton comparte con sus estudiantes de la Universidad de Dundee toda su gama de consejos y trucos sobre el flujo de trabajo con Freeform.

Así, tanto si se encuentran trabajando como profesionales de la aproximación facial en cooperación con la policía o las agencias de inteligencia, o como especialistas en CGI inmersos en el mundo del cine, la televisión o los videojuegos, tendrán toda la base que necesitan para transformar los escaneos de Artec 3D en aproximaciones faciales asombrosamente reales.

Reconstruyendo el rostro del Guerrero del Grifo en Freeform

Dado que faltaban varios de los huesos faciales más delgados del Guerrero del Grifo, específicamente los que rodeaban la nariz, ya que se habían desintegrado con el paso del tiempo debido a las condiciones ácidas del suelo en el lugar de la tumba, Houlton confió en su propio enfoque para rellenar los espacios con precisión

Creó una plantilla facial promedio a partir de las imágenes de 50 rostros de hombres griegos modernos de edad y complexión similares, y luego las reunió en Abrosoft FantaMorph. Los promedios faciales identifican tendencias consistentes en los patrones faciales, lo que apoyó a Houlton con la aproximación restante cuando no se pueden determinar los detalles individuales.Griffin Warrior

En Geomagic Freeform – utilizando los marcadores de profundidad del tejido para ayudar a construir la cara del Guerrero del Grifo. Imagen por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

Durante la aproximación, Houlton insertó primero los ojos, luego todos los marcadores de profundidad del tejido (hasta 36), seguidos de los músculos y la capa de piel. La capacidad de Freeform de permitir a los usuarios organizar y etiquetar todas estas características como objetos independientes y almacenarlas en sus propias carpetas es muy útil durante la aproximación facial.

El rostro del Guerrero del Grifo renacido: desde el cráneo reconstruido digitalmente hasta la aproximación facial final. Vídeo por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

Además, la capacidad del software de «ver a través» del modelo y por debajo de la piel, asegurando que los rasgos blandos y duros se relacionan entre sí, le ahorra al profesional digital lo que los modeladores manuales deben soportar regularmente: cortar físicamente en la arcilla/cera de modelado para comprobar con el molde subyacente del cráneo.

Por qué la fotografía 2D nunca debería ser la primera opción

Cuando se le pidió comparar el trabajo a partir de fotografías en 2D frente a escaneos en 3D para la aproximación facial, Houlton comentó: «Las fotos en 2D deberían ser el último recurso. Por poner un ejemplo de por qué no son aconsejables, es muy difícil calibrar la profundidad de las fosas alrededor de la zona de los caninos, que en parte indica la forma de los pliegues nasolabiales».

Continuó: «En general, cuando se trata de precisión y realismo vívido, el escaneo 3D permite lograr resultados fantásticos en comparación con lo que se puede hacer con fotos en 2D».

De hecho, la amplitud de los datos precisos sobre la superficie que proporcionan las exploraciones de Spider es más que suficiente para realizar reconstrucciones directamente a partir de las exploraciones, sin tener el cráneo original presente como modelo de referencia.Griffin Warrior

El Dr. Tobias Houlton escaneando un fragmento craneal con Artec Space Spider en la Universidad de Dundee. Imagen por cortesía del Dr. Tobias Houlton.

Houlton ha hecho esto en múltiples proyectos internacionales a lo largo de los años. «Disponer de escaneos 3D de este grado de precisión permite asumir trabajos de aproximación facial sin tener que salir de nuestras oficinas».

Cuando surja la necesidad del modelo físico de una aproximación, ya sea para fines de investigación, legales o de otro tipo, es un paso sencillo exportar la aproximación digital para su impresión en 3D.

En la práctica, esto puede significar el terminar una aproximación facial, compartir el modelo 3D con el cliente, quien lo recibe segundos después, incluso en el otro lado del mundo. Entonces comienzan a revisarlo en la pantalla mientras imprimen en 3D un modelo físico, listo para su uso apenas unas horas después.

Escaneo 3D e impresión 3D en la enseñanza de anatomía humana

En las instalaciones de Digital Making de la Universidad de Dundee, con su colección de 28 escáneres 3D diferentes, Houlton y sus estudiantes han estado imprimiendo en 3D sus escaneos de Spider, junto con los escaneos de los otros escáneres de Artec de Dundee: Eva y Space Spider.

El sucesor del Spider, Space Spider, cuenta con toda la potencia de su predecesor, además de una potente estabilización de la temperatura y una electrónica de alto nivel.Griffin Warrior

El Space Spider de Artec.

El Programa de maestría en Arte Forense e Imágenes Faciales de Dundee adoptó los escáneres de Artec como parte de su plan de estudios hace años, después de ser presentado por Patrick Thorn, Gold Partner de Artec 3D.

Thorn, especialista con gran experiencia en escaneo 3D para educación, patrimonio cultural, medicina forense, sanidad y otros ámbitos, se esfuerza por comprender las necesidades de sus clientes para ayudarles a integrar las mejores soluciones posibles. También imparte talleres para sus clientes en numerosos lugares del Reino Unido, desde el extremo de Cornualles hasta el norte de Escocia.

Modelos de huesos y cráneos realistas impresos en 3D en el aula

Houlton comentó lo esencial que ha sido la impresión 3D para la enseñanza de la anatomía humana en Dundee, diciendo: «Trabajamos regularmente con impresiones 3D de cráneos y otros huesos, ya que el manejo físico de estos modelos es inmensamente conducente al proceso de aprendizaje. Y esta es otra área en la que nuestros escáneres de Artec han probado ser útiles».

Continuó: «Por ejemplo, si tomamos una anatomía craneal impresa en 3D a partir de escaneos del Spider y la comparamos con una impresión en 3D de la misma pieza del cráneo, pero realizada con escaneos de otros escáneres 3D que hemos probado, se puede observar una enorme diferencia en términos de detalle, precisión y realismo».

Como se explicó en un caso de estudio anterior, la Universidad de Dundee sigue ampliando su trabajo con el escaneo e impresión 3D con cada semestre que pasa.

Para cuando se gradúen los estudiantes de medicina y arte forense de allí, serán totalmente capaces de tomar un escáner 3D de Artec, capturar cualquiera de los 206 huesos del cuerpo humano en minutos, y luego transformar esos escaneos en modelos 3D realistas listos para AR, VR, impresión 3D o aproximación facial en Freeform.

Descomposición facial, documentación de fosas comunes y más allá

El último proyecto de Houlton le llevará a Sudáfrica con la Universidad de Witwatersrand. Allí trabajará con un estudiante de doctorado y un equipo académico en un proyecto dedicado a investigar los efectos de la descomposición en los rostros humanos, identificando el grado de cambios que se producen post mortem, para entender lo que esto significa para el reconocimiento facial.

Siguiendo esto, Houlton espera embarcarse en un proyecto arqueológico con el Centro de Investigación de Orkney para Arqueología, trabajando tanto a nivel local como en varios países/regiones de África, dedicándose a la documentación de fosas comunes.

Crear una prótesis única con Artec Eva y Geomagic Freeform

Producto: Artec Eva
Industria: Médica y Forense

El paciente con su prótesis nueva de Sanitätshaus Klinz y la antigua

Una fría mañana en el corazón de Alemania, Wolfgang K. se subió a su camión de reparto y salió en su ruta, que acabaría siendo la última de su carrera. Su primera parada fue una ferretería, donde descargó su envío y esperó a que una carretilla elevadora se llevara las cajas. Entonces ocurrió la tragedia.

Wolfgang estaba mirando hacia otro lado cuando la carretilla elevadora se estrelló contra él, destrozándole el pie y tirándolo al suelo. Lo único que recuerda de ese momento es lo que sintió como un golpe en la espalda, y que se desmayó. Algo más tarde, se despertó con un dolor insoportable, con los médicos a su alrededor, que le informaron de que tenía el pie y el tobillo muy dañados.

El hospital trató y estabilizó la lesión de inmediato, pero la inflamación empeoró con el paso de los meses. Wolfgang suplicaba a sus médicos que le amputaran el pie, pero éstos no se rindieron tan fácilmente. Hicieron todo lo posible por salvarlo durante tres años, hasta que la inflamación se extendió por la pierna, desencadenando una grave necrosis tisular.

Los médicos de Wolfgang se vieron finalmente obligados a amputarle la pierna por debajo de la rodilla. En las semanas siguientes, una vez que la inflamación del resto de la pierna (su muñón) disminuyó, Wolfgang recibió una prótesis de transición. Por aquel entonces, vio un anuncio de la clínica de ortopedia Sanitätshaus Klinz de Bernburg, Alemania, y se convirtió en su nuevo paciente.

La impresionante demanda mundial de prótesis

Los especialistas en prótesis tienen problemas para hacer frente a la creciente demanda de sus servicios, ya que sólo en EE.UU. se realizan más de 185.000 amputaciones de miembros inferiores al año y más de un millón en todo el mundo.

Los métodos tradicionales empleados para crear los encajes de las prótesis, la parte del dispositivo que interactúa con el muñón del paciente, implican un vaciado de yeso, horas de trabajo y mucha delicadeza y experiencia.

Aunque los especialistas de Sanitätshaus Klinz siguen empleando el vaciado de yeso y otros métodos analógicos en su trabajo, para los proyectos más exigentes, en especial los que no pueden hacerse con las herramientas tradicionales, recurren al escáner 3D Artec Eva.

Un escáner 3D de mano profesional, Artec Eva, el preferido por los profesionales sanitarios y por miles de personas en todo el mundo, ofrece con rapidez escaneos 3D en color con un nivel de precisión inferior al milímetro, lo que lo hace ideal para capturar las medidas de la superficie orgánica de los muñones de los pacientes, así como de otras partes del cuerpo.

Escaneo 3D del muñón del paciente con Artec Eva, y su software, Artec Studio

También usan mucho el Artec Space Spider, para proyectos con detalles complejos que exigen la máxima precisión. Creado para su uso en la Estación Espacial Internacional, Space Spider es la elección perfecta para diseñadores, ingenieros e investigadores de diversos campos.

Una prótesis con un diseño increíble

Después de haber tenido varias prótesis desde que se convirtió en paciente de Sanitätshaus Klinz, llegó el momento de que Wolfgang tuviera una nueva prótesis de baño, que pudiera utilizar en la ducha o mientras nadaba.

Tendría que ser tanto impermeable como resistente a la corrosión, incluso en aguas saladas. Cuando la ingeniera biomédica de Sanitätshaus Klinz vio su petición, optó por ofrecerle algo aún mejor.

Al hablar juntos, Pabst descubrió que la gran pasión de Wolfgang era el buceo. Así que, junto con Wolfgang y su colega, el maestro ortopédico Carsten Suhle, se le ocurrió la idea de crear una prótesis de baño única con un diseño marítimo que no fuera simplemente estético, sino que la prótesis en sí fuera un objeto de diseño único de temática marítima.

Nunca abandonó su amor por el buceo y el mar, ni siquiera después de perder la pierna. En cuanto escuchó la idea de Pabst, le dio luz verde.

Pabst comenta el reto del proyecto: “Queríamos aplicar un enfoque diferente, ver si era posible integrar una prótesis en nuestro nuevo diseño en lugar de adaptar el diseño a una prótesis existente”.

El nuevo diseño, que muestra su capacidad para angular el pie protésico, con una aleta de natación

Su objetivo era conjugar toda la durabilidad resistente al agua de una prótesis de baño con la estética de una prótesis cosmética, de manera que cuando se llevara bajo los pantalones largos, nadie notara que debajo hay una prótesis. Todos los elementos estéticos de la prótesis tendrían que cubrir y proteger los componentes mecánicos del dispositivo.

En cuanto a la inspiración para el diseño: “Se nos ocurrió la idea de utilizar un pulpo. El cuerpo del pulpo cubre la parte superior de la prótesis, mientras que los tentáculos imitan la forma de la parte inferior de la pierna. En el tobillo se añadió una nostálgica escafandra, entrelazada con tentáculos. La articulación del tobillo puede manejarse a través de las aberturas laterales de la escafandra”.

El paciente con la nueva prótesis de baño

Pabst y su equipo saben que lo más importante de cualquier prótesis nueva es la forma y el ajuste de su zócalo, con un diseño único para cada paciente, ya que el más pequeño desajuste puede provocar molestias al paciente y una disfunción biomecánica que podría provocar lesiones en el futuro.

En el peor de los casos, un zócalo mal ajustado puede hacer que el paciente sufra úlceras en la piel, problemas de equilibrio, caídas, lesiones crónicas por sobrecarga musculoesquelética, artrosis, etc.

Para conseguir un ajuste perfecto para el nuevo encaje, recurrieron a su Artec Eva, que Pabst usó para escanear toda la geometría de la superficie del muñón de Wolfgang en menos de un minuto. Pabst también escaneó su otra pierna, para usar sus medidas volumétricas y superficiales exactas para crear la forma y dimensiones de la nueva prótesis de baño.

Captura de pantalla de Artec Studio: un escaneo con Eva del muñón del paciente

Justo después de la sesión de escaneo, antes de exportar las mallas 3D a Geomagic Freeform, lo escaneos se procesaron el programa Artec Studio. Utilizando las intuitivas herramientas del programa, Pabst eliminó todos los datos indeseados, como el suelo y otros objetos del entorno.

Captura de pantalla de Artec Studio: un escaneo con Eva de la otra pierna del paciente

Los escaneos se alinearon y registraron, y luego se fusionaron en un solo objeto. Por último, se incorporó la textura y se aplicó a la malla. En Freeform, Pabst diseñó el zócalo protésico y modeló los elementos estéticos del diseño.

Pabst explica la importancia que ha tenido Eva, junto con Freeform, “Cuando importo los escaneos con Eva a Freeform, Parto de una base sólida para mi trabajo de diseño de prótesis. Eva tarda sólo unos segundos en capturar las medidas exactas del cuerpo del paciente, en Freeform creo mis nuevos diseños basándome en esas medidas.”

Captura de pantalla de Geomagic Freeform: un escaneo con Eva de la otra pierna del paciente y un modelo a partir del escaneo con Eva de su pierna sana.

Pabst continua, “Se tiene que capturar digitalmente cada milímetro de la superficie e incluirlo en el diseño, especialmente cuando se crea un nuevo encaje protésico, que debe adaptarse perfectamente a la forma única del muñón del paciente. Afortunadamente, Eva lo hace con rapidez y facilidad.”

Su flujo de trabajo comprendía los siguientes pasos: tras importar y organizar las mallas en Freeform, modeló el muñón de Wolfgang. A continuación, antes de pasar a las etapas siguientes, reflejó su otra pierna en Freeform. A partir de ahí, construyó el eje de la prótesis, dándole forma al accesorio y preparando el diseño de los elementos funcionales.

Captura de pantalla de Geomagic Freeform: Dando forma al eje del adaptador y ajustando el diseño a los elementos funcionales de la prótesis

Después, Pabst dio forma a los tentáculos con las medidas exactas de la otra pierna de Wolfgang, para conseguir el mismo contorno de la pierna.

Captura de pantalla de Geomagic Freeform: Modelado de los tentáculos a partir de las medidas del escaneo de la otra pierna hecho con Eva.

Pabst creó las ventosas de los tentáculos y, a continuación, conectó el eje, el pulpo, los tentáculos y la escafandra. Tras varios pasos más, grabó el diseño con el logotipo de Klinz y el nombre del paciente.

Tras imprimir en 3D los componentes exteriores de la nueva prótesis, se unieron a los elementos mecánicos del dispositivo y se ajustaron. Después, invitaron a Wolfgang a la clínica para su adaptación.

En pie y con orgullo: la nueva prótesis de baño colocada y lista para su uso

En cuanto vio su nueva pierna, estuvo encantado con ella, y el ajuste era tan cómodo como se esperaba al utilizar sus otras prótesis de Klinz. Su mujer y sus hijas también están muy contentas. En sus últimas vacaciones en el Mar Báltico, los niños se acercaban para contemplar de cerca su increíble pierna.

El potencial del escaneo 3D en órtesis y prótesis

Pabst destaca el papel fundamental de escaneo 3D en el diseño de ortesis y prótesis modernas, “Siempre que tenga que crear una órtesis, o una prótesis para la parte superior o inferior del cuerpo, ya sea con materiales de última tecnología o no, lo primero que tiene que hacer es tomar las medidas exactas de la parte del cuerpo del paciente a la que se va a conectar el nuevo dispositivo.”

Usando un dispositivo háptico con Geomagic Freeform para dar los últimos retoques a la nueva prótesis de baño

“Sin estos fundamentos, a la larga aparecerán problemas con el propio dispositivo o con las respuestas físicas del paciente al mismo, etc. Partiendo de los escaneos de Artec, cada dispositivo que producimos es exactamente igual que la otra mitad y una extensión natural de su propio cuerpo. El cambio que esto ha supuesto en nuestro trabajo es muy notable”.

Miele: Una mejor manera de hacer que los instrumentos médicos se limpien

Producto: Simcenter
Industria: Médica y Forense

Líder mundial en productos domésticos premium

Fundada en 1899, Miele es líder mundial en productos domésticos de primera calidad, como electrodomésticos de cocina, panadería y cocción al vapor, productos de refrigeración, cafeteras, lavavajillas, lavandería y productos para el cuidado del piso. Miele también produce lavavajillas especializados, lavadoras-extractoras y secadoras para uso comercial, así como lavadoras-desinfectadoras y esterilizadores utilizados en entornos médicos y de laboratorio.

En sus esfuerzos por mejorar continuamente sus líneas de productos, la compañía estaba particularmente interesada en mejorar el desarrollo de sus lavadoras-desinfectadoras. “El principal desafío de desarrollo con las lavadoras-desinfectadoras es la variedad de artículos que deben limpiarse”, dice Tobias Malec, ingeniero de desarrollo de Miele. “Cada pieza de cada instrumento médico tiene diferentes requisitos de limpieza. Algunas cosas solo necesitan limpieza en la superficie. Otros artículos, como los instrumentos huecos, deben limpiarse tanto por dentro como por fuera. Se necesitan diferentes presiones de agua en cada caso”.

Trabajar con bastidores especiales

Debido a estos requisitos, un bastidor especial se adapta a cada artículo que necesita limpieza para permitir el mejor manejo y rendimiento hidráulico posible. Cada bastidor asegura los elementos que se están limpiando e incluye las conexiones hidráulicas entre la bomba de circulación y las boquillas a través de las cuales se rocía el agua. La variedad de bastidores dificulta la armonización de todo el sistema de producción.

Es esencial adaptar las condiciones hidráulicas frecuentemente cambiantes del bastidor y comprender la presión de limpieza requerida durante el estado de funcionamiento dentro de cada bastidor. La presión de limpieza resulta del punto de intersección de la curva de resistencia hidráulica del bastidor y la característica de la bomba de circulación.

Para este desafío de ingeniería, Miele utiliza el software Simcenter Amesim™, una solución de simulación de sistemas mecatrónicos que forma parte de la cartera de Simcenter de Siemens Digital Industries Software. Esta solución ayuda a los ingenieros de Miele a simular las características operativas de los nuevos productos al principio de la etapa de diseño, revelando formas de mejorar la funcionalidad al tiempo que reduce la necesidad de prototipos físicos. “El uso de Simcenter Amesim nos permite modelar los bastidores como súper componentes, con la bomba de circulación funcionando como una característica y la lavadora en sí como un límite del sistema”, dice Malec. “Gracias a la simulación del sistema, podemos evaluar futuros puntos de operación cambiando las geometrías de la boquilla de limpieza o las líneas de agua”.

Él señala: “Usando este software, ahora somos mucho más efectivos en la fase previa al desarrollo. Antes, sin el apoyo de Simcenter Amesim, teníamos que construir un prototipo real de la lavadora y realizar múltiples mediciones de presión. Posteriormente, en función de los resultados de presión, necesitábamos varios bucles de rediseño en la fase de prototipo para alcanzar las especificaciones requeridas. Esto fue muy lento y costoso”.

Un modelo típico preparado con Simcenter Amesim incluye componentes hidráulicos y de resistencia hidráulica. La máquina está modelada, incluyendo sus líneas de agua y la bomba de circulación. Las líneas de agua incluyen válvulas de contrapresión y un acoplamiento con los modelos de bastidor. Algunas válvulas no estándar se han personalizado y están representadas por elementos genéricos, como orificios o uniones en T, que se validan mediante mediciones internas.

Un rack de limpieza consiste en una red de chorros y tuberías conectadas con dos puntos de acoplamiento de la máquina. Para garantizar que la compatibilidad y la claridad se logren rápidamente, el bastidor se integra en el modelo como un supercomponente y se representa con un icono.

La simulación del sistema mecatrónico es la llave

Las diversas velocidades de rotación del bombeo se prueban virtualmente. Esto permite a Miele investigar la evolución de la presión en las posiciones predefinidos del sensor para validar el modelo de simulación. El estado de funcionamiento de la máquina es cuasi estático, por lo que los exámenes dinámicos son insignificantes para ese tipo de investigaciones. Los valores de presión simulados proporcionan la base para realizar ajustes en el diseño del bastidor.

“La simulación del sistema nos permite estudiar fácilmente el impacto y las interacciones de los cambios en la sección transversal”, dice Malec. “Los cambios se pueden optimizar o variar los parámetros de la boquilla para lograr una distribución de presión más constante. La distribución constante de la presión permite una buena capacidad de limpieza en todas las partes de la máquina”.

La capacidad de exploración de diseño también ayuda a establecer la consistencia de los brazos de pulverización. Al establecer condiciones de contorno específicas y definir grados de libertad (DOF), la configuración óptima de la boquilla se puede encontrar rápidamente utilizando Simcenter Amesim. “La simulación de sistemas es una extensión de la simulación común de dinámica de fluidos computacional (CFD) en 3D a nivel de subsistema”, dice Malec. “Las correlaciones se aclaran muy rápidamente. Sin la simulación del sistema, estas correlaciones solo se pueden realizar utilizando mediciones en prototipos costosos”.

Malec concluye: “La longevidad y la alta calidad de nuestros productos abordan el problema de la sostenibilidad. Nuestros clientes no tienen que comprar una máquina nueva cada pocos años, pero pueden confiar en nuestra calidad constante. Eso no solo ahorra dinero, sino que también es bueno para el medio ambiente. También estamos reduciendo nuestro consumo de recursos y utilizando materiales ecológicamente racionales para la producción”.

Diseño de una bota personalizada para un pingüino lesionado

Producto: Impresión MJP
Industria: Médica y Forense

A pesar de su apariencia esmoquin, los pingüinos no siempre están bien educados. Después de una pelea de pingüinos en particular entre pingüinos africanos en peligro de extinción en mystic aquarium, Amarillo / Púrpura (también conocido como “Purps”) se encontró que tiene un tendón flexor no funcional en su tobillo. Al igual que una lesión en el talón de Aquiles de una persona, el daño al tendón flexor de un pingüino conduce al dolor y la dificultad en movimiento.

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Una vez identificada la lesión de Purps, el personal veterinario del Mystic Aquarium tomó medidas con una bota hecha a mano para inmovilizar, proteger y apoyar el pie dañado. Sin embargo, el equipo de cuidado animal sabía que había soluciones más modernas disponibles que no sólo serían más duraderas y menos engorrosas para el pequeño pájaro, sino que también requerirían menos tiempo que la fabricación artesanal de la bota. La Veterinaria Clínica Jefe de Mystic Aquarium, la Dra. Jen Flower, propuso la impresión 3D.

El acuario llevó esta idea a Mystic Middle School, que recientemente había adquirido una impresora 3D a través de ACT Group, un socio local de 3D Systems, y el resto es historia. Trabajando en equipo, Mystic Aquarium, ACT Group y los estudiantes de secundaria se unieron para diseñar e imprimir en 3D una nueva bota para Purps. Con la orientación anatómica del personal veterinario de Mystic Aquarium y la formación técnica de los profesionales de ACT Group, los estudiantes lideraron el proceso de diseño y fabricación utilizando las soluciones de extremo a extremo de 3D Systems.

En un taller facilitado por ACT Group, los estudiantes comenzaron con Geomagic Capture de 3D Systems® escáner 3D para escanear un yeso existente del pie de Purps y luego importaron los datos al software Geomagic® Sculpt™ donde personalizaron el archivo con detalles como bandas de rodadura, bisagras y cierres.

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“Los estudiantes nos sorprendieron de lo rápido que recogieron el software”, dijo Nick Gondek, Director de Fabricación aditiva e Ingeniero de Aplicaciones de ACT Group. “Fue gratificante proporcionarles una tecnología que pudiera mantenerse al día con su ingenio, y ver cómo su pensamiento creativo, imaginación e intuición lideraban este proceso”.

Una vez satisfecho con el diseño, se imprimió en 3D en la impresora 3D Systems ProJet MJP 5600 3D multimaterial de 3D Systems. Esta impresora permite imprimir y mezclar materiales flexibles y rígidos simultáneamente a nivel voxel para una resistencia y elasticidad personalizadas. La bota resultante logró el efecto previsto en durabilidad, peso y ajuste, permitiendo a Purps caminar y nadar como el resto de sus compañeros.

Cirugía innovadora guiada por impresión 3D alivia el dolor para el campeón sled hockey jugador

Producto: Impresión SLA
Industria: Médica y Forense

Cuando Mark Weimer emergió de la niebla de los analgésicos después de una cirugía espinal mayor, no pensó en cómo se sentía. Pensó en lo que no sentía: el dolor en sus músculos cuádriceps, que emanaba de su columna vertebral inferior, que lo había plagado durante un año y medio.

El alivio fue el resultado de una operación de 15 horas del Dr. George Frey que combinó su galardonada metodología para la navegación con tornillos de pedicle con tecnologías de impresión e imágenes 3D pioneras por 3D Systems.

Asociación para el beneficio del paciente

Frey y su esposa, Heidi, dirigen Mighty Oak Medical en Englewood, Colorado. La tecnología patentada FIREFLY® de la compañía proporciona una manera más sencilla y rápida de colocar con precisión tornillos de pedicle para su reparación espinal mientras navega alrededor de anatomía crucial como la médula espinal, los nervios y los vasos sanguíneos.

Desde el principio, Mighty Oak se ha asociado con el equipo de atención médica de 3D Systems en la cercana Littleton, Colorado.

“Necesitábamos un socio de impresión 3D que fuera conocido por su calidad, fiabilidad y experiencia en el espacio de dispositivos médicos”, dice Heidi Frey. “3D Systems ha sido un socio increíble en todos los niveles: son solidarios, receptivos y dedicados a la excelencia”.

3D Systems ofrece un conjunto de soluciones sanitarias de extremo a extremo, incluidos simuladores de realidad virtual, modelos anatómicos impresos en 3D y guías e instrumentación quirúrgicas específicas del paciente. La compañía también fabrica dispositivos médicos impresos en 3D de precisión.

Desde finales de la década de 1990, 3D Systems se ha asociado con proveedores de dispositivos médicos que representan una amplia variedad de procedimientos para casi todos los aspectos de la anatomía humana. La compañía ha desarrollado soluciones personalizadas para más de 100.000 procedimientos quirúrgicos.

3D printed spine reference model used in the surgery

Camino de un campeón

El Dr. Frey estaba conectado con Mark Weimer a través de su neurocirujano que ha tratado a Weimer desde su operación inicial después de que una caída de los andamios de construcción lo paralizara parcialmente en 1984. Weimer más tarde se sometió a una cirugía adicional de fusión espinal en 2001 para ayudar a corregir la pérdida de fuerza muscular en su brazo derecho.

Después de su lesión y cirugía inicial, Weimer aprovechó una beca de capacitación por computadora para convertirse en un especialista en TI en almacenamiento de datos. También continuó persiguiendo su amor por el hockey, uniéndose a un programa de hockey en trineo de Colorado en 1996.

Weimer jugó en el equipo nacional de hockey en trineo de 2000 en Lake Placid, hogar de la famosa victoria de “Miracle on Ice” del equipo de hockey estadounidense sobre Rusia en los Juegos Olímpicos de Invierno de 1980. En 2010, capitaneó al equipo que ganó el Sled Classic Championship patrocinado por la Liga Nacional de Hockey (NHL), y al año siguiente protagonizó el equipo Colorado Avalanche que capturó el Campeonato Nacional de Hockey de Sled de 2011 patrocinado por USA Hockey.

Weimer se retiró después de anotar un gol y una asistencia en el campeonato de 2011. Se dedicó a entrenar a jóvenes jugadores de hockey en trineo y se ha mantenido en forma en el ciclismo de mano. Sus logros en hockey fueron reconocidos por su inducción al Salón de la Fama de la Fundación deportiva adaptativa de Colorado en 2012.

Un caso complicado

Desde su accidente, Weimer siempre había lidiado con algún nivel de malestar nervioso y espinal, pero a finales de 2014 comenzó a experimentar algo nuevo: dolor intenso en sus músculos cuádruples, junto con problemas intestinales y vesicales. El neurocirujano de Weimer lo remitió al Dr. Frey para un examen posterior.

“Con el paso de los años, la fusión espinal de Mark y su condición neurológica hicieron que los discos y vértebras restantes por debajo de la fusión se deterioraran”, dice el Dr. Frey. “Esto causó una mayor compresión de los nervios y la médula espinal, lo que resultó en dolor neuropático severo.”

La preparación para la cirugía comenzó con una tomografía computarizada de la columna vertebral de Weimer. Los resultados fueron enviados a 3D Systems, que realizó la segmentación de datos para extraer una representación 3D de la anatomía espinal de Weimer.

El caso de Weimer fue más complejo que la mayoría de los otros procedimientos espinales, según el Dr. Frey y Chris Beaudreau, Director de Servicios Médicos de 3D Systems.

“Mark tuvo crecimiento óseo sobre las varillas insertadas de su cirugía anterior”, dice el Dr. Frey. “Aunque las varillas estaban siendo removidas, cualquier interrupción en el hueso circundante podría afectar la colocación de las guías FIREFLY, por lo que se necesitaba mucha planificación para trabajar alrededor de la anatomía.”

“Debido a sus procedimientos quirúrgicos anteriores, hubo artefactos de imagen significativos dentro de la tomografía computarizada que requirieron un procesamiento exhaustivo de imágenes médicas con el fin de convertir el área anatómica de interés en modelos digitales tridimensionales”, dice Beaudreau. “También iba a ser un procedimiento espinal extenso, así que en lugar de modelar dos o tres vértebras, necesitábamos procesar nueve vértebras, el hueso sacro en la base de la columna vertebral y ambas caderas”.

Impresión 3D desde la fuente

3D Systems envió los modelos 3D de la anatomía espinal de Weimer a Mighty Oak Medical, que los utilizó para diseñar la trayectoria de cada tornillo de pedicle y para preparar las guías impresas en 3D que determinarían la colocación precisa del tornillo en la columna vertebral de Weimer.

Utilizando el diseño FIREFLY, 3D Systems imprimió guías de tornillo de pedicle para cada vértebra que requerían operación. También se imprimió un modelo óseo anatómico para la planificación prequirúrgica y la referencia en el quirófano.

Las guías quirúrgicas y los modelos óseos fueron impresos en un 3D Systems ProX® 800, un sistema de estereolitografía (SLA) conocido por construir piezas con excepcional suavidad superficial, resolución de características, definición de borde y tolerancias.

La tecnología SLA fue inventada por el cofundador de 3D Systems Chuck Hull en 1983. La compañía continúa innovando con la tecnología, reduciendo los costos al tiempo que ofrece una velocidad, capacidad, precisión y facilidad de uso cada vez mayores.

El ProX 800 ofrece una amplia gama de materiales para las aplicaciones y casos de uso más amplios. Para el modelo de referencia y las guías de tornillos de Weimer, 3D Systems utilizó un material plástico y un proceso validado que permite esterilizar las piezas para su uso directamente en el quirófano.

Éxito quirúrgico y recuperación

El Dr. Frey operó a Mark Weimer en el Centro Médico Sueco en Englewood el 22 de julio de 2016. Cuando Weimer reanudó el conocimiento, sus dolores más recientes se habían ido y los dolores anteriores habían disminuido considerablemente.

“Mark está actualmente en un riguroso proceso de rehabilitación y se está recuperando muy bien de su cirugía de fusión”, dice el Dr. Frey, quien espera que el período de recuperación dure alrededor de un año.

A sus 63 años, Weimer sigue trabajando en el campo de TI y persiguiendo el ciclismo de mano en su tiempo libre. También le gusta ver a sus nietos, de 9 y 13 años, tomar su lugar en el hielo como la próxima generación de campeones.

ZetrOZ reduce el tiempo de comercialización del producto con la impresión 3D multimaterial MJP

Producto: Impresión MJP
Industria: Médica y Forense

No hace mucho una de las realidades de la industria de dispositivos médicos era que una empresa tenía que tener una gran huella para llegar al mercado con un producto innovador.

Pero una generación emergente de pequeñas empresas está utilizando un enfoque láser en su nicho de productos y nuevas tecnologías como la impresión 3D para romper las barreras del pasado.

ZetrOZ es un excelente ejemplo. La compañía, financiada con fondos privados con unos 20 empleados, presentó a finales del año pasado sam®, el sistema de terapia por ultrasonido más pequeño del mundo que proporciona una alternativa a los tratamientos contra el dolor basados en productos farmacéuticos.

Sam significa Medicina Acústica Sostenida, un nombre adecuado para un dispositivo que ofrece terapia de ultrasonido continua y de larga duración que está completamente libre de medicamentos y despejada por la FDA. Según ZetrOZ, la terapia ultrasónica de penetración profunda ,disponible sólo antes en máquinas grandes y costosas ubicadas en las oficinas de los proveedores de atención médica, reduce el dolor inflamatorio, alivia los espasmos musculares, mejora la flexibilidad articular y muscular y aumenta la circulación local.

Detailed medical device prototyped using Multi jet 3D printing technology

Prototipos 3D como la cosa real

Después de casi un año en el mercado, ZetrOZ necesitaba diseñar una nueva versión de sam, con el énfasis en hacer que la carcasa para el dispositivo sea más estéticamente agradable, tanto a la vista como al tacto. ZetrOZ también quería asegurarse de que Sam pueda soportar los rigores del uso diario en un ambiente doméstico, lo que podría incluir todo lo que normalmente le sucede a un teléfono celular: personas sentadas en él y dejándolo caer, gatos jugando con él, suciedad, polvo, humedad, humedad, lo que sea.

El trabajo de diseño actualizado se realizó con la ayuda del Connecticut Center for Advanced Technology Inc. (CCAT) y una subvención de financiamiento a través del Programa de Asistencia Técnica de Manufactura de Connecticut, un programa apoyado por la legislatura estatal.

CCAT utiliza la impresora ProJet® 5500X (ahora vendida como ProJet 5600) para producir rápidamente prototipos multimateriales que no son solo aproximaciones de productos reales, sino que se ven y se sienten exactamente como piezas moldeadas por inyección.

“El ProJet 5600 es una impresora 3D única”, dice Eric Would, especialista en aplicaciones de mecanizado de CCAT. “Tiene la capacidad de mezclar materiales dentro de una sola pieza de construcción. Es especialmente bueno para piezas con características sobremoldeadas, como un agarre de goma en el exterior de un mango o caja.”

Para ZetrOZ, la capacidad de sobremoldeo es fundamental para crear una caja rígida que proporciona una sensación cómoda y táctil.

“Trabajar con CCAT y la impresora de 3D Systems nos da acceso a una amplia gama de materiales impresos”, dice Eric Kolb, de ZetrOZ. “Podemos experimentar con diferentes propiedades materiales para la resistencia, flexibilidad, acabado superficial, comodidad y resolución.”

CCAT ha desarrollado prototipos sam utilizando tres materiales diferentes de 3D Systems: VisiJet CR-WT, un material blanco, similar a ABS; VisiJet CR-CL, que es claro y tiene la translucencia y la fuerza de un policarbonato; y VisiJet CF-BK para las áreas sobre-moldeadas que requieren una superficie de agarre suave de goma.

Iteraciones en la mitad del tiempo

En los últimos meses trabajando en la nueva versión de sam, los dos Eric han aprovechado la tecnología de impresión 3D para forjar una relación fácil y claramente definida.

“Básicamente envío un archivo CAD de SOLIDWORKS a Eric y él hace el resto”, dice Kolb.

convertiría el archivo CAD en formato STL y lo carga en el software Sprint 3D de 3D Systems para establecer las piezas en la placa de construcción ProJet 5600. Cuando las piezas salen de la impresora se colocan en un horno para eliminar la cera utilizada durante el proceso de construcción, limpiadas con aceite mineral en una máquina ultrasónica y lavadas suavemente con agua caliente y un jabón suave.

ZetrOZ está refinando un diseño y materiales favorecidos después de que se consideraran unos seis conceptos de diseño muy diferentes. CCAT tarda aproximadamente una semana en devolver un prototipo impreso en 3D para cada iteración, según Kolb.

“Si estuviéramos usando un proceso tradicional de moldeo por inyección, cada prototipo podría tardar de ocho a 12 semanas en construirse y probablemente sólo tendríamos tiempo y dinero para una iteración de diseño”, dice Kolb. “Algunos nuevos procesos de moldeo pueden reducir ese tiempo a un par de semanas, pero todavía es el doble de tiempo que nos lleva trabajar con CCAT y sus equipos, software y materiales de 3D Systems.”

“La calidad y el detalle de la impresora 3D son increíbles”, dice Would. “Hemos hecho que la gente visite nuestras instalaciones que han estado imprimiendo en 3D durante años y no pueden creer los detalles finos de los que la impresora es capaz. Las piezas que salen de la impresora parecen piezas de producción terminadas, no prototipos impresos en 3D.”

Piel en el juego

La nueva versión mejorada de sam no es sólo una preocupación profesional para Kolb de ZetrOZ. Como corredor y triatleta que ha sufrido lesiones crónicas, Kolb está usando sam para volver a estar en forma para la competencia futura. Se está beneficiando del tratamiento de liberación controlada y larga duración proporcionado por Sam, usando el dispositivo hasta cuatro horas al día, cinco días a la semana.

“En el pasado nunca he podido usar productos en los que he trabajado porque eran para procedimientos quirúrgicos”, dice Kolb. “Es bueno estar diseñando algo que pueda tocar y operar como usuario final.”

Kolb espera que el sam más robusto y estéticamente agradable sea lanzado en la primera parte de 2016, proporcionando otro ejemplo de cómo, con la ayuda de la impresión 3D, las grandes ideas de las pequeñas empresas pueden salir al mercado más rápido y menos costoso que nunca.

NuVasive aprovecha el ecosistema de MA para optimizar la tecnología de implantes de columna vertebral

Producto: Impresión DMP
Industria: Médica

NuVasive vio una oportunidad con la fabricación aditiva (AM) en 2015. La compañía de dispositivos ortopédicos reconoció que la capacidad única de AM para producir formas complejas y optimizadas podría abrir nuevas vías en su diseño y fabricación de soluciones de columna vertebral mínimamente invasivas e integradas procedimentalmente. El único problema era que nadie en la empresa poseía experiencia am.

NuVasive sabía que necesitaba asociarse con un proveedor de servicios y fabricación para el proceso de AM. El resultado de esa colaboración final fue que NuVasive rápidamente capitalizó las ventajas de AM, pasando del diseño al mercado en poco más de un año con el lanzamiento en 2017 de Modulus®, ahora una línea completa de implantes.

Elegir un socio para aumentar la experiencia

Optimized spinal implant by NuVasive produced using 3D printing

Incluso teniendo en cuenta el talento y la experiencia alojados dentro del equipo de NuVasive, el trabajo duro combinado con la innovación estratégica permitió a la empresa diseñar, calificar y llevar al mercado con éxito una familia optimizada de implantes AM en 14 meses. Si se trata de un producto de fabricación sustractiva, esto no sería una sorpresa: NuVasive tiene una planta de fabricación de 180.000 pies cuadrados en West Carrollton, Ohio, donde realiza la fabricación tradicional día a día. AM es otra historia, y la novedad del enfoque de la empresa y su fuerza de trabajo presentó desafíos únicos.

Al darse cuenta de que necesitaban asesoramiento externo, NuVasive identificó por primera vez varios criterios de primera línea para seleccionar a su experto en AM. La calidad y fiabilidad de la tecnología de impresión 3D disponible no eran negociables. La compañía necesitaba soporte de aplicaciones de software para fabricar eficazmente un dispositivo novedoso. Por último, buscó un socio que tuviera credibilidad dentro de la industria am y pudiera crecer junto a NuVasive.

“No estábamos dispuestos a correr ningún riesgo en este sentido”, dijo Jeremy Malik, Director de Desarrollo de Productos de NuVasive.

Después de llevar a cabo una investigación exhaustiva, NuVasive eligió 3D Systems, con su tecnología direct metal printing (DMP) y equipo de ingenieros de aplicaciones y expertos en AM, para comercializar Modulus.

Pasar del concepto a la comercialización

La filosofía de diseño detrás de la línea Modulus era utilizar la nueva tecnología de una manera significativa para entregar un producto final que es innovador, en lugar de nuevo. Según NuVasive, el objetivo de la compañía era proporcionar el implante espinal óptimo sin hacer compensaciones significativas en el proceso.

3D Systems' metal additive manufacturing machines at the Customer Innovation Center in Denver, CO

La línea Modulus equilibra la porosidad con el uso compartido de carga, y cada SKU independiente está optimizada para mejorar la radiolucidez. Esto se logró a través de la optimización topológica, una estrategia de diseño basada en algoritmos que elimina el exceso de material que no sirve para ningún propósito estructural o funcional. Un componente que ha sido optimizado topológicamente es de peso más ligero sin impacto adverso en la fuerza. En el caso de la línea Modulus, la optimización topológica también facilita mejores características de imagen en todas las formas y tamaños de implantes, dando a los cirujanos una mejor visión de la fusión ósea durante el seguimiento. Además, la estructura de celosía optimizada proporciona una arquitectura totalmente porosa que crea un entorno propicio para el crecimiento óseo.

“Queríamos hacer cosas que antes no podíamos hacer”, dijo Malik. “Hay más en este dispositivo que simplemente utilizar una nueva tecnología para llevarla al mercado; utilizamos nueva tecnología para ayudar a impulsar mejores resultados clínicos para los pacientes”.

Juntos, las dos empresas generaron una serie de iteraciones de archivos para diferentes formas en que los dispositivos deseados podían ser impresos, y 3D Systems proporcionó experiencia crítica de la industria en estrategias de impresión, metalurgia y eliminación de polvo residual, entre otros aspectos desconocidos pero impactantes de AM.

“No sabíamos lo que no sabíamos”, dijo Malik. “3D Systems nos ayudó a educarnos sobre el proceso aditivo y trabajó con nosotros para planchar nuestro proceso más allá de la impresión. Tuvimos mucho diálogo abierto, y esa comunicación fue clave para nuestro éxito”.

A través del proceso, NuVasive aprovechó los Centros de Innovación del Cliente (CIC) de 3D Systems. Estas instalaciones, y el acceso a la experiencia que se encuentra dentro de ellas, proporcionan un ecosistema de soluciones am que incluyen capacidades de diseño y fabricación, junto con hardware, software y materiales de primera calidad. Abarcando todo, desde el desarrollo de aplicaciones y la ingeniería front-end, hasta la validación de equipos, la validación de procesos, la calificación y producción de piezas, los CICs de 3D Systems ayudan a las empresas con diversos niveles de experiencia a acelerar la innovación a través de la tecnología aditiva.

Desde el diseño hasta la producción, NuVasive fue capaz de capitalizar lo que la tecnología tenía que ofrecer en términos de mejor funcionalidad sin realizar grandes inversiones iniciales.

Las dos empresas también colaboraron más allá de la optimización del diseño para lograr un flujo de trabajo de producción de AM calificado. A pesar de la trayectoria de NuVasive en la obtención de autorización de la FDA en productos hechos con fabricación tradicional, el uso de un nuevo proceso introdujo desafíos regulatorios únicos.

Según Malik, NuVasive abordó esas cuestiones aprovechando los datos de 3D Systems sobre la reproducibilidad de la fabricación con el fin de reforzar sus justificaciones en su presentación a la FDA.

“3D Systems tenía clientes que limpiaban dispositivos a través de la FDA en el pasado, así que sabíamos que nos asociamos con alguien que tenía experiencia interna para ayudarnos a navegar por estos requisitos”, dijo. “Esa era una buena red de seguridad.”

Integración de aditivos en la cartera

Avanzando rápidamente hasta hoy, NuVasive es un líder de la columna vertebral en AM con una familia totalmente impresa en 3D de implantes de columnas limpias por la FDA en el mercado. La línea Modulus es el resultado de un diseño reflexivo y equilibra los beneficios de los requisitos de porosidad y rendimiento de los dispositivos de fusión entre anticuerpos.

Al final, NuVasive tardó aproximadamente 14 meses en pasar del concepto a la comercialización con su línea de productos Modulus. Aunque se trata de un cronograma bastante estándar para los procesos de fabricación tradicionales, la empresa se mostró entusiasmada de poder mantener el mismo ritmo en su primera aplicación de AM.

“Es un compromiso importante construir su proceso de producción además de diseñar y construir su producto”, dijo Malik. “Estábamos orgullosos de tener la capacidad de desarrollar ambos, y confiamos en 3D Systems para ayudar a construir nuestros conjuntos de datos y justificaciones con el fin de llevarnos al mercado.”

En cuanto a la fabricación e implementación de productos, 3D Systems proporciona flexibilidad en la cadena de suministro y cumple con los pedidos de producción por volumen internamente o a través de socios certificados, así como ayuda a los clientes a pasar a la producción aditiva en sus propias instalaciones a través del conocimiento y la transferencia de tecnología.

NuVasive está empezando a hacer su propia impresión 3D de titanio internamente, y está utilizando la tecnología DMP para la prototipado de I+D, así como para entender mejor cómo funcionan las máquinas para seguir refinando su proceso de producción.

“Ha sido una gran mejora para nosotros tener esa capacidad en el lugar”, dijo Malik. “Ahora tenemos un proceso de fabricación legítimo y escalable y la capacidad de mejora continua en el futuro.”

Entrega de una nueva vida a los gemelos Unidos Hernández-Torres con modelos anatómicos impresos en 3D

Producto: SLA
Industria: Médica

Hay una posibilidad de 50 millones a uno de que los trillizos incluyan gemelos unidos. Además de eso, hay un seis por ciento de probabilidades de que gemelos de cualquier tipo se unan cerca de las caderas.

A pesar de las probabilidades, esa fue la situación que enfrenta el equipo quirúrgico en driscoll Children’s Hospital en Corpus Christi, Texas. Afortunadamente, el equipo fue capaz de aprovechar la experiencia de 3D Systems Healthcare, que ha creado visualizaciones 3D y modelos quirúrgicos impresos en 3D para más de 30 operaciones que involucran gemelos unidos.

Amplio equipo de especialistas

Ximena y Scarlett Hernández-Torres nacieron fusionados desde el ombligo hacia abajo con extremidades inferiores separadas. El otro trillizo, Catalina, tuvo un parto normal. Los gemelos compartían un colon y la mitad de su útero a cada lado. Los riñones de los bebés fueron a la vejiga del bebé opuesto, por lo que los cirujanos tendrían que redirigirlos para ir al órgano correcto.

El cirujano pediátrico Dr. Haroon Patel encabezó un equipo de especialistas médicos en cirugía pediátrica, urología, cirugía plástica y ortopedia que asumiría el caso de los gemelos Hernández-Torres.

El Dr. Kevin Hopkins, trabajando con su pareja, la Dra. Vanessa Dimas, fue responsable de la extensa cirugía plástica requerida antes y después de la cirugía de los gemelos. Hopkins también asumió un papel ampliado en el caso basado en su conocimiento práctico de lo que 3D Systems podría ofrecer. Desde 2000, el Dr. Hopkins había trabajado con el equipo de atención médica de 3D Systems en más de 70 casos, la mayoría con cirugía maxilofacial, pero varios con gemelos unidos también.

Cumplir con desafíos especiales

La planificación de la cirugía se llevó a cabo durante varios meses, ya que los médicos tuvieron que estudiar la anatomía compartida para entender la mejor manera de separar a los bebés y luego reorientar los órganos vitales, la piel, los huesos, el músculo y el tejido para asegurar la supervivencia de cada niña después de la operación.

Una vez que los cirujanos tenían un plan, pasaron los datos e información de la tomografía computarizada al equipo de atención médica de 3D Systems. 3D Systems tomó las tomografías computarizadas de los gemelos y se deshizo traducirlas en un entorno digital 3D, mejorar las partes relevantes de la anatomía, simular los procedimientos quirúrgicos y traducir los modelos digitales al mundo físico en forma de modelos anatómicos impresos en 3D. Todo el trabajo de 3D Systems tomó de dos a tres semanas.

En el caso de los gemelos Hernández-Torres, hubo algunos desafíos especiales.

“Cada caso de gemelos unidos es único y siempre hay anatomía significativamente anormal en estos casos”, dice Joe Fullerton, jefe de equipo de imágenes médicas y modelado en 3D Systems. “En este caso, algunos de los órganos eran difíciles de identificar porque estaban en lugares inesperados o compartidos entre los gemelos”.

El momento ‘wow’ y más allá

Una vez que se prepararon los modelos 3D y la simulación quirúrgica, se programó una reunión web con todos los cirujanos involucrados en la planificación y operación. Fue revelador, según el Dr.

“Hubo un momento ‘wow’ cuando 3D Systems mostró los cortes, separó la pelvis compartida y volvió a unir la pelvis individual”, dice. “La reacción fue ‘vaca santa, podemos hacer esto’! También vimos que Scarlett tenía uno de sus riñones desplazado mucho más abajo en su pelvis de lo que se pensaba originalmente, lo que sólo se hizo evidente cuando vimos el modelo 3D”.

Poco después de la reunión web, los cirujanos recibieron los modelos físicos impresos en 3D de 3D Systems, lo que permitió un mayor nivel de planificación y práctica.

“Los modelos físicos eran fantásticos”, dice el Dr. Hopkins. “A diferencia de una radiografía bidimensional o una visualización 3D, podría tener estos modelos en sus manos. Eran una gran manera de mostrar a los miembros del equipo exactamente dónde se encontraban los órganos, dónde estarían los cortes y cómo posicionar al paciente”.

Los dos modelos físicos fueron producidos utilizando una impresora 3D Systems ProX® 800 estereolitografía (SLA). El ProX 800 es conocido por imprimir piezas que coinciden o superan la precisión y resolución de las piezas moldeadas por inyección. El ProX 800 ofrece velocidades hasta cuatro veces más rápidas que los sistemas de la competencia y es capaz de acomodar una amplia gama de materiales de impresión.

El material plástico translúcido se utilizó en uno de los modelos anatómicos para representar con precisión el esqueleto con la vasculatura principal y los órganos involucrados en los procedimientos de separación resaltados en color.

El otro modelo fue impreso en un material plástico blanco para representar la superficie de la piel.

“Elegimos ese material en particular porque es opaco, lo que es beneficioso para la planificación de incisiones porque muestra claramente los contornos de la piel”, dice Fullerton.

Ambos modelos podrían limpiarse, esterilizarse y llevarse al quirófano para una referencia en vivo durante la cirugía.

Ahorro de varias horas de tiempo crítico

La visualización 3D y los modelos físicos ahorraron una gran cantidad de tiempo, según el Dr. Hopkins.

“Habíamos asignado 20 horas para la operación y todo el procedimiento duró alrededor de 12 horas”, dice. “No tengo ninguna duda de que la visualización y los modelos nos ahorraron al menos varias horas de tiempo de funcionamiento crítico”.

La operación fue considerada un éxito, con la planificación anticipada citada como un factor importante.

“Si tuviera que usar un cliché, era como una orquesta”, dijo el Dr. Patel en un comunicado después de la cirugía. “Todo se reunió sin problemas.”

Cambiar las probabilidades

Después de la operación, los gemelos pasaron un par de semanas en cuidados intensivos, donde tuvieron una recuperación relativamente rutinaria. Fueron lanzados en mayo de 2016, alrededor de su primer cumpleaños. El Dr. Patel y el Dr. Hopkins continúan comprobando su progreso mientras se someten a terapia física.

“Están mejorando todo el tiempo”, dice el Dr. Hopkins. “Esperamos que ambos sean capaces de caminar y llevar una vida normal”.

Ximena y Scarlett podrían haber llegado al mundo enfrentando increíbles probabilidades, pero gracias al trabajo de cirujanos extraordinarios, especialistas médicos, personal del hospital y tecnologías 3D, las probabilidades han hecho un giro casi milagroso a su favor.

HC Bio-S Diseña rápidamente composiciones y plantillas de alta calidad con Siemens PLM

Producto: CAM Pro
Industria: Dispositivos Médicos y Farmacéutica

Using Solid Edge CAM Pro, medical specialist reduces time to process single  customized bone plate from six hours to two | Siemens Digital Industries  Software

Especializada en I + D y producción de dispositivos médicos implantables, HC Bio-S es la primera compañía con la capacidad de desarrollar, diseñar y fabricar implantes dentales en Taiwán, y ha obtenido la certificación GMP, la certificación FDA de EE. UU. Y la certificación europea CE. Desde 2013, el enfoque de la compañía incluye el desarrollo de implantes ortopédicos artificiales.

Actualmente, aproximadamente la mitad de los productos de la compañía se fabrican directamente en máquinas de torneado y fresado programadas con CAM Express. La otra mitad requiere herramientas en forma de accesorios, plantillas y troqueles de estampado, que también se fabrican con CAM Express. Frank Lin explica: “Hacer una prueba en el menor tiempo posible siempre ha sido lo que esperamos de CAM Express. Gracias a la amplia experiencia técnica de Siemens PLM Software y los consultores CADEX, hemos podido cumplir nuestra misión en menos tiempo “.

Retos

  • Reduzca el tiempo de procesamiento de la placa ósea en un tercio y mejore significativamente la productividad
  • Claves de Éxito
  • CAM Express para mejorar la capacidad de personalización
  • Fuerte apoyo de Siemens PLM Software partner CADEX Technology
  • Interfaz de software fácil de usar

Resultados

  • Tiempo necesario para procesar una placa ósea personalizada reducida de seis horas a dos horas
  • Simulación evitó colisiones potenciales
  • Personalización mejorada sustancialmente con la capacidad de ajustar rápida y hábilmente la configuración de parámetros y la plantilla
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