Jak skaner 3D pomógł stworzyć protezę nogi

Skanery 3D pozwalają pobrać dane przestrzenne fizycznych elementów i przenieść je z wysoką precyzją (nawet 0.005mm) do modelu 3D. Zeskanowanie obiektu do cyfrowego modelu, projektowanie na tym modelu oraz odtworzenie obiektu w identycznej postaci daje nieocenione możliwości w wielu branżach.

Jest to często stosowane rozwiązanie również w branży medycznej, ponieważ każdy produkt (np. proteza) jest inny i musi być dopasowany indywidualnie oraz precyzyjnie do konkretnego klienta.

Tworząc protezę nie tylko ważne jest, aby spełniała ona swoją funkcję (np. umożliwiała chodzenie), ale musi idealnie dopasować się do ciała osoby niepełnosprawnej, zapewniać komfort użytkowania oraz posiadać walory estetyczne. Bez tych elementów nawet najlepsza proteza nie będzie używana przez pacjenta, ponieważ nie będzie dawała mu wystarczającego poczucia komfortu i dopasowania do jego ciała.

Skanery 3D to nowe możliwości dla osób niepełnosprawnych i firm ortopedycznych, ponieważ pozwalają idealnie odtworzyć brakującą część ciała i stworzyć protezę, z którą osoba bez nogi czy ręki będzie czuła się naturalnie i komfortowo. W tym artykule przedstawię przykład stworzenia osłon na protezy z wykorzystaniem skanera 3D.

Stworzenie ochrony na protezę z użyciem skanera 3D EinScan Pro 3D

Skaner 3D + oraz drukarka 3D to urządzenia, które zostały wykorzystane do stworzenia dokładnie dopasowanej ochrony na protezę dla jednego z niepełnosprawnych. Poniżej opisałem krok po kroku jak wyglądał cały proces tworzenia osłon na protezy.

1. Skanowanie nogi i protezy pacjenta

Pierwszym krokiem do stworzenia ochrony na protezę było zeskanowanie sprawnej lewej nogi pacjenta. Pozwoliło to później odwzorować kształt nogi na protezie.

Następnie skaner 3D zeskanował protezę, do której zamontowane będą osłony. Dzięki temu stworzone elementy będzie można idealnie dopasować do protezy oraz przeprowadzić symulację projektu – przed stworzeniem finalnego produktu. Obydwa skanowania zajęły mniej niż 10 minut.

2. Eksport plików ze skanowania i automatyczna obróbka danych

W procesie skanowania 3D i inżynierii odwrotnej ważne jest, aby jak najwięcej czynności było zautomatyzowanych i wykonywanych przez program. Pozwala to uniknąć wielu błędów i przyspieszyć czas realizacji.

Dlatego w tworzeniu osłon na protezy pliki ze skanowania (w formacie .stl) były bezpośrednio eksportowane do programu Geomagic Essentials. Program ten umożliwił automatyczną konwersję plików ze skanowania do środowiska CAD (np. model STEP) oraz ulepszył model.

Każdy zeskanowany obiekt (bez względu na jakość skanera) wymaga podstawowej obróbki, aby można było wykorzystywać projekt do dalszego przeznaczenia (np. drukowania 3D). Do obróbki wykorzystano narzędzia z programu Geomagic Essentials, które automatycznie wyczyściły zeskanowany model, ulepszyły siatkę i dopasowały współrzędne i kontury. Te same czynności zostały wykonane dwukrotnie: z zeskanowanym modelem nogi oraz protezy.

Całość trwała około kilkudziesięciu minut i w większości została przeprowadzona automatycznie przez program, dzięki czemu nie wymagała dużego zaangażowania projektanta.

3. Stworzenie modelu osłony w programie SolidEdge – w kształcie sprawnej nogi

W opisywanym przypadku powyższe modele zostały otworzone w programie do pracy nad modelami CAD – Solid Edge SHINING 3D Edition (mógł zostać wykorzystany również każdy inny program do obróbki CAD, jednak Solid Edge posiada dedykowane narzędzia do pracy ze skanami)

Dzięki skanowi protezy projektant idealnie dopasował wewnętrzny kształt osłony do protezy pacjenta.

Natomiast skan lewej nogi posłużył do zaprojektowania zewnętrznej struktury osłony, aby dopasować ją do sprawnej nogi, dzięki czemu proteza miała taki sam kształt jak prawdziwa noga pacjenta.

Aby zaprojektować najlepsze z możliwych rozwiązań wykorzystano projektowanie generatywne (automatyczne projektowanie wielu wersji modelu przez komputer po podaniu najważniejszych parametrów np. waga pacjenta, obciążenia itd.).

Dodatkowo aby przetestować osłonę protezy w jej finalnym środowisku przeprowadzono testy wytrzymałości obiektu, obciążenia (uwzględniając wagę pacjenta oraz obciążenia np. związane z bieganiem w protezie). Całość została przeprowadzona we wspominanym programie – SolidEdge Shining 3D Edition.

4. Wydrukowanie osłony na drukarce 3D

Zaprojektowany model jest dopasowany do drukowania 3D i w ten sposób zostały stworzone w pełni funkcjonalne osłony na protezy. Modele zostały wydrukowane i poddane późniejszej obróbce.

W opisywanym przykładzie wykorzystano drukarkę 3D, ale protezy również mogły być stworzone innymi metodami wytwarzania np. za pomocą obróbki CNC itd.

5. Zamontowanie osłon

Osłony na protezy nie tylko spełniają swoją funkcję, ale również pasują kształtem do sprawnej nogi pacjenta.

Montaż osłon powiódł się za pierwszym razem i trwał kilkanaście minut, ponieważ elementy zostały dokładnie dopasowane już na etapie projektowania, dzięki przeprowadzonemu skanowaniu 3D. Pacjent nie musiał długo czekać na zamontowanie i spasowanie dodatkowych elementów.