Malla impresa en 3D facilita la fabricación de soportes ortopédicos

Un estudio nuevo sugiere que la fabricación aditiva (FA) de mallas flexibles adaptadas biomecánicamente podría llevar a dispositivos portátiles e implantables personalizados.

Desarrolladas en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT, Cambridge, MA, EUA), las mallas se fabrican mediante extrusión de poliuretano termoplástico utilizando una herramienta continua de herramientas de FA para adaptar la elasticidad de las celdas de la malla mediante modificación de holgura y modulación de la unión filamento-filamento. La configuración resultante de la malla se parece a una tela resistente y flexible con una rigidez de inversión direccionalmente específica. Cuanto más amplio es el espaciado de las celdas unitarias, más se puede estirar la malla a baja tensión antes de volverse más rígida, un principio de diseño que adapta el grado de flexibilidad de la malla y lo ayuda a imitar el tejido blando.

La malla flexible también se puede endurecer imprimiendo fibras de acero inoxidable sobre las regiones de la malla elástica donde se necesitan propiedades más rígidas, y luego imprimiendo una tercera capa elástica sobre el acero para emparedar el hilo más rígido en la malla. La combinación de materiales rígidos y elásticos proporciona a la malla la capacidad de estirarse fácilmente hasta un punto, después del cual se comienza a endurecer. Las mallas también se pueden diseñar como una estructura auxética, una estructura que se vuelve más ancha cuando se tira de ella. Las estructuras auxéticas también pueden dar apoyo a superficies altamente curvas del cuerpo.

Para demostrar las capacidades de la nueva malla, los investigadores diseñaron una abrazadera para el tobillo con una rigidez de inversión direccionalmente específica que surge de la malla incrustada, que puede proporcionar un soporte más fuerte para evitar, por ejemplo, que un músculo se sobrecargue. La estructura de la malla evita que el tobillo gire hacia adentro, a la vez que permite que la articulación se mueva libremente en otras direcciones. La mecánica de tracción de la malla de la abrazadera fue diseñada para que coincida con la respuesta no lineal del músculo. Los investigadores también fabricaron un refuerzo para la rodilla que se ajusta a la rodilla cuando se dobla, y un guante con una malla impresa en 3D cosida en su superficie superior, que se ajusta a los nudillos del usuario. El estudio fue publicado el 19 de junio de 2019 en la revista Advanced Functional Materials.

“Intentamos pensar en cómo podemos hacer que las construcciones impresas en 3D sean más flexibles y cómodas, como los textiles y las telas. Una de las razones por las que los textiles son tan flexibles es que las fibras se puede mover fácilmente entre sí”, dijo el autor principal e ingeniero mecánico, Sebastián Pattinson, PhD. “Hay potencial para hacer todo tipo de dispositivos que interactúen con el cuerpo humano. Mallas quirúrgicas, ortesis, incluso dispositivos cardiovasculares como stents; se pueden imaginar todos los beneficios potenciales de los tipos de estructuras que mostramos”.

La fabricación aditiva describe tecnologías que construyen objetos en 3D utilizando software de modelado de diseño asistido por computadora (CAD), máquinas y material para formar capas. Una vez que se produce un boceto CAD, los datos son transmitidos a la impresora, que coloca o agrega capas sucesivas de líquido, polvo, material de hoja u otro, de una manera, capa por capa, para fabricar un objeto en 3D. En esta definición se incluyen muchas tecnologías, como la creación rápida de prototipos, la fabricación digital directa, la fabricación en capas y la fabricación aditiva.

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Instituto de Tecnología de Massachusetts