Nella valutazione funzionale recentemente pubblicata di una protesi manuale non assemblata stampata in 3D , gli autori (della TU Delft ) Juan Sebastian Cuellar, Gerwin Smit, Paul Breedveld, Amir Abbas Zadpoor e Dick Plettenburg delineano i loro recenti sforzi di sviluppo nella stampa 3D protesi della mano — insieme ai loro piani per estenderne l’uso ai paesi in via di sviluppo.
Mentre gli autori studiavano statistiche sugli amputati, hanno scoperto che molto spesso, gli individui tendono a perdere gli arti a causa di problemi come traumi, malattie, infezioni e altro. La cosa più sorprendente, tuttavia, è che mentre decine di milioni di persone hanno perso gli arti, solo il 5-15 percento ha accesso alle protesi. Nei paesi in via di sviluppo, l’assistenza sanitaria è imprevedibile e, sebbene possa essere disponibile per alcuni nelle città più grandi, il trasporto dalle aree rurali è ovviamente impegnativo. Le opzioni terapeutiche sono scarse, così come i follow-up per gli amputati.
Con l’avvento della stampa 3D, tuttavia, e soprattutto i progressi compiuti con dispositivi medici come protesi e ortesi, i ricercatori vedono un grande potenziale per i paesi in via di sviluppo. Riconoscendo il numero di gruppi e organizzazioni no profit già responsabili della distribuzione di una vasta gamma di protesi stampate in 3D, gli autori hanno preso atto dei numerosi vantaggi che rendono tale tecnologia adatta ai paesi in via di sviluppo, a cominciare dalla convenienza e dalla velocità di produzione. Anche la personalizzazione è fondamentale; ad esempio, in contesti medici più convenzionali, i bambini possono crescere fuori dalle loro protesi prima ancora che vengano consegnati. La stampa 3D consente un trattamento specifico per il paziente e regolazioni molto più semplici.
Qui, i ricercatori hanno creato un nuovo approccio per fornire mani stampate in 3D agli amputati nei paesi in via di sviluppo, rielaborando sia la progettazione che la fabbricazione, nonché la meccanica e la funzione. Hanno basato il loro nuovo design sui seguenti requisiti:
Controllo body-powered (BP)
Aspetto cosmetico
Peso leggero
Resistente all’acqua / allo sporco
Il design è composto da quattro dita e un pollice fisso, con le dita, che si muovono con un movimento ruotato con un grado di libertà, collegate al palmo attraverso un’articolazione incernierata. Le dita sono collegate tramite una “disposizione a spirale”, quindi si muovono attraverso uno schema di trasmissione della forza che include anche il collegamento principale di guida e i collegamenti a ciascun dito.
“La mano è azionata da un cavo Bowden collegato al collegamento principale che può fare un movimento lineare a seguito del movimento del cavo. Le forze di ritorno che consentono l’apertura della mano sono generate da molle a balestra collegate da un’estremità alla base delle dita e dall’altra estremità al meccanismo a spirale, ”spiegano gli autori.
“La configurazione a molla a balestra è progettata come una serie di sottili fogli di plastica stampati in 3D curvi che consentono la flessione elastica e funzionano contemporaneamente come elementi di trazione. Quando le dita sono attivate, le forze di trazione spingono le molle a balestra per piegarsi e deformarsi in una configurazione diritta. Quando le molle a balestra ritornano e si riprendono dalla deformazione, viene fornito un comportamento simile a una molla, che combina attuazione e una molla di richiamo in un elemento stampato in 3D non assemblato. “
I ricercatori hanno fatto affidamento su una stampante Ultimaker 3 , utilizzando PLA, per la produzione della mano, con l’intero meccanismo stampato contemporaneamente per evitare complessi post-assemblaggi.
“La mano è stata stampata in 3D con la sezione circolare delle cerniere delle dita parallela alla piastra di costruzione della stampante 3D. In questo modo, durante l’attivazione della protesi della mano, gli strati che formano le molle a balestra, il meccanismo a spirale e il collegamento di guida vengono depositati lungo la direzione perpendicolare della loro direzione di movimento ”, hanno spiegato i ricercatori.
Sebbene la mano stampata in 3D sia composta solo da due parti, ha ancora successo nella presa adattiva. Nel complesso, i ricercatori hanno trovato il progetto molto promettente, soprattutto a causa delle attrezzature necessarie per la produzione, che non era solo conveniente ma accessibile. Trovarono che la molla a balestra necessitava di un ulteriore perfezionamento, a causa della sua mancanza di capacità di sopportare un carico ciclico molto elevato. Altri materiali potrebbero risolvere questo problema, tuttavia.
Insieme al livello di funzionalità trovato qui, i ricercatori sottolineano che raramente, se mai, le protesi della mano stampate in 3D vengono prodotte con una valutazione di accompagnamento. In questo studio, sono stati in grado di fare la differenza offrendo metriche e dati da utilizzare come base per ulteriori sviluppi.
“Il confronto diretto con altre mani stampate in 3D esistenti non è stato possibile a causa della mancanza di dati in letteratura. I risultati presentati in questo studio possono essere usati come punto di partenza per sviluppi futuri sulle mani protesiche stampate in 3D ”, hanno concluso i ricercatori.
“Il design non di assemblaggio ha raggiunto un livello comparabile di funzionalità rispetto ad altre alternative BP. Tenendo conto del fatto che la maggior parte degli ADL richiede basse forze di presa e aggiungendo una maggiore accessibilità fornita dai vantaggi dell’approccio di non assemblaggio e stampa 3D, riteniamo che questa mano protesica sia un’opzione preziosa per le persone con difetti del braccio nei paesi in via di sviluppo. “
La stampa 3D di protesi continua ad evolversi in tutto il mondo e con utenti di diversi livelli; per esempio, anche molti studenti sono coinvolti nella creazione di dispositivi per la sostituzione degli arti, dalla formazione delle proprie organizzazioni benefiche alla fornitura di aiuti agli amputati ad Haiti . Organizzazioni come e-NABLE sono anche famose per i loro sforzi, aiutando i bisognosi dalla Florida alla Nigeria .
Design della nostra mano protesica stampata in 3D. Il palmo nella figura a sinistra è traslucido per mostrare i meccanismi interni (dall’alto verso il basso: molle a balestra, meccanismi a Whippletree e anello guida) e la figura a destra mostra la mano protesica stampata in 3D senza il palmo. 
Il setup sperimentale per misurare le forze di attivazione e pizzico (a sinistra). L’indice e il medio spingono la cella di carico contro il pollice. L’anello e il mignolo soddisfano l’angolo di chiusura massimo (90 °) (a destra) 
L’impostazione sperimentale per il test di resistenza massima della balestra. La molla a balestra è nella sua configurazione neutra (a sinistra). Il campione stampato in 3D è in condizioni di carico di trazione e flessione durante l’esperimento. Si noti che la molla a balestra è piegata in una configurazione diritta, corrispondente a un 90? flessione del dito (a destra). La nostra mano protesica stampata in 3D attaccata al simulatore e un’imbracatura per spalla a forma di nove. La tensione del cavo che viene erogata dal cablaggio e attiva la mano protesica è rappresentata (a sinistra). 
La nostra mano protesica stampata in 3D attaccata al simulatore e utilizzata dai soggetti partecipanti (a sinistra) per il test Box andBlocks (in alto a destra) e il test SHAP (in basso a destra). Le strisce di nastro Gaffer sono state posizionate sopra il pollice, l’indice e il medio per aumentare la presa (a destra). 