Anatomia humana impressa em 3D através da linguagem STL

Não é novidade para ninguém que a tecnologia tem tido avanços impressionantes! Em poucas décadas o desenvolvimento de novos recursos foi tão rápido que muitas vezes sequer conseguimos acompanhar tantas novidades no mercado.

Imagine que a setenta anos atrás, a televisão foi lançada no Brasil e era algo extraordinário conseguir ver e ouvir pessoas através de uma tela, logo vieram os telefones celulares, eletrodomésticos inteligentes e o nosso dia-a-dia passou ser facilitado.

Naquela época era imprevisível que o mundo se tornaria tão prático e que as tecnologias seriam grandes auxiliadoras para melhorar a qualidade de vida das pessoas. Este mesmo processo aconteceu nas indústrias, nas engenharias e na medicina.

Essas inovações, quando aplicadas na medicina, proporcionam muitas vantagens que podem sim salvar vidas porque colaboram com:

  • Agilidade no atendimento dos pacientes;
  • Diagnósticos mais rápidos e precisos;
  • Procedimentos menos invasivos e mais seguros;
  • Redução de erros humanos;
  • Planejamento Cirúrgico;

As novas ferramentas de trabalho dos médicos flutuam em um mundo vasto e com muitos recursos, um deles nós chamamos de Biomodelos, que são réplicas tridimensionais compatíveis com a anatomia humana. Essas réplicas têm o objetivo de proporcionar uma análise mais apurada antes das intervenções cirúrgicas ou pode ser utilizado como recurso didático, facilitando o estudo e a formação dos profissionais da saúde.

Anatomia humana impressa em 3D através da linguagem STL

O planejamento cirúrgico especialmente, é uma das principais vantagens ao aderir os Biomodelos, porque através deles é possível simular o procedimento com antecedência e assim reduzir o tempo de exposição do paciente à cirurgia e realizar o estudo antecipado sobre os recursos que serão necessários como a instrumentação por exemplo, aumentando assim, a probabilidade de ter sucesso na operação. Além disso, é possível criar próteses e implantes personalizados que satisfazem a necessidade individual de cada paciente com medidas precisas, utilizando materiais como o titânio, que geralmente é aceito pelo organismo humano. Esse recurso pode também ser utilizado quando há necessidade de implantar parafusos de compressão óssea, pois é possível desenvolver um parafuso especial que não é fabricado em série, conforme a necessidade do paciente.

Uma aplicação muito comum são as próteses faciais, que através da modelagem perfeita, permitem o encaixe ideal e customizados para cada tipo de estrutura do crânio-maxilo-facial, corrigindo as deformidades e garantindo a posição ideal para encaixe dos parafusos de fixação 

Você deve estar se perguntando: Mas como isso é possível?

A resposta vem das tomografias computadorizadas, ressonâncias magnéticas e ultrassonografias que permitem a captura e transformação de estruturas anatômicas em tridimensionais através da manufatura aditiva. Os dados dos exames oferecem precisão de medidas, contribuindo ativamente com os benefícios do emprego da tecnologia na medicina.

A maioria dos exames médicos por imagem são gerados em um formato conhecido como DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), que é um conjunto de normas apropriado para armazenamento dos diagnósticos médicos por imagem em formato eletrônico padronizado. A grande vantagem desse formato de arquivo é a versatilidade, de modo que ele pode ser lido em diversos equipamentos de marcas distintas. O formato DICOM permite digitalizar os exames como as tomografias e proporciona um arquivo 3D através de três eixos. Posteriormente, os arquivos DICOM são processados por softwares que são capazes de transformar o arquivo em linguagem STL e depois em G-Code que é a linguagem interpretada por equipamentos de manufatura aditiva.

Mas o que é Manufatura Aditiva?

Manufatura aditiva é o que chamamos comumente de impressão 3D, ou seja, transformar modelos digitais em objetos físicos. O termo “aditivo” faz referência a adição de material para modelagem dos objetos que são projetos tridimensionais impressos em camadas. Ao contrário, por exemplo, da manufatura subtrativa que são as famosas usinagens onde o produto é criado através da remoção de material. 

Por que a Manufatura Aditiva é vantajosa?

Entre os principais benefícios da utilização da Manufatura Aditiva, ou impressão 3D estão:

  • Personalização: Criar produtos diferentes para cada aplicação conforme as necessidades individuais;
  • Complexidade: O recurso possibilita a criação de perfis e geometrias complexas e ilimitadas;
  • Baixo custo: Torna viável a produção unitária ou de lotes pequenos;
  • Sustentabilidade: O consumo de energia elétrica é inferior aos demais métodos de manufatura e a produção de resíduos é baixa;
  • Agilidade: Com o projeto elaborado, a impressão do modelo físico é rápida.

Quais são os recursos necessários para uma impressão 3D?

Quais são os recursos necessários para uma impressão 3D?

Para realizar a impressão 3D, precisamos de softwares e impressoras específicos para este segmento. O CAD (Computer Aided Design) é o software que permite o desenvolvimento de projetos tridimensionais pelo computador e é muito utilizado pela engenharia, arquitetura e design de diferentes tipos de produto.

O CAD é uma ferramenta imprescindível já que a projeção é a primeira parte do processo. Alguns modelos CAD são capazes de simular as condições de fabricação e permitem modificações no projeto e medidas. 

No caso do desenvolvimento de Biomodelos, a modelagem é feita a partir dos dados fornecidos pelos exames no formato DICOM que mencionamos acima, proporcionando um desenho tridimensional, depois entra a linguagem STL que permite que o desenho seja definido em malhas detalhadas, posteriormente ele é cortado em camadas e convertido em um arquivo de formato G-Code.

A Linguagem STL

Criada em 1987, a STL (Standard Triangle Language) também conhecida como a linguagem do triângulo ou do mosaico, é um formato de arquivo nativo do CAD. Ele permite gerar apenas a geometria da superfície de um objeto tridimensional, sem nenhuma representação de cor ou textura. A geometria do objeto é transformada em uma malha de triângulos conectados, de modo que quanto mais complexo for o perfil, maior o número de triângulos na modelagem. 

A codificação da modelagem utiliza um conceito que não sobrepõe as formas geométricas nem deixa lacunas, é como um piso de azulejos, um ao lado do outro armazenando também as informações de localização, tamanho e posicionamento de cada forma geométrica do objeto 3D.

A STL também armazena as informações em representações ASCII e binárias que são mais compactas. Para gerar um STL você precisa da modelagem 3D em CAD e depois exportar.

Antes de imprimir, o arquivo STL deve passar por um “fatiador” que cria as instruções para a impressora 3D, tal como o cálculo de material necessário e tempo de processamento. Os softwares responsáveis por isso transformam a linguagem STL em G-Code que são interpretados pelo sistema das impressoras 3D.

É claro que o STL não é o único recurso disponível no mercado, mas ele é considerado o mais maduro para a utilização em impressões tridimensionais.

Entendendo a conversão da imagem para linguagem STL

Entendendo a conversão da imagem para linguagem STL

O processo de conversão dos dados em formato DICOM, ou seja, os dados fornecidos através dos diagnósticos por imagem como as tomografias e ressonâncias magnéticas é bem simples: Você vai precisar do software InVesalius instalado ou algum similar do mercado. Utilizando os arquivos médicos DICOM, você irá:

  • Importar as imagens;
  • Escolher quais eixos você quer utilizar na modelagem 3D;
  • Configurar o fatiamento na região de interesse;
  • Criar e configurar uma superfície 3D;
  • Exportar superfície 3D para linguagem STL;
  • Salvar o arquivo STL;
  • Fatiar o arquivo STL através do software PrusaSlicer ou algum similar;
  • Corrigir imperfeições com a função Netfabb;
  • Iniciar o processo de impressão utilizando a impressora 3D de sua preferência!

Se você tiver os recursos necessários, a impressão 3D pode ser mais simples que parece. Além disso, a tecnologia está em constante atualização e evolução com o objetivo de facilitar ainda mais processos como este.

3D STL FAQ

O que é impressão 3D?

A Impressão 3D, também conhecida como prototipagem rápida, é uma forma de tecnologia de manufatura aditiva onde um modelo tridimensional é criado por sucessivas camadas de material.

Qual software eu preciso para criar uma modelagem 3D?

Existem muitos softwares de modelagem 3D e alguns estão disponíveis para download gratuito, mas a utilização do software CAD é essencial.

A impressora 3D pode imprimir qualquer desenho?

Nem todos os modelos saem exatamente como o design. Normalmente, objetos com saliências, podem não sair tão perfeitos. Outros fatores que podem levar à falha de impressão incluem a complexidade ou erro de projeto ou utilização de material inadequado. 

Posso imprimir minha modelagem 3D em mais de uma cor?

Não. As impressoras permitem apenas uma cor por vez.