STL para próteses usinadas em centros de usinagem

Você sabia que a perda de um órgão ou de uma parte do corpo gera, além da perda da função, transtornos sociais e psicológicos? Mas a medicina e a engenharia têm trabalhado em avanços tecnológicos para proporcionar melhor qualidade de vida para pacientes com deformações de nascença ou acidentais. Para isso, as próteses criadas surpreendem cada vez mais por sua funcionalidade, discrição e perfeição.

Conforme já vimos por aqui, através dos avanços da tecnologia, se tornou possível criar 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, pode ser utilizado como recurso didático e até mesmo como próteses e implantes personalizados que satisfazem a necessidade individual de cada paciente com medidas precisas, utilizando materiais aceitos pelo organismo humano. 

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.

Como isso é possível?

STL para próteses usinadas em centros de usinagem

A fabricação de implantes para tem, como ponto de partida, a obtenção de imagens do paciente. A metodologia pode ser resumida nas seguintes etapas: obtenção e processamento das imagens tomográficas, simulação, usinagem da prótese, inspeção visual e dimensional da prótese e dos modelos. 

Isso é possível porque 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.

Após a obtenção da região de interesse, a mesma deve ser exportada de formato STL (Stereolithography) para softwares de modelagem tradicional de categoria CAD (Computer Aided Design).

Conversão da Imagem em 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;

Como converter STL em Código G

Os centros de usinagem CNC trabalham com linguagem em código G, mas é possível exportar o formato DICOM para CAD, depois para CAM que vai gerar o código G que pode ser lido pelo centro de usinagem CNC. Ainda na fase de projeto é possível selecionar a espessura ou outras características da prótese que você deseja, além disso os softwares de simulação já traçam toda a trajetória da máquina para um melhor planejamento do trabalho do centro de usinagem.

Uma outra forma é através do seu projeto 3D que provavelmente foi feito em algum software como o Cura, que facilita a conversão de .stl para .gcode, mas caso o software não tenha este recurso, você pode fazer o download da versão mais recente diretamente do site do fornecedor.

Com o Cura instalado no seu computador, você precisa configurá-lo para o seu 3D er. Vá para Configurações > er > Adicionar er. É possível que você precise adicionar uma árvore manualmente e para isso você precisa especificar as dimensões da sua base de projeto, para isso você pode usar para X e Y a dimensão de 220mm e para Z 250mm, lembrando que uma única configuração é suficiente.

No seu computador, localize o arquivo na pasta Downloads usando o Explorador de Arquivos, clique com o botão direito do mouse e escolha a opção “Extrair tudo”. Você precisa apenas do arquivo .stl, que estará na pasta Arquivos. 

Abra o arquivo extraído no Cura e através dele, salve no seu computador um arquivo .gcode que será reconhecido pelo seu er como um conjunto de instruções para recriar esse modelo em 3D. Incrível não? 

Materiais

O desenvolvimento da implantologia tem dado incentivo à pesquisa de biomateriais para esse fim, bem como das reações que ocorrem na interface tecido-implante, afinal nem todos os materiais são aceitos pelo organismo humano.

Como converter STL em Código G

inoxidáveis e a alumina, mas atualmente a otimização das propriedades de superfície como grau de pureza, acabamento superficial, rugosidade e molhabilidade tem sido explorado.

Os biomateriais podem ser: polímeros sintéticos, metais, cerâmicas e macromoléculas naturais que são manufaturados ou processados para se adequarem à utilização em dispositivos médicos que entram em contato íntimo com proteínas, células, tecidos, órgãos e sistemas orgânicos.

Os biomateriais devem ser isentos de produzir qualquer resposta biológica adversa local ou sistêmica, ou seja: o material deve ser não-tóxico, não-carcinogênico, não-antigênico e não-mutagênico. Em aplicações sanguíneas, eles devem também ser não-trombogênicos.

A seleção do material a ser utilizado deve levar em consideração as propriedades físicas, químicas e mecânicas do material. As principais propriedades que devem ser levadas em conta são: Resistência, Módulo, Fadiga, Rugosidade, Taxa de permeação, Absorção de água, Bioestabilidade, Bioatividade e Esterilização

Usinagem

Após a obtenção da região de interesse e a exportação para o formato STL (Stereolithography), deve ser realizado o planejamento e a simulação da usinagem. O processo de usinagem dependerá do tipo de prótese que será produzida, mas é muito comum a utilização de centros de usinagem 5 eixou ou fresadoras CNC.

STL para proteses

Devem ser planejadas as ferramentas, as condições de corte como velocidade de corte, velocidade de avanço, profundidade de corte e penetração de trabalho. Todas estas avaliações prévias, podem ser realizadas através do software CAM, é interessante classificar a região escolhida para usinagem em três superfícies: uma interna, resultante da reconstrução de todos os contornos internos; a externa correspondente aos contornos externos e uma terceira superfície plana resultante da interseção dessas duas superfícies com um plano de corte normal ao eixo “Z”.

FAQ

O que é um centro de usinagem?

O Centro de Usinagem Vertical (CNC) é uma máquina-ferramenta que utiliza ferramentas de corte como por exemplo: broca, fresa de topo, alargador, macho e cabeçotes fresadores. Este tipo de máquina é muito utilizado nas indústrias de fabricação, devido a sua versatilidade.

O que é usinagem CNC?

A usinagem CNC se dá através de uma máquina controlada por comandos numéricos, ou seja, é um processo de fabricação que utiliza computadores para automatizar máquinas e ferramentas em diversas etapas de produção.

Como funciona a máquina CNC?

Isto é possível porque as máquinas CNC são alimentadas com uma série de instruções que são entregues a um controlador interno do computador, especificamente o código G de máquinas CNC dá as coordenadas para prender e acoplar a ferramenta de usinagem, a fim de cortar e moldar o metal para determinadas especificações.

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