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Casos de estudio médicos

La impresión 3D ayuda a salvar vidas

Desde la lucha contra la diabetes a los "brazos mágicos" de la pequeña Emma, los profesionales médicos usan la impresión 3D para ayudarlos a salvar vidas y mejorar la salud.

Obtenga más información acerca de cómo los héroes de la atención de salud están innovando más rápido, rompiendo las barreras y haciendo más con menos gracias a la impresión 3D.

La capacidad para producir prototipos de forma rápida en la empresa reduce el tiempo de desarrollo de equipos médicos a la mitad, acelera el plazo de comercialización

Pieza impresa en 3D de Biorep 1

Biorep Technologies es un fabricante de equipos originales para la industria médica, que se centra principalmente en el desarrollo de dispositivos necesarios para encontrar la cura para la diabetes. Biorep se encuentra afiliado con el mundialmente afamado Instituto de investigación de la diabetes en Miami, y se esfuerza en ofrecer equipos para aislamiento de islotes a un precio razonable para dar acceso a la tecnología a tantos centros de investigación como sea posible.

El director de ingeniería Felipe Echeverri y el Ingeniero de Investigación y Desarrollo Andres Bernal lideran el equipo de diseño de Biorep. Desde la fundación de la empresa en el año 1995, han utilizado el taller de máquinas para la creación de prototipos. En ocasiones, Biorep trabajaba con oficinas de servicio para producir prototipos rápidos de piezas pequeñas de manera de evaluar los diseños.

El aumento del volumen de proyectos de creación rápida de prototipos motiva la búsqueda de la impresora 3D en la empresa

Para el año 2007, cuando el equipamiento de Biorep se volvió más compacto y sofisticado, Echeverri y Bernal se vieron en la necesidad de realizar subcontrataciones con más frecuencia para la creación rápida de prototipos de piezas pequeñas. El volumen alcanzó un punto en el que tenía sentido comercial que la tecnología para la creación rápida de prototipos estuviera en la empresa.

“En ese momento, Biorep carecía de una manera rentable de producir prototipos de forma rápida”, recuerda Echeverri. “Al subcontratar la impresión de modelos en 3D, generalmente eran más caros que el costo de la máquina en la empresa y no era mucho más rápido. Sabíamos que realmente podíamos acelerar nuestra productividad de diseño su tuviéramos la capacidad de imprimir una pieza durante la noche, en nuestra oficina. Por lo que empezamos a evaluar los sistemas de impresión en 3D.”

Eden250 de Objet fue seleccionada por lo fácil de su uso y la calidad de su acabado

Pieza impresa en 3D de Biorep 2

El criterio de Biorep para elegir un sistema de impresión 3D en la empresa fue: precisión, facilidad de uso, requerimientos de mantenimiento, acabado de la superficie y el precio. “Con frecuencia, utilizábamos prototipos rápidos para probar conceptos y verificar el ajuste, la forma y la función antes de pasar al estampado para el moldeado de inyección, de modo que la precisión era muy importante”, dice Echeverri. “Sin embargo, también calculamos que produciríamos cerca del doble de prototipos se tuviéramos los medios en la empresa; además tenemos un equipo pequeño, por lo que la facilidad de uso y la confiabilidad también eran esenciales”.

Finalmente, Biorep escogió la impresora 3D Eden250 Objet que es un sistema más pequeño que ofrece el punto de entrada perfecto al mundo de la creación rápida de prototipos de alta calidad. Acerca las ventajas líderes del mercado de la tecnología patentada PolyJet™ de Objet al alcance de casi cualquier diseñador u operación de fabricación. La Eden250 ofrece una solución completa para la construcción precisa de casi cualquier geometría, de manera fácil, rápida y limpia, además de rentable. Los modelos producidos en la Eden250 tienen superficies suaves y durables, con detalles excepcionalmente finos y un acabado de superficie sorprendente. Con un pequeño punto de apoyo, este sistema económico utiliza un proceso completamente limpio, lo que la hace ideal para entornos de oficina normales. A diferencia de otros sistemas de impresión en 3D ésta encaja a través de una entrada típica, lo que hace que su instalación sea rápida y simple.

“La Eden250 se ajustó perfectamente a lo que nosotros necesitábamos”, afirma Echeverri. “Es apta para la oficina, limpia, fácil de usar, fácil en su mantenimiento y produce piezas precisas con un gran acabado de superficie.”

La capacidad para producir prototipos de forma rápida en la empresa reduce en seis meses el desarrollo de nuevos productos

Pieza impresa en 3D de Biorep 5

Echeverri afirma que la Eden250 ha ayudado a su equipo a producir mejores diseños y a acelerar el tiempo de comercialización de nuevos productos.

Un proyecto reciente que optimiza ambos beneficios es el Colector de pellizco con patente pendiente de Biorep. Según Bernal, tradicionalmente, los laboratorios médicos que evalúan fluidos han utilizado un dispositivo llamado válvula de pellizco que mantiene los fluidos en tubos de silicona para evitar que entren en contacto con el equipamiento. Las válvulas de pellizco literalmente pellizcan el tubo para cerrarlo y contener el fluido. Sin embargo, las válvulas de pellizco tienden a sobrecalentarse y a confiar en la presión del tubo para su operación. No son muy confiables y son extremadamente caras. En el caso de un corte de energía, las válvulas de pellizco podría abrirse, liberando el fluido dentro del equipo.

El dispositivo clave de Biorep requiere 32 válvulas de pellizco muy confiables sin contacto. Las válvulas de pellizco comerciales no cumplieron su labor, por lo que el equipo de Biorep decidió diseñar sus propias válvulas.

Como resultado, el Colector de pellizco de Biorep utiliza una serie de cámaras y un motor para controlar los fluidos en varios canales con la función sin contacto requerida de las válvulas de pellizco tradicionales. “Nuestro colector de pellizco ofrece nuevos medios para catalogar fluidos sin ningún tipo de contacto con las partes de la válvula”, afirma Bernal. “Los fluidos sólo entran en contacto con los tubos de silicona que son desechables. En un ambiente de laboratorio estéril, es muy importante evitar la contaminación del equipo con fluidos que se manipulan, generalmente sangre o bacterias. Por lo tanto, es esencial una válvula sin contacto.”

Además, Bernal afirma “El sistema se puede expandir a cuantos canales se quiera, por lo que es mucho más eficiente que el sistema de válvula de pellizco tradicional, la que comúnmente puede manera solo un canal. Y dado que es mecánica en vez de electromagnética, es a prueba de fallos. En el caso de un corte de energía, éste mantiene su posición.”

Bernal empezó experimentando con diseños y todos estos prototipos fueron creados en la Eden250. “Pronto nos dimos cuenta de que estábamos en algo grande”, afirma Echeverri. “Usamos un prototipo de Objet para presentar el proyecto a la administración, y de verdad no ayudó a vender el concepto. Debemos seguir adelante y continuar inmediatamente.”

“Nuestra capacidad de producir prototipos rápidos en la empresa era absolutamente crucial para el éxito de este proyecto”, dice Bernal. “Primero, pudimos diseñar partes sin importar las limitaciones de maquinarias, lo cual realmente expandió nuestra mente. Cuando teníamos una idea nueva, podíamos diseñar, imprimir y probar inmediatamente. Y segundo, dado que podíamos producir muchos prototipos de manera muy rápida a muy bajo costo, hicimos muchas pruebas. Esto nos ayudó a encontrar y arreglar algunos problemas funcionales muy pronto que podrían haber perjudicado a proyecto si no los hubiéramos encontrado hasta el final.”

El Colector de pinzamiento tiene cerca de una docena de partes sin incluir el motor, y todas sus prototipos fueron creado de manera individual en la Eden250 y luego ensambladas. Algunos de los primeros conceptos no pudieron incluirse en la máquina debido a su geometría. “En total, produjimos cinco prototipos completos, más una docena de partes individuales durante el transcurso”, recuerda Echeverri. “Dejábamos las piezas listas para imprimir durante la noche, y cuando volvíamos en la mañana podíamos probar el nuevo concepto inmediatamente.

La Eden250 probablemente redujo el proyecto en seis meses, lo que nos permitió comercializar el Colector de pinzamiento mucho más rápido.”

El prototipo en 3D nos ayuda a ganar la subvención de NIH por el nuevo diseño de la placa de petri

Otro proyecto reciente de Biorep realizado gracias a Eden250 es la placa de petri con membrana de silicona, la que Biorep denomina el “Sándwich de oxígeno”. Una placa de petri plástica estándar que sólo permite que ingrese oxígeno desde la parte superior. Los científicos del Instituto de investigación de la diabetes (DRI, por sus siglas en inglés) tenían la hipótesis de que las células en la placa podrían respirar mejor, y por lo tanto ser más viables, si el oxígeno pudiera llegar a ellas tanto desde la parte superior como de la inferior.

“La silicona es permeable al oxígeno, por lo que decidimos intentar crear una placa de petri con membrana de silicona”, cuenta Echeverri. “Los científicos del DRI desarrollaron una mezcla de silicona propia que mejora la permeabilidad al oxígeno. Denominamos al diseño Sándwich de oxígeno porque desarrolla a las células en oxígeno desde arriba y abajo.””

Los científicos de DRI crearon la membrana; la tarea de Biorep era diseñar un medio para sostenerla con la forma y función de una placa de petri estándar.

El equipo de Echeverri creó el prototipo del diseño inicial en su Eden250 y luego experimentó con muchos enfoques diferentes para asegurar la viabilidad de la fabricación y ensamble correcto. “El diseño final de la membrana tiene un espesor de 300 micrones solamente, es lo suficientemente fuerte para manipularse en el laboratorio sin sufrir daños y lo suficientemente tirante para evitar el combado. Creamos muchos prototipos con distintas configuraciones para llegar a esa conclusión”, afirma Echeverri.

El equipo también usó los prototipos para asegurar que el diseño pudiera fabricarse en masa. Los prototipos producidos durante ese ejercicio se utilizaron recientemente para postular a una subvención del Instituto nacional de la salud (NIH, por sus siglas en ingles) para ayudar a financiar el progreso del desarrollo del producto. “Al tener un prototipo realista, producido en la Eden250, definitivamente nos ayudó a probar el concepto y obtener la subvención del NIH”, afirma Echeverri. “Los dibujos CAD no son tan efectivos cuando se está presentando un tipo de diseño completamente nuevo”.

Llevó seis meses pasar la placa de petri con membrana de silicona de Biorep del tablero de dibujo a su condición actual: pruebas en terreno en diversos laboratorios. “Seis meses es un tiempo increíblemente corto para llevar un dispositivo médico a las pruebas en terreno”, dice Echeverri. “Nuestra capacidad de producir prototipos rápidos en la empresa, redujo el tiempo de desarrollo a la mitad.”

Los primeros resultados de las pruebas en terreno son prometedores: Los científicos del DRI informan que las células están más saludables y producen más insulina, lo cual es fundamental para el avance de la investigación de la diabetes. Biorep también es muy optimista acerca de las posibilidades comerciales del producto en otras áreas aparte de la investigación de la diabetes, tales como células madre.

La impresora 3D libera a Biorep de las limitaciones de la maquinaria, ayuda a los diseñadores a tener nuevas ideas

Bernal, el Ingeniero de investigación y desarrollo de Biorep concuerda con la evaluación de Echeverri cuando dice que tener una Eden250 en la empresa ha ayudado a mejorar la calidad global de los diseños de Biorep. “Al tener la capacidad de crear prototipos rápidamente en la empresa, se han fomentado las nuevas ideas en términos de diseño”, afirma Bernal. “La impresión en 3D nos permite probar rápidamente conceptos innovadores al omitir consideraciones de diseño para fabricación. Con la impresora de Objet, podemos priorizar el intento de diseño y aprovechar la consolidación del ensamblaje para una prueba de concepto”.

Echeverri afirma que tener las capacidades de una impresora 3D en la empresa también ha ayudado a diversificar la oferta de productos de Biorep y los beneficios. “Ahora podemos diseñar y crear prototipos para una gama más amplia de proyectos”, dice. “Por ejemplo, ahora mismo estamos trabajando en proyectos que van desde las aplicaciones de investigación para la oftalmología hasta conceptos de instrumentos quirúrgicos. Antes no teníamos el tiempo o los recursos para eso.

Nuestros ciclos de desarrollo de productos se ha acelerado porque ahora podemos fabricar diferentes conceptos de diseño en paralelo. La capacidad de imprimir partes durante la noche y sin supervisión, nos ha ayudado mucho y nos permite pasar por alto los costos y retrasos de distintas instalaciones asociadas a las maquinarias tradicionales”.

De hecho, Biorep ha encontrado tanto valor en su Eden250 que la empresa está considerando sumar una segunda impresora 3D que pueda imprimir partes funcionales con una gran variedad de materiales.

Echeverri destaca que aunque Biorep ciertamente ha obtenido un valor monetario suficiente gracias a la impresora de Objet para justificar su costo, la verdadera compensación es el conocimiento que los dispositivos de los cuales crearon prototipos y perfeccionaron ayudarán a cambiar la vida de las personas. “Es por eso que lo hacemos”, afirma Echeverri. “Esto se trata de encontrar una cura.”

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