Produção por impressão 3D de dispositivos biomédicos de uso externo

Abstract

O avanço da tecnologia tem permitido a evolução em diferentes áreas, principalmente no âmbito biomédico. A produção de novos dispositivos biomédicos e de substituição de outros já existentes, tem sido objeto de estudo de vários investigadores ao longo dos últimos anos, com o objetivo de ter dispositivos mais eficientes, personalizados, com melhor aspeto visual e melhor custo de fabrico. As ortóteses, que são muito importantes nos processos de reabilitação de fraturas ósseas, fazem parte desse grupo de dispositivos que foram estudados nos últimos anos.Um dos maiores problemas atuais a nível mundial é a produção excessiva de plásticos. Neste contexto, a redução na quantidade de matérias primas e a respetiva reciclagem são vias para combater este problema. A produção de um dispositivo eficiente, capaz de ser reciclado e utilizando materiais 100% reciclados parece ser uma boa abordagem para uma contribuição válida.O principal objetivo é avaliar a produção de dispositivos biomédicos externos em polímeros reciclados e recicláveis, recorrendo ao fabrico aditivo (impressão 3D) usando a tecnologia de fabricação por filamento fundido (FFF). O dispositivo a ser fabricado é uma ortótese para punho-mão. A impressão 3D permite uma maior sustentabilidade do que outras formas de fabrico, pois cerca de 97% do material utilizado é incorporado no componente, logo vai gerar muito pouco desperdício. Adicionalmente, e para a aplicação pensada para o presente trabalho não necessita de moldes e tem a grande vantagem de produzir dispositivos completamente personalizados. Os materiais testados incluem o poli (ácido láctico) natural (PLA), o poli (ácido láctico) reciclado azul (PLARA) e o poli (ácido lático) reciclado branco (PLARB). Para todos os materiais poliméricos foram avaliadas as propriedades químicas e térmicas dos filamentos comerciais. Nos provetes impressos foram avaliadas a capacidade de sorção de suor artificial e as propriedades mecânicas, especificamente a resistência ao impacto.Através dos ensaios mecânicos de impacto foi possível inferir que o material que possui melhores propriedades mecânicas para a produção da ortótese é o PLA, por ter absorvido maior quantidade de energia. Já em relação a capacidade de sorção os provetes que apresentaram resultados mais promissores foram do PLARA.Este estudo forneceu indicações favoráveis quanto ao sucesso de utilizar a impressão 3D, especificamente a tecnologia FFF a partir de materiais poliméricos reciclados e recicláveis para fabricar ortóteses.

The advancement of technology has allowed an evolution in different areas, mainly in the biomedical scope. The production of new biomedical devices and replacement of existing ones has been the subject of study by several researchers over the last few years, with the aim of having more efficient, personalized devices, with better designs and better manufacturing cost. Orthoses, which are very important in bone fracture rehabilitation processes, are part of this group of devices to be studied in recent years.One of the biggest current problems worldwide is the excessive production of plastics. In this sense, recycling emerges as one of the solutions to combat this problem. The production of an efficient device capable of being recycled seems be a good alternative for the mentioned problem.The main objective is to evaluate the production of external biomedical devices in recycled and recyclable polymers, using the manufactured additive (3D printing), especifically the fused filament fabrication technology (FFF). The device to be fabricated is a wrist-hand orthosis. 3D printing is a sustainable technology, considering that the amount of waste produced is very low, as 97% of the raw material is incorporated into the device. Moreover, for the particular application aimed in this work it does not require molds and has the great advantage of producing completely customized devices.Materials tested include natural poly(lactic acid) (PLA), blue recycled poly(lactic acid) (PLARA) and white recycled poly(lactic acid) (PLARB). For all polymeric materials, the chemical and thermal properties of commercial filaments were evaluated, as well as the ability to absorb artificial sweat and the mechanical properties of printed specimns.Through the mechanical impact tests, it was possible to infer that the material that has the best mechanical properties for the production of the orthosis is PLA, as it absorbed a greater amount of energy. Regarding the sorption capacity, the specimens that presented the most promising results were from PLARA.This study provided favorable indication about the success of using 3D printing and recycled polymeric materials to manufacture orthoses.