Projets:Emboiture Simple

Description du projet

L'objectif de cette étude est de proposer une méthode de fabrication permettant aux makers de réaliser des emboitures de prothèses adaptées à la morphologie de la personne handicapée. L'emboiture que nous étudions ici comporte une "aide technique" (support micro, découpe pizza, etc.) avec aucun composant électronique. Le projet est décomposé en trois phases: la numérisation, la modélisation et l'impression 3D.

Cahier des charges

L'emboiture joue un rôle très important dans la création d'une prothèse. Elle fait le lien entre le moignon du patient et l'appareil prothétique. Par conséquent, il est nécessaire d'avoir à la fois une expertise technique et médicale pour la fabrication de l'emboiture et d'assurer le confort lorsque l'utilisateur utilise sa prothèse.

Aspect Technique

• Ouverture pour le passage des ergos du manchon siliconé

• Intégration du poignet "Tool-Hand" dans l'emboiture (réalisé par des étudiants de INSA Rennes)

• Fabrication d'aides techniques (cuisine, salle de bain, sport, etc.) à intégrer dans le poignet

Aspect Médicale

• L'emboiture devra être confortable pour l'utilisateur

• Une attention sur la pronosupination (rotation) du poignet dans l’emboiture

Analyse de l'existant

Dans notre étude, Nicolas HUCHET dispose d'une prothèse myoélectrique. Elle est composée de trois parties:

• Un manchon siliconé (A) où il assure l'adhésion et le confort entre le moignon et l'emboiture.

• Un fût souple (B) permet de diminuer la sudation et d'épouser correctement la forme du moignon. Il dispose également des électrodes.

• Un fût rigide (C) qui viendra accueillir une batterie et une main électronique.

Le projet est donc composé en deux parties:

• Tout d'abord, fabriquer une emboiture simple, sans composant électronique, à partir d'un scan 3D du manchon de Nicolas HUCHET et d'intégrer une aide technique.

• Remplacer le fût rigide de l'emboiture existante en réalisant une emboiture comprenant une batterie, un poignet et une main électronique.

Équipe

Nicolas HUCHET: Porteur du projet.

Erwan CALVIER: Orthoprothésiste du cabinet OPR Orthèse Prothèse Rééducation.

Gaëtan PARISOT: Concepteur 3D (étudiant master 1 mécanique Rennes 1)

Outils nécessaires

Scanner 3D

En collaboration avec Erwan CALVIER, nous avons utilisé le "iSense" pour numériser le moignon de Nicolas HUCHET.Cet appareil nous a permis de numériser la morphologie du moignon de Nicolas HUCHET.À partir du scan 3D, nous pouvons modéliser notre emboiture.

Logiciels de modélisation 3D

Pour la partie modélisation 3D, nous avons utilisé deux logiciels de la marque Autodesk: Fusion 360 et Meshmixer.

Pour ce projet, nous avons eu accès à la documentation du Fablab de Berlin (partie "CUSTOM DIY LIMBS") sur la fabrication de prothèse par impression 3D et une formation de modélisation 3D sur Autodesk Fusion 360 - "Product Design: Prosthetic Design").

Imprimantes 3D

Afin de réaliser des prototypes d'emboiture, nous avons été amenés à utiliser les imprimantes 3D présentes dans l'atelier de fabrication. Selon le type de matériau et la dimension de la pièce que nous souhaitons imprimer, nous avons utilisé les machines suivantes:

Méthodologie

Nous avons mis en place pour la fabrication de la prothèse. Il est répartie en six étapes:

• Le cahier des charges est réalisé avec le patient et l'orthoprothésiste afin de connaître les contraintes techniques et médicales sur la conception de l'emboiture.

• À l'aide d'un scanner 3D, nous numérisons le moignon du patient afin d'obtenir les dimensions nécessaires à la fabrication de l'emboiture. Avant d'importer le scan 3D dans un logiciel de modélisation, un "nettoyage" du fichier 3D est primordial (isoler le moignon de son environnement, lisser le modèle 3D, réparation, etc.).

• À partir du scan 3D,une modélisation de l'emboiture est effectuée avec les fonctionnalités spécifiées par le futur utilisateur.

• Avant l'impression 3D, il est nécessaire de paramétrer le Slicer suivant le matériau que l'on utilise et l'orientation de notre pièce à imprimer. Après ces opérations, le Slicer convertira notre fichier STL en format "g.code" afin de donner les instructions à l'imprimante 3D.

• En fin d'impression, un post-traitement est réaliser afin d'enlever les supports, poncer la pièce et effectuer des ajustements pour permettre la jonction entre le moignon et l'emboiture.

• Pour finir, l'utilisation expérimentera au quotidien son emboiture afin de faire un retour d'expérience.

Expérimentation

Numérisation 3D & Nettoyage 3D

Numérisation 3D

Afin de faciliter la numérisation, le patient est placé au centre de la pièce et positionné sur une chaise. L'utilisateur du scanner 3D devra s'assurer qu'il y ait un espace d'environ 1,5 mètre entre l'appareil et le patient.

Nettoyage 3D

Après avoir obtenu le modèle 3D, nous avons effectué un "nettoyage" dans le but d'isoler le moignon de son environnement. De ce fait, nous avons utilisé le logiciel Autodesk Meshmixer pour effectuer cette opération.

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  Modèle 3D obtenu après scan

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  Séparation des fichiers 3D

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  Finition scan 3D

Modélisation 3D

Pour la partie modélisation 3D, nous avons utilisé le logiciel Autodesk Fusion 360. Ce logiciel nous a permis de sculpter des formes organiques, d'importer des fichiers STL, faire de la conception paramétrique, ect.

Coque de l'emboiture

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  Mise en place du scan 3D

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  Création d'un cylindre adapté au moignon

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  Adaptation du cylindre au moignon

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  Décalage de 0.8mm par rapport au moignon

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  Épaississement de 3mm

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  Découpe de l'emboiture

Mise en place des ergots

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  Ergots sur le manchon silicone

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  Esquisse des ergots sur l'emboiture

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  Extrusion des ergots

Fusion entre l'emboiture/poignet

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  Connecteur poignet réalisé par les étudiants de INSA de Rennes

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  Fichier CAO (Catia V5) du poignet

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  Mise en place du connecteur sur l'axe de l'emboiture

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  Fusion entre les deux pièces

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  Sélection de la zone à adoucir

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  Emboiture finale

Impression 3D

Après avoir importé notre emboiture 3D, nous avons paramétré l'imprimante 3D à l'aide d'un logiciel de tranchage (CURA). Ce logiciel nous permet de convertir le modèle 3D en "coordonnées machines" sous forme de "g-code" et de calibrer l'imprimante suivant différentes variables: température de fusion, vitesse d'impression, taux de remplissage et etc.

Dans le cadre de ce projet, nous avons été amenés à utiliser les matériaux suivants:

• PLA:Température de fusion: 210°C/Plateau chauffant 60°C/Vitesse d'impression 60mm/s

• Fibre de carbone:Température de fusion: 255°C/Plateau chauffant 70°C/Vitesse d'impression 45mm/s

Réalisations

Emboiture V1

Le premier prototype nous a permis d'expérimenter le poignet conçu par les étudiants d'INSA de Rennes. Le système est composé de trois pièces: deux connecteurs mâle/femelle et une bague de maintien.

L'emboiture V1 fait au total 100g et nécessite 5h d'impression.

Emboiture V2

Concernant l'emboiture V2, nous avons réalisé un lissage au niveau de la connexion entre l'emboiture et le connecteur pour obtenir une forme homogène. Nous avons également coupé l'emboiture en deux afin de répartir le temps d'impression. Afin d'assurer le maintien entre les deux parties, nous avons intégré des attaches qui viendront accueillir des joints toriques.

L'emboiture V2 fait au total 150g et nécessité 8h d'impression.

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  Emboiture V1 + Essayage

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  Emboiture V2

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  Choix de couleurs pour l'utilisateur

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  Changement de fonctionnalité de l'emboiture: Poignet et/ou Simple/Myoélectrique

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  Essayage de l'emboiture V2

Bibliographie

• L'association My Human Kit: Site web

• Le projet Bionicohand: Site web

• Cabinet Orthèse Prothèse Rééducation (OPR): Site web

• Formation Autodesk Fusion 360 sur la fabrication de prothèses: Product Design: Prosthetic Design

• Documentations sur la fabrication de prothèse par impression 3D du Fablab de Berlin (Partie "Custom DIY Limbs"): Site web

• Veille technologie des imprimantes 3D et scanners 3D: Aniwaa et 3Dnatives