Novasinergia 2023, 6(2), 140-150. https://doi.org/10.37135/ns.01.12.09 http://novasinergia.unach.edu.ec
Artículo de Investigación
Diseño y construcción de una prótesis de pata de can con amputación de
extremidad delantera mediante impresión 3D
Design and construction of a prosthesis for a dog's leg with amputation of the front limb
through 3D printing
Segundo Manuel Espín-Lagos 1* , Erick Omar Urrutia Nogales 1 , Jorge Patricio Guamanquispe
Toasa 1 , Alejandra Marlene Lascano Moreta 1 , Diego Freire Romero 2
1 Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Universidad Técnica de Ambato, Ambato, Ecuador, 180201; eurrutia1848@uta.edu.ec;
jp.guamanquispe@uta.edu.ec; am.lascano@uta.edu.ec
2 Harbert International Establishment S de RL, Sucumbios Shushufindi, Ecuador, 210401; freired@harbert.com.ec
*Correspondencia: sespin@uta.edu.ec
Citación: Espín-Lagos, S.,
Urrutia, E., Guamanquispe, J.,
Lascano, A., & Freire, D.,
(2023). Diseño y construcción
de una prótesis de pata de can
con amputación de extremidad
delantera mediante impresión
3d. Novasinergia. 6(2). 140-150.
https://doi.org/10.37135/ns.01.12.09
Recibido: 02 mayo 2023
Aceptado: 22 junio 2023
Publicación: 14 julio 2023
Novasinergia
ISSN: 2631-2654
Resumen: El presente trabajo tuvo como objetivo diseñar y fabricar un
prototipo de prótesis utilizando la tecnología de manufactura por
adición o impresión 3D para un can que ha sufrido una amputación.
Este proyecto surgió de la necesidad que tienen los canes que han
sufrido amputaciones y desarrollan distrofias musculares y otros
problemas de salud, pero que las prótesis no se las encuentran
comúnmente en el mercado. Como alternativa, se diseñó una prótesis
que cumple con las necesidades del animal en un software de diseño
asistido por computadora, posteriormente se sometió el elemento a un
análisis estático mediante simulación y posteriormente se procedió con
la impresión del elemento y el ensamble del prototipo obteniendo un
elemento funcional y cómodo, sometiéndose a pruebas de
funcionamiento con el can beneficiado, el que presentó un
desenvolvimiento optimo en cuanto a confort y funcionabilidad. Se
concluye que la realización de prótesis mediante tecnología aditiva no
solamente es posible si no que es una alternativa que reduce peso,
costos y tiempo, además de brindar una enorme facilidad de diseño y
manufactura.
Palabras clave: Amputación delantera, Canes, Distrofia, Impresión 3D,
Prótesis.
Copyright: 2023 derechos
otorgados por los autores a
Novasinergia.
Este es un artículo de acceso abierto
distribuido bajo los términos y
condiciones de una licencia de
Creative Commons Attribution
(CC BY NC).
(http://creativecommons.org/licens
es/by/4.0/)
Abstract: This work aimed to design and manufacture a prosthetic prototype
using additive manufacturing technology, or 3D printing, for a dog that has
suffered an amputation. This project began out of the need that dogs that
suffered amputations and develop muscular dystrophies and other health
problems have, but prosthetics are not commonly found on the market.
Alternatively, a prosthesis that meets the animal's needs was designed in
computer-aided design (CAD) software. Later, the element was subjected to a
static analysis through simulation. Then it was printed, and the prototype was
assembled, getting a functional and comfortable element that underwent
performance tests with the benefited dog, which presented optimal performance
in terms of comfort and functionality. It is concluded that the realization of
prosthetics through additive manufacturing technology is not only possible
but also an alternative that reduces weight, costs, and time, besides providing
enormous ease of design and manufacturing.
Keywords: Canine, Dystrophy, Front amputation, Prosthetics, 3D printing.
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 141
1. Introducción
El creciente aprecio por los animales de compañía (mascotas), ha provocado una búsqueda
para ofrecer una vida plena. Sumado a este sentir la tecnología ha tomado un rol importante dentro
de la medicina veterinaria, obteniendo grandes logros en sus investigaciones especialmente en la
medicina ortopédica. Esta incursión ha generado el nacimiento de una industria, la que ha ofrecido
algunos dispositivos que ayuden al animal con sus miembros deformados, sean por causas naturales
o debido a una intervención quirúrgica. Hay un sin número de prótesis existentes en la actualidad
dependiendo del tipo de problema encontrado. Sumado a esto el proceso de impresión 3D que ha
tomado impulso en los últimos años, también ha intervenido en la fabricación de prótesis
económicas y funcionales (Fernández J, 2004).
A nivel internacional una prótesis para mascota tiene un valor aproximado de €800, siendo un costo
elevado que queda fuera del alcance de personas de economía media y baja, debido a los métodos
de fabricación artesanal. Por ello se ha pensado en un método más eficaz y fácil de producción como
es la impresión 3D la que ya se ha probado en otros especímenes con diferentes miembros como
picos o partes de este para diferentes aves, aletas y partes de caparazones para tortugas terrestres y
marinas hasta partes tan grandes como son las patas de elefantes (Quintana, 2022).
La utilización de este tipo de prótesis en Ecuador se ha venido dando desde hace ya una década, se
empezó con sillas de ruedas al encontrarse un nicho de mercado con el aumento de la preocupación
de las personas con el bienestar animal, este mercado en la actualidad representa $140 millones de
dólares según lo expuesto en el III Congreso Veterinario de León, el cual tuvo lugar en la ciudad de
Guayaquil (Torres, 2019).
Encontrando productos tales como sillas de ruedas, prótesis, férulas o arneses, este mercado se ha
diversificado en el Ecuador conforme se va incrementando el pedido de esto. Este fenómeno de
crecimiento está ligado a las especies animales, que es aprovechado por canes, gatos, caballos, vacas,
cerdos (Torres, 2019).
Como punto de partida para esta labor se tomó como materiales base elementos del reciclaje y se
destinó a albergues para animales que no contaban con una familia que los respalde y con necesidad
del dispositivo. Se manufacturaban artesanalmente empleando mayormente PVC, al cabo de unos
meses se fue puliendo el proceso de creación de prótesis confeccionando sillas a medida. Este
método generaba productos con valores entre $100 y $300, que cuentan con materiales propicios
para la labor que desempeñaran sin causar alergias, además de una presentación acorde a los gustos
del dueño (Torres, 2019).
Este proyecto tiene como beneficiario a un can que sufrió una amputación a unos centímetros de su
codo. Se buscó ofrecer una solución para una problemática bastante común entre los dueños de
mascotas, por lo que se planteó la fabricación de prótesis para este beneficiario. Esta idea nace del
interés y la preocupación que genera la realidad que viven muchos canes al no disponer de alguna
de sus extremidades, corriendo el riesgo de ser abandonadas o en el peor de los casos sacrificados
(Valverde P.D, 2016).
Los profesionales en salud animal sugieren una amputación completa en casos de traumas severos
que afecten la extremidad. Muchas veces los veterinarios toman esta decisión tomando en cuenta el
bienestar del animal, ejecutando procedimientos médicos relativamente recientes dentro de este
campo. De la misma forma, es conocido que tanto canes como gatos pueden desempeñar una vida
normal aun faltándole una de sus extremidades. Posiblemente, esta mentalidad se maneja debido a
que no es un estigma social remarcado en la sociedad actual, por lo tanto, se cree que la amputación
es el fin del problema, aunque no de manera completa (Rosas, S.R, 2016).
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 142
No obstante, profesionales en el campo de rehabilitación, movilidad y dolor crónico han dado a
conocer desenlaces poco afortunados que se llegan a presentar en el resto de la extremidad pasado
el tiempo (Acero, L, 2019). Estos incluyen, pero no se limitan a fracturas o fisuras en las demás
extremidades, colapso de carpelos y/o tubos, daño y/o lesión de ligamentos cruzados, padecimiento
de un dolor crónico en cuello y/o espalda, sobrepaso de peso en el resto de las extremidades y
síndrome de dolor miofascial. Dichos padecimientos según la revista American College de
Veterinary Surgeons (2020), además de minorar la calidad de vida de las mascotas, influye en la
reducción de su vida.
Con el objeto de dar una respuesta ante la problemática, nacieron las prótesis, las cuales son
elementos palpables que simulan el funcionamiento de miembros o partes perdidas, como se
muestra en la Figura 1. Estas mejoran o solucionan los problemas de movilidad generados por la
ausencia de una extremidad. Es por esta razón, que gran parte de avances tecnológicos se han
orientado a este campo, ya que con ellos se logra elevar la calidad de vida del paciente ya sea este
hombre o animal. Todo con el objetivo de brindar la oportunidad al individuo de valerse por sí
mismo y realizar una vida normal (Martí, S, 2019).
Como se mencionó anteriormente, el desarrollo de prótesis se ha venido dando desde hace mucho
tiempo atrás, pero esto solo para humanos y muy limitadamente para los animales. Esto se debe a
que en sus orígenes el tema de prótesis para animales no era más que una novedad, pero en años
recientes, con el lento cambio de ideología de las personas y el fortalecimiento de leyes ante el
maltrato animal, ha venido tomando fuerza, incluso llegando a desarrollar una gran ciencia
denominada ortopedia y prótesis veterinarias o por sus siglas V-OP. Esta ciencia procura que
animales puedan adaptarse y desenvolverse con prótesis. Esto gracias a que como se mencionó
anteriormente las prótesis restauran la mayor parte de la movilidad y evitan problemas por la falta
de extremidades, como se presenta en la Figura 1 (Zapat, M.L, 2017).
Figura 1: Primera prótesis canina (3D-printer) (Zapata Saavedra, 2017)
Por otra parte, la tecnología de deposición de material fundido o impresión 3D ha crecido
enormemente en los últimos años, esto también en el campo de la fabricación de prótesis. En la
actualidad se cuenta con técnicas, conocimientos y medios para que el tener una discapacidad no se
vea afectado la vida cotidiana de los animales o personas (Ghosh, Hussain, Murthy, Khawade, &
Singh, 2019). La implementación de esta tecnología está estrechamente relacionada a sus costos,
estos son bajos en comparación a otros métodos de fabricación. Sumado a esto, se tiene una facilidad
alta en el diseño. Los factores antes mencionados convierten a las prótesis en piezas asequibles para
personas con una baja economía (Llerena, Barberan, & Chela, 2020).
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 143
2. Metodología
Para la obtención de la prótesis de pata de perro con amputación de extremidad delantera
mediante impresión 3D se utilizó la siguiente metodología en forma secuencial:
- Diseño de la prótesis del can, considerando sus medidas anatómicas;
- Obtención de la prótesis mediante impresión 3D;
- Ensamblaje de los elementos.
2.1 Diseño de la prótesis del can, considerando sus medidas anatómicas
Análisis de fuerzas
Para determinar la fuerza o carga que resiste cada extremidad del can, se simplifica el sistema
como se puede observar en el diagrama de cuerpo libre de la Figura 2, se consideró la masa real del
can (m = 4.55 Kg) que luego fue necesario transformarle en peso (W) multiplicando por la gravedad
(9.81 m/s2).
Figura 2: Diagrama de cuerpo libre (Urrutia Nogales, 2023)
(1)
Con el valor del peso, se procedió a calcular el valor de la carga en cada extremidad; con W conocido se calculó
el valor de FA, FB, FC y FD
(2)
(3)
(4)
En la Tabla 1, se presenta las medidas tomadas al can, que nos sirvió para el cálculo y modelado de la prótesis.
Tabla 1: Medidas tomadas al can
Medidas recolectadas
Altura / Peso:
21 cm / 4.54 kg
Altura codo-suelo:
10 cm
Largo del brazo:
7 cm
Largo del antebrazo:
9 cm
Angulo brazo-antebrazo:
90°
Espesor del brazo:
4.5 cm
Espesor del antebrazo:
2 cm
Ancho del brazo cerca al hombro:
4.05 cm
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 144
Medidas recolectadas
Ancho del brazo cerca al codo:
3 cm
Ancho del antebrazo cerca al codo:
2.3 cm
Ancho del antebrazo cerca al
muñón:
1.3 cm
Proceso de modelación con software asistido por computadora
Con los datos de la Tabla 1, se procedió a la creación de la pieza en el software de dibujo
asistido por computadora, como se muestran en la Figura 3, se utilizó el software especializado de
ingeniería, se dio forma a la pieza que fue impresa posteriormente. Se tomó en cuenta el aspecto
general además de los detalles que este debe mantener, tanto en las superficies internas y externas.
La pieza fue modelada considerando que mantenga una forma robusta, pero a la vez con la menor
cantidad de material posible. Esto se logra al vaciar partes que no resulten útiles, además se mantuvo
aristas redondeadas que ayudaron a la disminución de material.
Figura 3: Vista isométrica delantera del prototipo de prótesis (Urrutia Nogales, 2023)
2.2 Obtención de la prótesis mediante impresión 3D
Primero modelamos el prototipo en un software especializado, con todas las especificaciones
de diseño. Una vez comprobado los detalles se exporta del software de dibujo a uno que ajuste los
parámetros de la impresora, como se observa en la Figura 4, donde se ingresaron parámetros como
la temperatura de la cama de impresión, el relleno de la impresión, bases auxiliares, velocidad de
impresión, numero de capas, entre otras.
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 145
Figura 4: Modelado de prototipo en 3D (Urrutia Nogales, 2023)
Una vez comprobado los detalles, se exportó del software de dibujo al software de la impresora,
como se observa en la Figura 5.
Figura 5: Modelo 3D exportado al programa de impresión (Urrutia Nogales, 2023)
2.3 Ensamblaje de los elementos
Una vez impresa la pieza se procedió con el ensamble de los elementos complementarios,
como se observa en la Figura 6.
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 146
Figura 6: Prótesis ensamblada (Urrutia Nogales, 2023)
3. Resultados
Para comprobar la resistencia de la prótesis una vez diseñado, se realizó una simulación en
un software especializado de ingeniería. Este tipo de programas permiten mediante la aplicación del
método de elementos finitos, determinar si la prótesis es capaz de soportar las cargas aplicadas o
generadas por la acción del can como se observa en la Figura 7.
Figura 7: Aplicación de cargas (Urrutia Nogales, 2023)
Mediante el mallado y análisis del modelo como se muestra en la Figura 8 y aplicando la teoría de
Von Mises (Budynas & Nisbett, 2018), que especifica que la fluencia no es un fenómeno debido a
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 147
cargas axiales simples, si no que más bien están relacionadas con la distorsión angular del elemento
tensionado, se determinó que los esfuerzos generados no superan la resistencia del material
utilizado como se representa en la Figura 9.
Figura 8: Mallado (Urrutia Nogales, 2023)
Figura 9: Análisis de tensiones (Von-Mises) (Urrutia Nogales, 2023)
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 148
Además, en la Figura 9, según la codificación de colores, se pudo determinar que en el material no
se generan esfuerzos significativos y que las dimensiones y materiales utilizados se deben a la
disponibilidad en el mercado.
Como resultado final se obtuvo una prótesis que resiste el propio peso del can y sobrecargas que
pudiera existir debido al factor de seguridad de diseño, además se obtuvo un prototipo de prótesis
funcional que fue adaptado al usuario, el mismo que le tomará un tiempo de adaptación hasta su
correcto funcionamiento, como se puede observar en la Figura 10 y Figura 11.
Figura 10: Colocación prótesis al can (Urrutia Nogales, 2023)
Figura 11: Pruebas de funcionamiento (Urrutia Nogales, 2023)
4. Discusión
Los resultados obtenidos mediante el diseño y construcción de la prótesis mediante
impresión 3D fueron similares a los obtenidos por Acero (2019), quien obtuvo una prótesis por el
mismo medio de manufactura para un can de mayor tamaño, utilizando fibra de carbono. De la
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 149
misma forma, el resultado es positivo para el can, el cual recuperó autonomía en su movimiento. Se
mantuvieron aspectos ergonómicos para la comodidad y una ayuda en la realización de las
actividades diarias. Esto demostró que es factible la obtención de prótesis por medio de la impresión
3D después de un correcto diseño, para animales que han sufrido algún tipo de amputación o mal
formación.
5. Conclusiones
La tecnología de impresión 3D resultó conveniente para la fabricación de prótesis, ya que
permite manufacturar piezas más detalladas con mayor facilidad.
La utilización del ABS como material para la impresión presentó resultados satisfactorios, ya que
posee alta resistencia al impacto y una gran resistencia a las elongaciones como indica el fabricante.
La pieza impresa en 3D, superó las pruebas realizadas en el can, al no presentar interferencias en su
funcionamiento.
La movilización del can con el prototipo de prótesis resultó dificultosa ya que, al llevar años con la
amputación, este ha llevado una postura no natural y al implementarse el prototipo le obliga a
regresar a una correcta posición, por este motivo no podrá caminar bien de manera inmediata, sino
que llevará un tiempo de adaptación.
Contribuciones de los autores
En concordancia con la taxonomía establecida internacionalmente para la asignación de
créditos a autores de artículos científicos (https://casrai.org/credit/). Los autores declaran sus aportes
en la siguiente matriz de contribuciones:
Espín, S.
Urrutia, E.
Guamanquispe, J.
Lascano, A.
Freire, D.
Conceptualización
Análisis formal
Investigación
Metodología
Recursos
Validación
Redacción–revisión y edición
Conflicto de Interés
Los autores declaran que no existe ningún tipo de conflictos de intereses de ninguna
naturaleza.
Agradecimiento
Los autores, hacen un especial agradecimiento a la empresa Diseño y Construcciones
Valencia (DICOVAL) de la ciudad de Ambato, Ecuador, por su colaboración y aporte.
Novasinergia 2023, 6(2), 140-150 150
A la Universidad Técnica de Ambato, Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, por su apoyo a la
investigación.
Referencias
Acero, L. (2019). Equal prótesis semi-personalizada para perros en impresión 3D y fibra de carbono. Universidad El
Bosque. Bogotá: Universidad El Bosque. Recuperado el 26 de 04 de 2022, de
http://hdl.handle.net/20.500.12495/2452
Budynas, R. G., & Nisbett, J. (2018). Diseño en ingeniería mecánica de Shigley (10 ed.). México: Edamsa
Impresiones, S.A. de C.V.
Fernández Sarmiento, J. (2004). Amputación de miembros toracico y pelviano en perro. Córdova: Universidad
de Cordova. Recuperado de http://www.uco.es/organiza/departamentos/anatomia-y-anat-
patologica/peques/curso01_05/amputarcion.pdf
Ghosh, S., Hussain, R., Murthy, G., Khawade, Y., & Singh, S. (2019). Digital transformation and 3D printing of
transtibial load-bearing prosthesis in India: recent advances, challenges and future perspectives.
Bengaluru,India: Pinakin Virtual Studios. [04-2019]
https://www.futuremedicine.com/doi/10.2217/3dp-2019-0013
Llerena, J., Barberan, M., & Chela, J. (2020). Novus spem, 3D printing of upper limb prosthesis and geolocation mobile
application. Lisboa, Portugal: RISTI [04-2022], https://pure.ups.edu.ec/en/publications/novus-spem-3d-
printing-of-upper-limb-prosthesis-and-geolocation-m
Martí Borja, S. (2019). Universidad Politécnica de Valencia. Obtenido de Repositorio UPV:
https://riunet.upv.es/handle/10251/128491
Quintana, G. (2022). Las mascotas también se pueden beneficiar de las prótesis en impresión 3D. Ambato,
Tungurahua, Ecuador. Obtenido de EL UNIVERSO. Recuperado de
https://www.eluniverso.com/larevista/diseno/las-mascotas-tambien-se-pueden-beneficiar-de-las-
protesis-3d-nota/
Rosas Osuna, S. R. (2016). Academia Nacional de Medicina. Obtenido de Repositorio ANMM:
https://anmm.org.mx/publicaciones/ultimas_publicaciones/Rehabilitacion.pdf#page=47
Torres, K. (2019). Protesis de animales, un mercado naciente en Ecuador. pág. 2. [04-2022], Recuperado de
https://www.eltelegrafo.com.ec/noticias/sociedad/6/protesisdeanimales-mercado-ecuador
Urrutia Nogales, E. O. (2023). Diseño y construcción de un prototipo de prótesis de pata de perro, con amputación de
extremidad delantera cercana al codo, producida mediante impresión 3d para la empresa dico-val ubicada en la
ciudad de Ambato. Ambato: Repositorio de la Universidad Técnica de Ambato.
Valverde Rojas, P. D. (2016). Repositorio UDLA DSPACE UDLA. Recuperado de
https://dspace.udla.edu.ec/bitstream/33000/6489/1/UDLA-EC-TDGI-2016-27.pdf
Zapata Saavedra, M. L. (11 de 09 de 2017). Diseño y desarrollo de un prototipo de prótesis en impresión 3D aplicado
en medicina veterinaria para pequeñas especies. [10-2022], Recuperado de
http://repositorio.utmachala.edu.ec/bitstream/48000/11716/1/DE00012_TRABAJODETITULACION.p
df
