Progettazione e Sviluppo di una Vacuum Bell Personalizzata per il Trattamento del Pectus Excavatum: Un Approccio CAD e Stampa 3D

Il Pectus Excavatum è un’anomalia congenita della gabbia toracica, che si manifesta con un’inclinazione dello sterno verso l’interno, in direzione della colonna vertebrale. Questa patologia può essere trattata chirurgicamente oppure con un approccio non invasivo, tramite l’uso di un dispositivo medico noto come Vacuum Bell. Una Vacuum Bell, o campana a vuoto, `e un dispositivo in silicone a forma di campana, composto da un corpo in silicone, un vetrino e una pompetta per il sottovuoto. Va applicato in prossimità del difetto con una perfetta aderenza per garantire l’efficacia del trattamento. Lo scopo di questa tesi è stato quello di modellare e progettare Vacuum Bell sia nella sua forma standard sia nelle varianti paziente specifiche. In questo lavoro di tesi, per la realizzazione delle Vacuum Bell si sono andati a modellare, sfruttando il software Geomagic Design X (Oqton, 3D Systems, Inc., South Carolina, USA), quattro componenti: la Vacuum Bell, o stampo inferiore, lo stampo superiore e il vetrino. È stata ricostruita la geometria della Vacuum Bell partendo da una scansione 3D di un modello standard con diametro di 160 mm. Partendo da uno sketch 2D, si sono definiti gli assi di simmetria e lo schizzo del dispositivo, assicurando una modellazione accurata della struttura del dispositivo. È stato, poi, progettato un alloggio per il vetrino e il suo relativo incastro, per garantirne la stabilità all’interno del dispositivo. Anche la modellazione degli stampi inferiore e superiore è stata realizzata con un approccio di progettazione simile. Lo stampo inferiore, che supporta il processo di produzione, include un incastro per il vetrino e un piolo che ne assicura la stabilità durante la colata del silicone. Lo stampo superiore è stato progettato in modo tale da facilitare il distacco del dispositivo e sono stati inseriti quattro fori raccordati per migliorare il processo di colata del silicone, garantendo una distribuzione uniforme del materiale; è stato, poi, modellato il vetrino come un parallelepipedo. Tutte le componenti sono state progettate con specifici vincoli e tolleranze in accordo con il profilo della Vacuum Bell, pensate per garantirne un posizionamento stabile ed assicurando un design ottimizzato per le esigenze del dispositivo. Si è andati a progettare il metodo di parametrizzazione e produzione di una Vacuum Bell per il trattamento del Pectus Excavatum, adattabile a varie dimensioni grazie alla parametrizzazione attraverso il software SolidWorks (Dassault Systèmes, Vèlizy-Villacoublay, Francia). Con la parametrizzazione è possibile modificare il diametro maggiore della campana come variabile principale, generando automaticamente le altre dimensioni tramite vincoli proporzionali e tolleranze, evitando così di dover rimodellare manualmente gli schizzi e riducendo i rischi di errori. Questo approccio migliora l’efficienza produttiva poiché il modello si adatta velocemente alle otto taglie standard, semplificando anche le fasi di verifica e validazione. Si è poi proseguito modellando un modello campione di una Vacuum Bell personalizzata per verificare che il metodo adottato rispettasse le aspettative e che si potesse adattare al torace dei pazienti per realizzare dispositivi personalizzati. Sono stati, quindi, realizzati dispositivi personalizzati per quattro pazienti, adattati in base ai dati anatomici individuali. Per il Paziente 1 `e stata scelta una Vacuum Bell di taglia di 190 mm, per il Pazienti 2 e il Paziente 3 è stata scelta una taglia di 160 mm, mentre per il Paziente 4 si è usata una taglia di 260 mm, in base alle specifiche esigenze anatomiche. La fase di fabbricazione è stata ottimizzata tramite vari prototipi. Gli stampi per la Vacuum Bell standard sono stati realizzati tramite stampante 3D (Sovol SV04 Dual Mode, Creality CR-10 Smart 3D) utilizzando un filamento di PLA dal diametro di 1.75 mm per creare le relative componenti – stampo superiore, inferiore e vetrino.