Stampa 3D nella produzione di plantari ortopedici su misura: analisi tecnica, economica e ambientale

Facoltà di Medicina e Psicologia

Corso di Laurea Triennale in Tecniche Ortopediche

Prova Finale di Laurea Triennale

LA STAMPA 3D NELLA PRODUZIONE DI PLANTARI

ORTOPEDICI SU MISURA: ANALISI TECNICA,

ECONOMICA E AMBIENTALE

Docente di riferimento: Candidato:

Prof. Ing. Ugolini Filippo Ferretti Michele

Relatore esterno:

Dott. Ugolini Andrea

Correlatore interno:

Prof. Davide Milano Anno Accademico 2024-2025

INDICE

INTRODUZIONE.....……………………………………………………………3

Capitolo 1 – IL RUOLO DEL TECNICO ORTOPEDICO ED I PLANTARI

NELLA PRATICA CLINICA..………………………………………………….4

1.1 La figura del tecnico ortopedico..……………………………………………4

1.2 Cenni storici e sviluppi dell’ortopedia tecnica.……………………………...5

1.3 Funzione dei plantari e indicazioni cliniche.....……………………………...6

1.4 Tecniche tradizionali di produzione dei plantari nelle ortopedie

moderne.…………………………………………………………………………7

1.5 La fresatura CNC di EVA: vantaggi e limiti.………………………………...8

Capitolo 2 – LA STAMPA 3D IN ORTOPEDIA……………………………...12

2.1 Principi di additive manufacturing…………………………………………12

2.2 Tecnologie e materiali disponibili………………………………………….13

2.3 Applicazioni in ortopedia: plantari, busti e invasi protesici………………..16

2.4 Vantaggi e svantaggi della stampa 3D rispetto alle tecniche

convenzionali…………………………………………………………………...19

Capitolo 3 – METODOLOGIA DI PRODUZIONE DEI PLANTARI

3D………………………………………………………………………………23

3.1 Acquisizione dell’impronta (scanner, pedane baropodometriche, ecc.)........23

3.2 Modellazione digitale e strategie di progettazione…………………………24

3.3 Esempio di metodologia di produzione di plantari personale: flusso di lavoro

completo, dalla modellazione alla stampa……………………………………...26

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Capitolo 4 – CONFRONTO TRA PLANTARI CNC IN EVA E PLANTARI

3D………………………………………………………………………………31

4.1 Comfort e adattabilità al paziente…………………………………………..31

4.2 Resistenza e durabilità dei materiali………………………………………..33

4.3 Personalizzazione: densità variabile e geometrie complesse………………34

4.4 Analisi economica: costi, tempi e margini di guadagno rispetto alle

metodologie tradizionali………………………………………………………..35

4.5 Impatto ambientale: produzione additiva vs lavorazioni sottrattive………..40

Capitolo 5 – DISCUSSIONE E PROSPETTIVE FUTURE…………………..43

5.1 Limiti e criticità attuali……………………………………………………..43

5.2 Possibili sviluppi futuri e nuove applicazioni in ortopedia………………...44

CONCLUSIONI………………………………………………………………..47

RINGRAZIAMENTI…………………………………………………………..49

BIBLIOGRAFIA E SITOGRAFIA: indicate al termine di ciascun capitolo. 2

INTRODUZIONE:

La stampa 3D rappresenta una delle innovazioni tecnologiche più significative

degli ultimi decenni. La sua diffusione, inizialmente circoscritta ad ambiti

ingegneristici e di prototipazione rapida, ha progressivamente trovato spazio in

numerosi settori, fino a raggiungere la medicina e, in particolare, la tecnica

ortopedica. Questa tecnologia, basata sul principio della produzione additiva,

consente non solo di realizzare manufatti complessi con elevato grado di

personalizzazione, ma anche di ridare valore a ciò che rischierebbe di essere

scartato, favorendo una prospettiva di maggiore sostenibilità.

Il mio percorso in questo ambito è iniziato come passione personale: da circa

due anni mi dedico alla stampa 3D, dapprima per sperimentazione e curiosità,

poi per aiutare altre persone a risolvere problemi pratici. Riparare componenti

danneggiati o ridare vita a oggetti destinati ad essere buttati mi ha permesso di

toccare con mano le enormi potenzialità di questa tecnologia e la soddisfazione

che deriva dal trasformare ciò che sembrava inutilizzabile in qualcosa di nuovo

e funzionale.

Con il tempo, questa passione si è trasformata anche in una vera e propria

attività lavorativa: oggi, all’interno della ferramenta di famiglia, progetto e

realizzo componenti su misura grazie alla stampa 3D, offrendo soluzioni

personalizzate che rispondono ai bisogni specifici di ogni cliente. Questa

esperienza professionale mi ha permesso di consolidare le mie competenze

tecniche e di sviluppare una visione ancora più concreta e applicativa della

tecnologia.

Parallelamente, il mio percorso di studi in tecniche ortopediche mi ha portato a

chiedermi come la stampa 3D potesse integrarsi in ambito clinico, in particolare

nella produzione di plantari. Da qui è nata l’idea di approfondire l’argomento

attraverso una ricerca mirata, con l’obiettivo di indagare le metodologie più

efficaci, confrontarle con le tecniche tradizionali e valutare i reali vantaggi e

limiti di questa innovazione applicata al settore ortopedico.

Questa tesi nasce dunque dall’incontro tra una passione personale e un percorso

di studio scientifico, con l’obiettivo di contribuire alla conoscenza e alla

diffusione di strumenti innovativi che possano migliorare la pratica clinica e

offrire nuove soluzioni per il benessere del paziente. 3

Capitolo 1 – IL RUOLO DEL TECNICO ORTOPEDICO ED I PLANTARI

NELLA PRATICA CLINICA

1.1 La figura del tecnico ortopedico

Il tecnico ortopedico è una figura sanitaria abilitata alla progettazione,

costruzione, adattamento, applicazione e fornitura di dispositivi medici su

misura non invasivi, quali protesi, ortesi, plantari, corsetti e presidi per la

riabilitazione o la deambulazione. L’attività si svolge in base a prescrizione

medica ma comporta anche autonomia tecnica, clinica e gestionale, con

assunzione di responsabilità sull’intero processo produttivo e sul risultato

funzionale.​

Nel contesto multidisciplinare dell’assistenza sanitaria, il tecnico ortopedico si

interfaccia costantemente con il medico specialista (fisiatra, ortopedico,

diabetologo), fisioterapisti, podologi e infermieri, partecipando alla valutazione

del paziente e contribuendo con competenze specifiche su materiali, tecnologie

produttive e aspetti biomeccanici.

Nel panorama sanitario contemporaneo, il rapporto tra il tecnico ortopedico e la

stampa 3D sta assumendo un ruolo sempre più centrale e strategico. Il tecnico

ortopedico, da sempre figura ponte tra know-how artigianale e innovazione

tecnologica, trova nella stampa 3D un potente alleato che amplifica le sue

capacità di produzione, personalizzazione e ottimizzazione dei dispositivi su

misura, in particolare dei plantari. L’introduzione delle tecnologie additive

consente infatti di superare molti dei limiti tradizionali della modellazione e

della lavorazione manuale, potenziando la precisione geometrica, la versatilità

dei materiali e la rapidità nei tempi di realizzazione.

Utilizzando software CAD e macchine di stampa 3D, il tecnico ortopedico può

progettare dispositivi estremamente personalizzati partendo da dati morfologici

e biomeccanici digitali, riducendo margini d’errore e favorendo workflow

altamente replicabili e documentabili. Questo cambiamento non solo migliora la

qualità e il comfort dei plantari prodotti, ma consente anche al tecnico di

svolgere un approccio più scientifico e basato sull’evidenza, integrando test,

analisi comparative e feedback dei pazienti in modo strutturato e ripetibile.

La progressiva integrazione della stampa 3D porta, inoltre, a un’evoluzione del

ruolo del tecnico: da artigiano altamente qualificato a “mediatore tecnologico”

tra esigenze cliniche, innovazione digitale e sostenibilità produttiva, ponendolo

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così al centro di una nuova era della tecnica ortopedica e della riabilitazione

moderna.

1.2 Cenni storici e sviluppi dell’ortopedia tecnica

L’ortopedia tecnica affonda le proprie origini nell’antichità, con i primi

dispositivi realizzati per correggere deformità e immobilizzare arti a seguito di

traumi (Ippocrate, IV secolo a.C.). Nel corso dei secoli il settore si è evoluto

notevolmente, specialmente a partire dalla fine dell’Ottocento, quando si

affermarono le prime scuole ortopediche e si svilupparono tecniche innovative

di trattamento e supporto all’apparato locomotore.

Negli anni ’90 la tecnica ortopedica visse un periodo di grande innovazione e

trasformazione. Sebbene la realizzazione manuale dei dispositivi ortopedici

continuasse a rappresentare la prassi prevalente, l’introduzione di strumenti

digitali iniziava a modificare profondamente il processo produttivo. Tecniche

come la scansione ottica e l’elaborazione CAD permisero di digitalizzare

l'impronta del piede, preparandosi così al passaggio da un’artigianalità

tradizionale a una produzione più standardizzata e precisa. In questo contesto, la

fresatura CNC su blocchi di EVA e altri materiali divenne un punto di svolta per

le ortopedie, consentendo lavorazioni più rapide, affidabili e riproducibili

rispetto alle tecniche manuali basate su calchi in gesso e termoformatura.

Allo stesso tempo la crescente diffusione di computer sempre più potenti e

software CAD-CAM specifici rivoluzionò anche la fase di progettazione,

ampliando la capacità del tecnico ortopedico di personalizzare i dispositivi in

funzione delle necessità anatomiche e biomeccaniche del paziente con un livello

di dettaglio prima impensabile.

La stampa 3D, nata negli anni ’80 in ambito industriale, iniziò ad affacciarsi nel

settore sanitario e ortopedico solo intorno agli anni 2000, inizialmente comparsa

come strumento sperimentale per la prototipazione rapida. Solo

successivamente, grazie alla riduzione dei costi delle apparecchiature e alla

disponibilità di materiali biocompatibili, la tecnologia additive iniziò ad essere

adottata stabilmente per la produzione di ortesi, plantari e persino protesi

complesse.

Questo passaggio segnò una vera e propria svolta, poiché la stampa 3D permise

di superare i limiti delle tecnologie sottrattive come la fresatura: la possibilità di

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costruire plantari strato dopo strato dava infatti la libertà di realizzare geometrie

complesse, strutture reticolari interne a densità variabile, combinazioni

multi-materiale e design completamente personalizzati, elevando il livello

tecnico e clinico degli ausili.

Nel corso degli ultimi due decenni, la stampa 3D si è sempre più integrata nei

processi di produzione ortopedica, rappresentando oggi una tecnologia matura

in grado di affiancare e, in molti casi, sostituire le tecniche tradizionali, con

benefici in termini di comfort, performance, velocità produttiva e sostenibilità

ambientale.

1.3 Funzione dei plantari e indicazioni cliniche

I plantari ortopedici sono dispositivi medici su misura progettati per interventi

specifici sulla biomeccanica del piede e dell’arto inferiore, con l’obiettivo di

correggere alterazioni morfo-funzionali, migliorare la distribuzione dei carichi e

alleviare dolore e disturbi correlati. Essi agiscono modificando l’appoggio

plantare, sostenendo gli archi del piede e correggendo disallineamenti, con

ricadute positive anche a livello posturale e muscolo-scheletrico.

Le principali funzioni includono:

Sostegno e modulazione degli archi plantari per prevenire o compensare

●​ il collasso delle strutture anatomiche.

Correzione degli allineamenti in condizioni quali piede piatto, cavo,

●​ valgismo o varismo, per ristabilire un appoggio ottimale e prevenire

sovraccarichi patologici.

Riduzione delle pressioni localizzate, particolarmente importante per

●​ soggetti con diabete o neuropatie, al fine di prevenire ulcerazioni e lesioni

da pressione.

Ammortizzazione degli impatti e delle sollecitazioni meccaniche per

●​ proteggere articolazioni superiori, come ginocchia e colonna vertebrale.

Le indicazioni cliniche comprendono una vasta gamma di condizioni:

Patologie statiche come piede piatto, piede cavo, alluce valgo e dita a

●​ martello.

Patologie dinamiche e da sovraccarico, tra cui metatarsalgia, fascite

●​ plantare, tendinopatie, e sindrome pronatoria o supinatoria.

Condizioni sistemiche come diabete, artrite reumatoide e neuropatie

●​ periferiche. 6

Prevenzione e ottimizzazione nell’ambito sportivo per migliorare

●​ performance e ridurre infortuni.

L’efficacia del plantare dipende fortemente dalla personalizzazione, che si basa

su analisi morfologiche, baropodometriche e posturali accurate, solitamente

integrate da strumenti tecnologici avanzati quali scanner 3D e pedane

baropodometriche. Il plantare, così progettato, può influenzare positivamente la

postura globale, agendo lungo tutta la catena cinetica e contribuendo a ridurre

sintomatologie dolorose muscolo-scheletriche.

Negli ultimi anni, la tecnologia della stampa 3D ha rivoluzionato la produzione

dei plantari ortopedici. Grazie a scansioni digitali precise e software CAD

dedicati, la stampa 3D consente la creazione di plantari con geometrie

estremamente personalizzate, variando spessori, rigidità e punti di supporto in

modo molto più accurato rispetto ai metodi tradizionali. L’utilizzo di materiali

innovativi e biocompatibili permette inoltre di ottenere dispositivi con comfort

superiore e maggiore durabilità, mantenendo ingombri ridotti, particolarmente

apprezzati da atleti e persone con esigenze specifiche.

Il flusso di lavoro digitale prevede la scansione 3D del piede, la modellazione

computerizzata e la stampa additiva, che ottimizza tempi di produzione, costi e

impatto ambientale rispetto alle tecniche sottrattive. I plantari 3D permettono

una gestione avanzata delle cariche plantari, correggendo efficacemente

disfunzioni biomeccaniche e migliorando la qualità della deambulazione.

Questa tecnologia rappresenta una svolta nel campo della tecnica ortopedica,

integrando innovazione e personalizzazione per migliorare il benessere del

paziente e ampliare le potenzialità terapeutiche dei plantari

1.4 Tecniche tradizionali di produzione dei plantari nelle ortopedie

moderne

La produzione tradizionale dei plantari ortopedici si basa su metodologie che,

seppur consolidate e diffuse, presentano limitazioni in termini di precisione,

tempi e personalizzazione. Le tecniche più comuni includono il calco manuale,

la termoformatura e la fresatura CNC, ognuna con caratteristiche specifiche.

Il calco manuale, spesso realizzato tramite gessi o schiume fenoliche, consiste

nella presa dell’impronta fisica del piede, su cui si modella a mano il positivo.

Questa tecnica richiede grande esperienza artigianale e può introdurre variabilità

nella precisione delle forme. Successivamente, la termoformatura permette di

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modellare materiali plastici riscaldati sulla forma creata, garantendo una certa

adattabilità ma con limiti nei dettagli e nella durezza localizzata.

Negli ultimi decenni, la fresatura CNC di blocchi di EVA ha rappresentato

un’evoluzione tecnologica significativa. La modellazione digitale, ottenuta

tramite scanner o pedane baropodometriche, consente di progettare il plantare

via software CAD, che viene poi fresato automaticamente per ottenere la forma

desiderata. Questa tecnica riduce errori manuali e accorcia i tempi produttivi,

ma presenta ancora alcune criticità legate allo spreco di materiale e a limitazioni

nella gestione di densità variabili all’interno del plantare.

Negli ultimi anni, soprattutto nel Nord Europa, la stampa 3D ha iniziato a

sostituire o integrare le tecniche tradizionali, aprend