Use of 3D printing in the orthopedic prosthetics industry : evidences on the scoliosis chest brace production

Until now the regulatory framework and the technological evolution have not allowed additive manufacturing to be applied on a large scale in the Medical/Healthcare industry. However, new uses such as hearing aids and dental correction devices have shown the opportunity to use 3D printing to customize products for the masses. Concerning orthopedics and prosthetic (O&P) field, the research on a new method for the additive manufacturing of medical devices goes back to the early days of rapid prototyping. However, as for today, most commercial proposals have no clinical significance and they are still in technical assessment. The main driver for this thesis was to study the way in which 3D printing production process can be applied to the Italian O&P industry, leading to both manufacturing advantages and clinical improvements of the devices. The thesis is placed as part of a project strongly supported by Fondazione Cariplo and Regione Lombardia within the territory of Lecco whose aim is to deliver to the patients and their families new tools to cope with chronic diseases, enhance his/her ability to cope with daily life, develop more informed behaviors and more suitable to manage the evolution of home sickness, to give back to the fragile subject the dignity of his person and a better quality of life. Starting from EMPATIA@Lecco project, the work focuses on a specific typology of orthopedic device, the scoliosis chest brace, in order to draw a comparison between production alternatives along different dimensions with the aim to infer conclusions that could be easily generalized to a wide range of O&P items. Afterwards, conscious of the current limits of the 3D printing technology and confident on the degree and speed of technological advancements, the work deals with the effects of the eventual introduction of additive manufacturing on the Italian Prosthetic Assistance, with specific reference to possible changes on traditional supply chain activities of the orthopedic workshops. Ultimately, an idea is introduced about the way in which 3D printing can be exploited in combination with other innovative technologies to facilitate the transition to a tailor made, digitalized and “intelligent” Orthopedics.

Fino ad ora il quadro normativo e l’evoluzione tecnologica non hanno permesso alla produzione additiva di essere applicata su larga scala nel settore medico/sanitario. Tuttavia, i nuovi impieghi della stampa 3D per la produzione di apparecchi acustici e dispostivi odontoiatrici hanno messo in luce l’opportunità che la nuova tecnologia offre nella personalizzazione di prodotti per la massa. Per quanto riguarda il settore ortopedico e protesico, la ricerca su nuovi metodi per la produzione additiva di dispostivi medici risale alle prime evidenze di prototipazione rapida. Nonostante ciò, ad oggi, la maggior parte delle proposte commerciali non ha alcuna valenza clinica ed è ancora in attesa di una valutazione tecnica. Con il lavoro di tesi si intende investigare il modo in cui la stampa 3D può essere applicata all’industria ortopedica e protesica italiana, così da garantire vantaggi al processo di produzione e migliorare l’efficacia clinica dei dispositivi stessi. Il lavoro è parte di un progetto più ampio finanziato da Fondazione Cariplo e Regione Lombardia sul territorio di Lecco, il cui obiettivo è quello di consegnare al paziente e alla sua famiglia nuovi strumenti per fronteggiare la patologia cronica, potenziare le sue capacità di affrontare la vita quotidiana, sviluppare comportamenti più consapevoli e più idonei a gestire l’evoluzione della malattia al domicilio, per restituire al soggetto fragile la dignità della sua persona ed una migliore qualità della vita. Partendo dal progetto EMPATIA@Lecco, la tesi si focalizza su una specifica tipologia di ortesi -il corsetto del busto per la correzione della scoliosi- con l’obiettivo di confrontare le diverse alternative di produzione su diverse dimensioni di analisi e trarre conclusioni che possano essere facilmente generalizzabili a una moltitudine di dispostivi ortopedici e protesici. Successivamente, consapevoli degli attuali limiti della stampa 3D e fiduciosi circa l’intensità e la velocità del progresso tecnologico, l’operato discute gli effetti di una eventuale introduzione della produzione additiva nel campo dell’assistenza protesica italiana, con specifico riferimento alla tradizionale supply chain delle officine ortopediche. Infine, viene introdotta un’idea sul modo in cui la stampa 3D può essere sfruttata in combinazione con altre tecnologie innovative per facilitare la transizione verso un’Ortopedia tailor-made, digitalizzata e “intelligente”.