Emboîture pour clavier et écran tactile

Emboîture pour clavier et écran tactile

10 Mar, 2019 | Bras, Prothèse, Texte en français, Tuto technique

Projet open source :

Ce développement, comme tous ceux de la Team Gre-Nable, est open source. Nous expliquons dans ces articles pourquoi et comment ils ont été effectués, les raisons de nos choix comme les démarches et les outils employés, et les modèles 3D sont disponibles sous l’environnement Onshape (accès gratuit pour les modèles publics). Le présent développement est accessible sur Onshape dans le document « team Gre-Nable.fr : manchon Jean« .

La situation de Jean… 

Jean est un adulte atteint d’une agénésie du bras droit. Il dispose de son coude et d’un avant-bras d’environ 9cm de longueur, de forme très conique et se terminant par un petit « bourgeon » de chair… qu’il a pris l’habitude d’utiliser entre autres pour accéder aux touches de son clavier d’ordinateur. Et il faut avouer qu’il est impressionnant de « dextérité ». Mais l’usage de plus en plus intensif de l’ordinateur pour son travail finit par le blesser et générer des douleurs dans ce petit « doigt ». Il aimerait donc protéger sa peau tout en conservant la dextérité qu’il a acquise à la manipulation du clavier. Il a déjà consulté deux ou trois professionnels qui lui ont fabriqué des appareils, qui finalement ne lui conviennent pas. Il prend alors contact avec la Team Gre-Nable.

 

Prise d’empreinte

Une séance de moulage à l’alginate permet d’obtenir un modèle en plâtre de l’avant-bras et du coude de Jean. Noter sur l’image ci-dessous les nombreuses bulles qui ont été piégées dans les poils du bras lors du moulage, ce qui génère ces petites « billes » réparties en surface du modèle en plâtre. Celles-ci ont été retirées très facilement avec une lame de cutter. On distingue très bien en partie haute le « doigt » que Jean utilisait jusqu’ici pour taper au clavier de son ordinateur. En partie basse de ce moulage, la légère restriction de section est due à la présence d’un élastique qui avait pour but de marquer clairement la localisation du coude lors du moulage. Cette restriction sera supprimée (lissée) entre l’opération de scanning 3D et la reconstruction du volume CAO.

Modèle en plâtre coulé à partir du moule en alginate.

Comparaison de deux scanners 3D.

Ce modèle en plâtre est numérisé avec un scanner 3D. Nous avons profité de cette occasion pour comparer le scanner iSense (voir aussi  https://3dscanexpert.com/structure-sensor-review-part-1/)  avec un scanner professionnel haut de gamme HandyScan 700 .

Le Handyscan sera considéré comme la référence, avec une précision annoncée bien inférieure à 0,05mm sur ce type d’objet.

Il apparaît que le iSense donne des résultats suffisants pour cette application (précision inférieure à 0,7mm, moyenne autour de 0,5mm)  dans la plupart des zones à faible variation de courbure, par contre, dans les zones plus accidentées, les erreurs peuvent atteindre près de 2mm. Mais puisque nous prévoyons l’insertion d’un gant de confort d’épaisseur de 3mm (tissu 3D bleu visible sur l’image d’entête de cet article à proximité du coude de Jean : la procédure de fabrication ce gant de confort est décrite dans cet article), et que nous pouvons aussi compter sur l’adaptabilité des chairs au contact de l’emboîture, il semble que la qualité du iSense sera suffisante pour numériser ce modèle en plâtre.

Attention, une numérisation directe du bras aurait probablement généré des variations dimensionnelles plus importantes. Nous conserverons le scan précis du Handyscan puisque nous l’avons.

Un modèle CAO volumique sera créé sur la base de cette numérisation 3D, et exporté en format STEP en vue d’une utilisation dans le logiciel Onshape.

 

Modélisation de l’emboîture

Deux nouveaux modèles sont générés grâce au logiciel VXelements (logiciel associé au scanner Handyscan de Creaform), avec des décalages de surfaces de 3mm puis de 5mm. Nous souhaitions tester ces fonctionnalités dans VXelements (et nous en avons été très satisfaits) néanmoins ces décalages de surfaces et la génération des nouveaux volumes auraient pu se faire avec d’autres outils de modélisation, soit sur le modèle STL (avec Meshmixer par exemple), soit sur le modèle STEP reconstruit (Fusion360, Onshape, etc…). Vous pouvez consulter notre article « Création d’un Multi-tool holder » pour un exemple d’utilisation de la fonction « Offset de surface » dans Onshape.

Les trois modèles volumiques obtenus, que nous appellerons « bras« , « bras+3 » et « bras+5 » sont importés dans Onshape au format STEP. Une opération de soustraction volumique entre « bras+3 » et « bras+5 » permet d’obtenir une emboîture avec un épaisseur de 2mm d’épaisseur, distante de 3mm du bras. 

emboiture

Bras et emboîture initiale

 

Dégagement du petit doigt

Un décalage supplémentaire de surface, suivi de quelques découpes et de ré-assemblages de volumes nous permettent à ce stade de dégager un espace en bout d’emboîture, qui évitera le contact entre le doigt de Jean et l’emboîture. Cette protection est l’élément principal du « cahier des charges » qu’il nous a transmis, nous y accordons donc une attention particulière !

Nous ajoutons ensuite un « doigt » artificiel, qui sera muni d’un embout en matière flexible (NinjaFlex ici) pour permettre d’atteindre en douceur les touches du clavier d’ordinateur.

Emboîture et doigt, vue externe.

Préparation du tissus 3D, et place créée pour le doigt de Jean qui ne sera plus blessé.

Emboîture et doigt, vue en coupe.

Tissus 3D : dégagement pour le doigt.

Adaptation pour écran tactile

Jean a probablement comme beaucoup d’entre nous un smartphone ou une tablette avec écran tactile. Pourrait-il profiter de ce doigt artificiel pour manipuler les applis sur ce type d’écran ? 

J’avais étudié cette question il y a quelques mois, et j’étais arrivé à la conclusion que ce devrait être possible. En effet la plupart des écrans tactiles actuels sont capacitifs, et en parlant sans termes trop techniques (que je maîtriserais pas d’ailleurs !) les écrans détectent une variation de potentiel générée par une légère fuite d’électrons lorsque le doigt touche de la surface sensible. Il « suffirait » donc que l’élément terminal (en l’occurrence le tampon à l’extrémité de notre doigt artificiel) soit  relié à une masse électrique suffisante pour se charger électriquement lors du contact. La solution est donc…

  • de percer un petit canal à l’intérieur du doigt artificiel pour y passer un fil électrique souple,
  • de remplacer notre embout imprimé en Ninjaflex par un embout conducteur électrique récupéré sur un stylet de smartphone,
  • et de relier le fil à une masse métallique, ou éventuellement au contact de la peau de l’utilisateur.

Canal dans l’embout pour passage d’un fil électrique

Fil électrique sortant vers l’embout conducteur

L’embout de stylet mis en place

Masse électrique en papier d’aluminium

Fil électrique en tant que masse

L’embout de stylet de smartphone a été pris sur un stylet de ce type.  Les tests montrent que le contact direct avec la peau de l’utilisateur n’est pas nécessaire. Qui plus est, le papier d’aluminium n’est pas indispensable non plus. Le système fonctionne très bien avec seulement un tour de fil dans l’emboîture, fil qui est situé à environ 3mm (l’épaisseur de mousse « tissus 3D » de confort) du bras de Jean. 

Résultat des premiers tests

La deuxième entrevue avec Jean (après la prise d’empreinte) a été vraiment satisfaisante. Il restait à imaginer une manière de bien maintenir l’emboîture proposée autour de son avant-bras. Les premiers tests ont été effectués en plaçant deux morceaux de Velcro adhésif sur le bord de l’emboîture, et en plaçant une autre bande de Velcro autour de son bras. Les vidéos suivantes prises lors de la première minute d’usage dans chaque contexte (clavier et écran tactile) montrent que Jean réussira sans aucun doute à bien s’approprier ce nouvel outil… si ce n’est déjà fait dès ce moment.

 

Premier test de Jean sur son clavier.

Premier essai de Jean sur son écran tactile. Voyez avec quelle fluidité il zoome avec son pouce gauche et son « index » droit !

Maintien de l’emboîture sur le bras

La forme très conique de l’avant bras de Jean ne permet pas un maintien efficace par simple serrage dans cette zone. Les premiers tests ont montré la faisabilité d’un maintien par une sangle autour du bras, mais nous cherchons une solution plus facile à enfiler, et qui éviterait un serrage localisé certainement peu confortable.

Il semble alors que la proposition de Dominick Scalise d’utiliser un manchon en tissus pour certaines prothèses puisse convenir ici. Un premier test est effectué en découpant une chaussette… cela semble bien fonctionner, et nous proposons à Jean, par mail, de tester lui-même cette solution avec l’emboîture qu’il utilise. 

Pendant ce temps, nous proposons aussi une version d’emboîture imprimée en TPU (matériau semi-flexible) plutôt qu’en PLA, afin d’améliorer encore le confort. N’oublions pas que Jean souhaite utiliser cet appareil quotidiennement plusieurs heures par jour. 

Lors de notre troisième entrevue, Jean nous présente la solution de fixation qu’il a trouvée : il a remplacé l’idée de la chaussette par une chevillère (utilisée habituellement en cas d’entorse) qui procure un serrage homogène et très efficace. Il suffit de trouver la bonne dimension, et il utilisera ou non les sangles élastiques complémentaires qui sont livrée avec.  

La version d’emboîture en TPU semble le séduire côté confort, et il envisage d’en réduire la longueur, voire d’y découper une fente sur le côté… ce que nous faisons sur place.

Version imprimée en TPU et fendue. Noter le « gant » en tissus 3D.

Maintien par chevillère (il faudra peut-être utiliser la taille en dessous)

Création d’un Multi Tool Holder

Création d’un Multi Tool Holder

16 Juin, 2018 | Main, Prothèse, Texte en français, Tuto technique

Comment créer un MultiToolHolder (MTH) ?

 

But :

L’objectif final de ce développement est l’obtention d’une emboîture sur laquelle pourra se fixer et s’orienter un support de couverts (par exemple). Les formes et dimensions de l’emboîture dépendent évidemment de la morphologie de la personne concernée, et la position du support d’outil dépend de l’usage qu’elle souhaite en faire. Le modèle proposé ici sera orientable autour d’un axe, et maintenu par un système magnétique rendant cette orientation aisée. Noter que nous travaillerons dans le logiciel Onshape. Vous avez donc besoin pour suivre ce tuto, si vous n’avez jamais utilisé Onshape, de créer un login sur https://www.onshape.com/ (en haut à droite « CREATE ACCOUNT »). Vous accéderez ensuite aux modèles à l’adresse https://cad.onshape.com/ . Dernier détail, ne soyez pas surpris, la plupart des termes utilisés dans le modèle sont en anglais, ceci dans le but de faire par la suite une version anglaise de ce tuto.

Etape 1 : Création de emboîture à partir du scan 3D :

Nous supposons partir d’un modèle B-rep (format STEP par exemple) de main résiduelle (incluant en général une partie de l’avant-bras…) obtenu à partir d’un scan 3D, par exemple selon la méthode décrite ici : https://www.gre-nable.fr/adapter-une-emboîture-pour-une-prothese/ Dans notre exemple, ce modèle avait l’aspect suivant :

Scan de l’avant bras

En utilisant Onshape, rechercher : e-Nable_MultiToolHolder_socket_template_PM (en faire une copie qui sera éditable par vous)

  • Dupliquer le studio « socket_XXX »
  • Le renommer « socket_someone ». (vous pourrez évidemment remplacer « someone » par le nom de votre bénéficiaire !!)
  • Importer le modèle issu du scan du bénéficiaire.
  • Un nouveau studio est créé, nous l’appellerons « Import_hand_someone ».

  • Dans socket_someone, faire un clic droit sur la feature « #Insert_here_the_derived_forearm » et « Roll to here« . Notez qu’à chacune des étapes ci-dessous, nous aurons à progresser dans cette liste de features par la même fonction « Roll to here » afin d’affecter chacune des opérations à la nouvelle géométrie.
  • Créer une nouvelle pièce dérivée , sélectionner le modèle contenu dans le studio Import_hand_someone. Nous le nommerons ici « new_hand ». Valider .

  • Avancer à l’étape suivante par un «Roll to here» sur Forearm_midplane, et éditer ce plan.
  • Redéfinir les 3 points du Forearm_midplane en sélectionnant des points de new_hand. Ce plan doit être à peu près orthogonal à l’axe de pivot du poignet.

  • Repositionner et orienter la Hand_centerline : le point de droite (ici 80 et 87 de l’origine) définira approximativement le plan de coupe de l’emboîture côté poignet, qui sera orthogonal à la ligne sélectionnée (orange). [la position du plan de coupe final sera probablement un peu plus à gauche (équivalent à 81mm par exemple sur ce cas) nous verrons plus loin la raison de cette découpe supplémentaire]. Ne coupez pas trop court (même si sur cet exemple l’emboîture est particulièrement courte car la paume résiduelle est petite) vous pourrez recouper si besoin lorsque toutes les opérations seront terminées, avant d’imprimer. L’emboîture doit être suffisante pour garantir un bon maintien de l’outil, mais pas trop longue pour ne pas gêner la flexion du poignet.

  • Le « hand_plane » contient la « hand_centerline », et est perpendiculaire au « Forearm_midplane ». Il devrait contenir (à peu près) l’axe de flexion du poignet. Vous n’avez pas à le modifier (normalement).

  • Le « Wrist_cut_plane » est normal à la « hand_centerline » et passe par l’extrémité de cette ligne côté poignet. Vérifiez si ce plan de coupe correspond à vos attentes, sinon vous pouvez modifier les dimensions dans l’esquisse « hand_centerline ».

  • Editer la feature split_hand et sélectionner le bras. Cette opération découpe le modèle au niveau du poignet par le Wrist_cut_plane. On obtient deux Parts portant le même nom.

  • Masquer la part représentant l’avant-bras pour conserver visible la part constituant la main sur laquelle nous allons poursuivre le travail.

  • Editer « Offset surface1 », Si la liste de sélection n’est pas vide (champ liste sur fond bleu), vider la sélection en cliquant dans cette fenêtre puis en appuyant sur la touche clavier [Espace]).
  • Sélectionner toutes les faces de la main : Pour cela Create selection , Protrusion, sélectionner l’objet, cliquer Add selection et fermer la fenêtre Create selection. Dé-sélectionner la face plane de découpe en re-cliquant dessus. Le décalage de 5mm est calculé automatiquement à partir des variables #Hand_gap (3mm par défaut) et #Socket_thickness (2mm par défaut) disponibles en début de la liste de features. #Hand_gap correspond à l’épaisseur pour la mousse de confort et #Socket_thickness à l’épaisseur de matière pour l’emboîture. Adaptez ces valeurs si vous le souhaitez : il suffit de modifier les variables. Vous pourrez aussi les modifier plus tard.

  • Remarquez que cet offset (décalage normal aux surfaces) a construit une ligne limite de surface non plane. Editer le « Plane_to_cut_properly » de telle manière qu’il intersecte tout le contour du poignet. C’est ici que nous allons perdre 1 à 2 mm par rapport au plan de coupe défini en début de notre démarche.

  • Dans « Split_get_a_planar_contour », sélectionner la surface décalée qui va être découpée par le plan afin d’obtenir un contour limite plan.
  • Dans la liste des surfaces, vous pouvez masquer, ou même supprimer la petite couronne devenue inutile.

  • Editer « Fill the face & make solid », vider si besoin la liste de sélection (barre d’espace), et sélectionner les éléments du contour un à un. La case « Merge with all » doit être active, afin que la nouvelle face plane soit fusionnée avec les autres surfaces pour constituer un volume fermé.

  • Une nouvelle Part apparaît dans la liste. Je la nomme « socket ». Il n’y a plus de surface dans la liste.
  • Les opérations suivantes permettent, si nécessaire, d’augmenter un peu le passage pour la main à l’entrée de l’emboîture, au niveau du poignet.

 

Etapes optionnelles : élargissement du passage de poignet

 

  • L’esquisse « Enlarge wrist_place » est dessinée dans le plan « Plane_section_enlarge_wrist » qui est reculé et incliné en se basant sur « sketch pivot line ». Cette ligne de pivot peut être adaptée à volonté ainsi que l’inclinaison du plan afin que l’esquisse se place pour le mieux et que l’ajout de matière intersecte entièrement la « socket ». La forme de cet ajout de matière peut être adaptée en manipulant les points extrémités, le point intermédiaire, et les tangences de la courbe (points sélectionnés sur la figure ci-dessous).

  • L’extrusion « enlarge_wrist_place » se prolonge suffisamment pour pénétrer complètement dans la socket, et en « second end position » commence sur la face plane de la socket.

  • Arrondir la jonction grâce au Fillet (se calcule automatiquement, mais il peut être nécessaire de re-sélectionner l’arête).

Fin des étapes optionnelles

 

  • Evider la socket grâce au make_socket_shell, en sélectionnant la face plane à creuser. Je choisis ici une épaisseur de 2mm, à adapter selon vos préférences, et en cohérence avec le décalage de surface (5mm ci-dessus) défini précédemment.

  • Vous êtes parvenu jusqu’ici ? Bravo, la création de l’emboîture est terminée !!!

 

Etape 2 : Jonction du MTH sur emboîture :

 

  • Dupliquer le studio « Base_XXX » et nommer la copie « Base_someone ».
  • Dans le studio « Base_someone», faire si besoin un « Roll to end » pour se placer en fin d’arborescence après « #end_of_tool_holder_base ». Seules les pièces du Multi tool holder sont présentes.

  • Créer un nouveau Assembly nommé « Assembly_someone »

  • Passer dans l’onglet « Assembly_someone », et y insérer la socket précédemment créée. (Eviter de cliquer la souris dans la zone graphique, afin que l’objet se place automatiquement dans sa position d’origine).

    • Faire un clic droit sur la socket et sélectionner « fix » afin de figer la position dans le référentiel de l’assemblage.
    • Insérer tout le contenu du part studio « Base someone ».

    • Sélectionner et grouper les 8 objets issus de la dernière insertion. Ils se déplaceront ainsi ensemble.
    • Sélectionnez un de ces objets pour faire apparaître les manipulateurs, et déplacez (translations et rotations) le Multi tool holder (groupé) dans la position souhaitée par rapport à la socket.

Dans notre cas, il s’agit de positionner un couvert (fourchette ou cuiller principalement). Une entrevue préalable avec la bénéficiaire lui a permis de définir sa position espérée pour l’outil. C’est cette position que nous essayons de reproduire ici.

    • Le cône du « magnet_container » devrait entièrement intersecter la surface extérieure de la « socket ». Dans le cas contraire, vous devrez peut-être prolonger un peu ce cône vers le bas avant d’effectuer la découpe (opération booléenne) suivante. Dans ce cas, effectuez l’opération optionnelle ci-dessous…

    • Opération optionnelle: Passez dans le studio « Base_someone », et tirez de quelques mm les faces inférieures de « steel_plate_tool » et de « magnet_container », à l’aide de la fonction « move_face »

    • Vous pouvez éventuellement masquer tous les objets sauf le « magnet_container » et la « socket ».
    • Si nécessaire pivotez l’ensemble pour que le côté avec les dents « rognées » du magnet container soit proche de la base de la socket. (en fait l’objectif est ici que cette partie soit vers le bas lors de l’impression pour faciliter la construction sans support)

    • Par un clic droit sur le magnet_container, sélectionner « Edit in context ». On bascule alors dans le studio « Base_someone » en présence « fantôme » des autres pièces de l’assemblage que l’on va pouvoir utiliser (cette manip fait partie de la « magie » de Onshape 🙂 elle rend bien des services lors du travail sur des assemblages, il est possible de définir plusieurs contextes d’usage pour une même pièce, et je vous conseille d’approfondir le mode Edit In Context si vous souhaitez faire des modélisations complexes avec ce logiciel).

  • Par une opération booléenne (substract) découper le magnet_container par la socket. Sélectionner « keep tools ». Je nomme cette opération «cut_container_by_socket». Noter que lors de la sélection la socket est vue comme «Part of context 1».

  • Nous avons maintenant, dans la liste de Parts, deux « magnet_container ». Il est bon de détruire (delete) celui qui est situé à l’intérieur de la socket et ne nous sera pas utile, afin d’être certain de conserver le bon morceau dans notre assemblage.
  • Noter aussi qu’est apparue, au-dessus de la fenêtre Features, une liste de contextes. On pourra donc revenir dans le contexte où ces opérations ont été faites si besoin. Un contexte peut aussi être mis à jour (menu déroulant) afin de recalculer les opérations associées après un changement de position des objets dans l’assemblage par exemple.
  • Par une 2e opération booléenne, découper le « magnet_container » par le « steel_plate_tool » (avec « Keep tool » car le « steel_plate_tool » nous resservira juste ci-dessous).

    • Revenir dans l’assemblage :
    • Clic droit sur la socket, « Edit in context » nous amène dans « socket_someone » en présence fantôme du multiTool holder.
    • Découper (Boolean, Substract) la « socket » par le « steel_plate_tool ». (Si un morceau de socket résiduel apparaît, le détruire).

    • Revenir à l’assemblage (barre jaune, Go to assembly)
    • Clic droit sur le « magnet_container », « Edit in context » (un « Context 2 » est créé)
    • Créer une dernière opération booléenne pour fusionner (Boolean, Union), le « magnet_container » et la socket.

    • Il est bon de mettre un congé (fillet ) confortable autour du support d’outil…

  • Nous obtenons enfin l’emboîture sur laquelle pourra se fixer le Multi tool holder  !

Dernières étapes : impression puis assemblage avec les aimants, plaques acier, etc.

La liste des pièces nécessaires à cet assemblage (voir figure) :

  1. Socket (ou magnet_container selon le renommage qui a été effectué ci-dessous puisque ces 2 pièces sont finalement fusionnées)
  2. Revolver (la pièce dont la rotation est réglable)
  3. Tool_holder (qui permettra d’insérer la fourchette ou un autre couvert)
  4. Metal_sheet_locker (x2) (petites pièces pour maintenir la feuille d’acier mince)
  5. Steel_sheet (la feuille d’acier mince venant se poser sur les aimants)
  6. Magnet (x2) (les aimants néodyme)
  7. Steel_plate (tôle d’acier plus épaisse qui aide à maintenir les aimants dans leurs logements)
  8. Adhésif double faces

Impression :

Les pièces (1) et (3) doivent être imprimées en matériau flexible TPE (dureté Shore 85A environ). La pièce (2) peut être imprimée en PLA ou ABS ou tout autre matière rigide. Les pièces (4) peuvent être imprimées en matière semi-rigide (TPU shore 95A par exemple) ou rigide (ABS, PLA, Nylon, PETG…).

Aimants et plaques acier :

Les aimants (6) sont des aimants néodyme de dimension 5x10x20mm. J’ai utilisé ceux-ci . Si vous souhaitez utiliser des aimants légèrement différents vous pouvez modifier les dimensions dans le modèle Onshape, dans l’onglet « base_someone » à partir de l’esquisse « Magnet_places ». Notez que des modifications plus importantes (remplacer par un aimant disque par exemple) sont possibles mais nécessiteront peut-être des modifications plus profondes car certaines entités construites s’appuient sur les bords des logements d’aimants rectangulaires). La steel_sheet et la steel_plate sont des plaques d’acier magnétique (pas inox par exemple) qui peuvent être découpées avec une cisaille manuelle. La force de maintien magnétique des aimants étant directement liée à l’épaisseur de la plaque utilisée, il est conseillé que la steel_sheet (qui constitue la liaison devant être séparable aisément) soit plus fine que la steel_plate (qui maintient les aimants en place dans l’emboîture). J’ai utilisé une plaque de 0.8mm d’épaisseur pour la steel_plate (un morceau de plaque de cuisson de four, trouvé dans une décheterie), et environ 0.35mm pour la steel_sheet (découpé dans une boîte de Ricoré (!)). Afin d’assurer un maintien efficace des aimants dans leurs logements, on peut compléter l’action magnétique de la steel_plate par du ruban adhésif double faces mince placé autour de chaque aimant, au contact du magnet_container (une colle restant souple doit aussi pouvoir être utilisée).

Tissu de confort :

Afin d’assurer un maintien ferme mais confortable de l’emboîture sur la main, j’utilise un tissu ou une mousse, de 3mm d’épaisseur environ. L’utilisation d’une épaisseur différente peut nécessiter de modifier la variable #Hand_gap dans le studio « socket_someone ». Certains makers utilisent une feuille de mousse EVA, facile à trouver en magasin d’art créatifs, d’autres utilisent du néoprène (trouvé en magasins de sport au rayon plongée je crois), personnellement j’utilise du « tissu 3D » dont un ami orthopédiste m’a fourni quelques chutes. Ce tissu dispose d’une couche en éponge agréable au toucher et qui absorbe bien la transpiration. Je n’ai malheureusement pas encore trouvé de fournisseur qui en vendrait en faible quantité à un particulier L. Afin de préparer un « gant » en tissus qui fera l‘interface entre la main et emboîture, j’imprime un modèle de la main en PLA, puis j’enroule et je découpe puis couds le tissu sur ce modèle. On obtient ainsi un gant parfaitement adapté, qui couvrira bien la main sans faire de pli.

Utilisation du modèle de main imprimée pour la préparation du gant en tissu 3D.

Résultat en mode porte-fourchette

La fourchette positionnée « au dessus » de la main nous avait inquiété un peu, même si cette configuration avait été demandée par la bénéficiaire lors d’une réunion préalable. Mais finalement, elle adopte l’outil dès les premières secondes. Le geste lui semble naturel.

 

Perspectives complémentaires…

Une construction similaire, sur la même base de socket fusionné avec un autre objet, devrait permettre d’adapter divers outils spécifiques dédiés à certaines activités. Jetons quelques idées (liste à étendre selon les besoins !) :

  • Un support de stylo (voir ci-dessous),
  • Un clip semi-rigide prévu pour se clipser sur un guidon de vélo afin d’avoir un bon maintien tout en assurant une extraction facile en cas de chute (voir ci-dessous),
  • Un clip similaire mais avec une autre orientation pour tenir un bâton de marche,
  • Un support de roulette à pizza (merci Thierry pour la suggestion),
  • Une fourche-pince sans articulation mais légèrement flexible permettant de tenir un jeu de cartes,
  • … ?

Il s’agit donc de modéliser divers outils, puis de les fusionner avec une « socket » adaptée pour la personne concernée. Les modèles ci-dessous sont entièrement imprimés en TPE (Ninjaflex en l’occurrence) et sont dimensionnés pour laisser la place à 3mm de tissus3D entre la main et l’emboîture, ceci pour un confort maximum.

Support de stylo

Clip de guidon

Support de stylos avec son ensemble de manchons

Clip pour tenir un guidon de vélo.

Résultat en mode porte-stylo

Le premier essai avec un stylo a laissé la bénéficiaire hésitante et mal-habile pendant 30 secondes, l’écriture était difficile. Puis nous avons changé de stylo, pour un modèle muni d’une pointe glissant mieux sur le papier… et le système fut adopté à une vitesse impressionnante, amenant une dextérité que nous n’avions pas espérée (voir la vidéo ci-dessous). Depuis, cette personne a retrouvé un emploi, dans lequel elle a besoin de prendre des notes à la main, ce qui est finalement plus simple pour elle que d’utiliser un clavier !

Porte-stylo en action (voir vidéo ci-dessous)

Pourquoi team Gre-nable utilise Onshape

Pourquoi team Gre-nable utilise Onshape

9 Juin, 2018 | Texte en français, Tuto technique

Comme la plupart d’entre nous, makers de la communauté e-Nable, nous ne sommes pas des professionnels de la conception mécanique, et nous sommes amenés à apprendre la méthodologie de conception et les outils de CAO associés, du mieux possible pour faciliter la courbe d’apprentissage, nous recherchons les outils les plus simples à appréhender tout en étant des outils puissants.

En lisant les articles publiés sur les réseaux sociaux, beaucoup de makers utilisent des logiciels de facture professionnelle qui offre des versions ou accès gratuits aux makers.

En ce qui nous concerne, nous avons testé de nombreuses solutions jusqu’à ce qu’une unanimité soit réalisée autour d’une solution qui convenait à toute l’équipe. A l’origine de notre passion pour la fabrication de mains, nous avons utilisés des logiciels libres comme Openscad, freecad, des versions éducations de Solidworks, ou des versions gratuites de produits commerciaux comme Autodesk 123Design ou Autodesk Fusion 360.

Chaque logiciel a ses propres points forts et faiblesses, mais tous présentent les mêmes contraintes (de notre point de vue):

  • Des upgrades de licence régulières à installer (avec ses lots de nouveaux bugs)
  • Nos machines n’ont pas toujours la puissance nécessaire pour les servir
  • Besoin en capacité disque toujours en augmentation
  • Évidemment de nouveaux crashes, des écrans bleus, ou écran blanc de la mort ….
  • Des fichiers de plus en plus volumineux à échanger entre nous
  • et souvent, pas de possibilité de travail collaboratif pour construire un projet en groupe (notre mantra).

Il n’y a pas de solution miracle en informatique, mais on peut s’approcher d’une solution ayant toutes le fonctionnalités qui vont rendre notre vie de makers plus facile tout en apportant de nouveaux challenges.

Depuis plus d’un an, team Gre-nable.fr et les amis utilisent une application en ligne du nom de : Onshape (accessible @ Onshape.com). C’est une application web, necessitant uniqument un navigateur (tous les principaux l’acceptent), de qualité professionnelle, avec toutes les fonctionnalités qui permettent de modéliser des prothèses en travail collaboratif. Les étudiants de l’INP de Grenoble l’utilisent d’ailleurs pour modéliser leurs projets de fin de scolarité.

Sans mercantilisme, je vais paraphraser les 8 points forts mis en avant par le marketing d’Onshape parce que je suis en plein accord avec ces arguments qui résument parfaitement pourquoi nous l’avons choisi comme outil banalisé de nos projets.

8 raisons d’utiliser Onshape :

  1. Onshape est AGNOSTIQUE – c’est une application CAO basée dans le cloud, donc elle est accessible à partir d’Android, d’iOS, de Microsoft Windows, d’Apple MacOS et de Linux – avec des webapps pour smartphones et tablettes, et les navigateurs des desktops. finie la galère des super applications qui existent sous Windows et pas sous MacOS !!
  2. APPLICATIONS & UPDATES – Finies les mises à jour régulières qui crashent parce que votre système n’est jamais aussi parfait que celui de l’éditeur, ou parce que la release mise ne ligne à l’arrache, n’a pas été testée assez longtemps pour être déboguée. Tout le monde a eut cette expérience et en a souffert! Onshape.com met en ligne de nouvelles fonctionnalités chaque mois et c’est transparent pour l’utilisateur.
  3. DÉVELOPPEMENT COLLABORATIF – Les membres d’une équipe peuvent instantanément communiquer au sujet de leurs modifications apportées au projet commun et bénéficier en temps réel des mises à jour du design. Il n’y a pas de limite au nombre de membres connectés au même instant sur le projet. En échange d’une utilisation gratuite, tous les projets réalisés seront publics, ce qui n’est pas une contrainte dans notre esprit d’Open Source. Nous sommes très intéressés pour que d’autres développeurs e-nable nous rejoignent pour partager encore plus de projets ou participent à l’amélioration de nos réalisations.
  4. GESTION DU COUT – L’époque où l’on achetait constamment des ordinateurs plus puissants, plus d’espace disque, plus de mémoires est révolu. Nous avons juste besoin d’une bonne connexion à Internet (aDSL est suffisant),  d’une carte graphique adaptée et d’un système d’exploitation proprement installé. Avantage indéniable de la solution en ligne : plus besoin d’effectuer des sauvegardes de l’application et des projets.
  5. MOBILITE – Ce n’est pas primordial pour nous qui travaillons le plus souvent depuis chez nous, mais la mobilité c’est également accéder au projet en cours depuis un smartphone ou une tablette.  Cette accès multiple est utile en déplacement comme sur un salon, pour montrer l’état d’avancement d’un projet, pendant un séminaire ou une présentation dans une Makerfaire.
  6. EVOLUTIVITE – Ce critère n’a pas d’importance pour nous, utilisateurs de la licence gratuite. les pros peuvent adapter la puissance nécessaire à leur licence surtout pour faire du rendering.
  7. SECURITE – Nous déléguons à la société la tâche de sauvegarder en permanence les projets en cours. Les développements sont journalisés ainsi il est toujours possibles de revenir à une version précédente. Pour ne pas écraser des versions intermédiaires, le concept de versions et de branches est très sophistiqué tut en restant simple d’usage.
  8. SIMPLICITE – L’application est entièrement basée sur un meta langage de scripting  ‘featured script’ ainsi les plus talentueux d’entre nous seront capables d’automatiser des tâches répétitives en éditant leurs propres scripts. Les primitives de base sont relativement simples accompagnées de nombreux tutoriaux disponibles sur Youtube. Ne pas omettre qu’une communauté importante d’utilisateurs se retrouvent sur le forum pour aider qui est en difficulté.

Bine sûr j’ai considéré les arguments pour et contre !

CONTRE #1 : A ce jour, on peut considérer que Onshape est encore jeune et n’est pas aussi riche que Solidworks ou Fusion360. Un exemple, nous utilisons Fusion360 pour transformer des volumes en Quad mesh vers des TSplines, qui seront ensuite importés Onshape (voir notre article : « Adapter une emboiture pour une prothèse« )

CONTRE #2 : Onshape est réputé « secure in the cloud ». Ce sera vrai aussi longtemps que la société existera ou sera indépendante (non absorbée par un concurrent). La compagnie est solidement financée et durera aussi longtemps que moi ! en tout cas ce risque est moindre que celui que nous avons expérimenté tout au long de notre vie de makers pendant laquelle nos disques se sont crashés, les OS ont du être réinstallés en perdant l’existant ….

En définitive, les arguments contre n’ont pas changé mon avis et notre choix.

A cet instant, on pourrait penser que j’ai des intérêts à pousser Onshape. Et bien non, je suis juste enthousiaste en utilisant cet outil puissant et gratuit, en espérant que d’autres makers seront enclins à essayer cette solution de CAO. Les meilleurs arguments pour comprendre ce qu’Onshape peut nous apporter : apprécier les projets que nous avons réalisés grâce à Onshape.

Tous nos designs sont libres de droits, disponibles pour la copie et les modifications (sur votre copie personnelle dans votre espace Onshape) et pourront être partagés par d’autres makers.

Comment obtenir un compte ? Rien n’est plus simple : créez votre compte avec un minimum de données personnelles (réelles ou d’avatars) à partir de la page d’accueil (www.onshape.com). Le marketing d’Onshape ne nous abreuve pas d’emails pour passer en version PRO. Vous serez régulièrement informé des nouvelles fonctionnalités (une fois par mois) et invité à des webinars gratuits …

L’équipe fondatrice d’Onshape est issue de vétérans de la CAO, notamment les fondateurs de Solidworks (une référence).

Pour trouver nos projets, il faut se loguer à : https://cad.onshape.com avec les indicatifs  de votre compte et rechercher dans l’espace Public avec des mots clés.

Par exemple pour trouver le projet définiasant la Version 3 de notre imprimante, il suffit d’entrer le mot clé  “LOGresse”. Résultat: une vingtaine de Logresses, beau succès. Pour être certain de copier l’original, il faut choisir le projet indiqué comme main (original), tandis que les autres seront des variantes intégrant de nouvelles pièces ou des modification intéressantes.

Sans copier le projet, vous pouvez visiter le projet, visualiser les ‘Part Studio’ et ‘Assembly’ mais pour lire les scripts, il faudra créer un ecopie du projet dans votre espace. Une fois copié, le projet est votre,avec un contrôle à 100% sur chaque élément et chaque primitive CAO. Vous aurez la possibilité de téléverser les fichiers STL des pièces à imprimer et les DXF de celles que vous découperez.

Pour trouver les projets de nos prothèses, les mots clés sont publiés chaque fois dans les articles du blog qui les décrivent.

A bientôt en chat sur Onshape.

Wrist Lock System : Soulager la flexion du poignet

Wrist Lock System : Soulager la flexion du poignet

29 Mai, 2018 | Main, Prothèse, Texte en français, Tuto technique

Expression du besoin:

Par essence, la tenue d’un objet dans une main e-nable (Raptor ou Phoenix) est assurée par la position abaissée du carpe du porteur de prothèse. Nous avions identifié que cette pression vers le bas, nécessaire pour maintenir la main en tension pouvait être fatigante au bout d’un certain temps.

Lors du retour d’expérience après la livraison de notre main pour Nathalie (voir le post), il était évident qu’il fallait trouver une solution pour soulager les muscles de la main appareillée.
Nathalie est une adulte ayant subi une amputation de sa main droite (au-dessus de son poignet) suite à la contraction d’une maladie nosocomiale. Après avoir contacté E-nable, elle a été équipée par une première prothèse à sa mesure. Cependant, l’utilisation récurrente et prolongée de sa prothèse – pour tenir des couverts, son sac à main, ou faire du vélo – génère une fatigue musculaire importante.

Le besoin / la démarche :

Il est donc nécessaire que la prothèse puisse garder la main verrouillée sans que cela n’entraine la contraction prolongée du poignet. En outre, cela ne doit pas l’encombrer davantage ou ajouter du poids et rester facile d’utilisation.

Différentes solutions furent envisagées pour maintenir les câbles de tension des doigts bloqués en traction sans réellement être convaincantes. La problématique fut inversée en cherchant comment la main pouvait être en position abaissée (et stable) sans besoin de maintenir l’effort de flexion du poignet. C’est ainsi qu’un schéma de principe a été validé, suivi d’un « proof of concept » (POC) réalisé hors du contexte paume-gauntlet.

Idée de base pour le maintien d’un main en tension, avec une roue dentée et un cliquet.

Pour valider l’idée, un proof of concept a été rapidement conçu en CAO et imprimée dans le week-end. La paume et le gauntlet sont simulés par les sous ensembles imprimés en bleu.

Proof of concept, tout en impression avec du PLA

Toute la CAO est réalisée avec l’application en ligne « OnShape » pour les nombreux avantages énumérés ici.

Design : Première version

Le POC ayant démontré la validé du concept, par itérations successives, nous nous sommes donc inspirés du système de roue à rochets pour arriver à cette première version :

Première version du « Wrist lock». A gauche en position ouverte. A droite en position fermée

 

Design

Côté cinématique : la came du levier, comme dans la version finale, permet de relever le cliquet vers la position ouverte quand le levier est basculé à droite. La came se positionne alors dans un indent dessiné sur le cliquet. Le ressort flex, imprimé en filament Ninjaflex, est comprimé, pour verrouiller la position ouverte. Quand le levier est basculé à gauche, le ressort se détend et abaisse le cliquet. Il maintient également le contact entre le cliquet et la roue dentée lors de la rotation du poignet, en se comprimant et se relâchant alternativement.

Côté matériau, nous avons commencé par des tentatives d’impression des roues dentées et cliquets en PLA et iGlidur (IGUS), puis finalement les risques d’usure nous ont amené à considérer d’utiliser des pièces en métal (Alu/Acier) pour supporter les efforts générés par un adulte (typiquement, les vis auto-perforantes utilisées pour fixer la roue dentée dans la paume ont rapidement pris du jeu et ont été remplacées par deux vis-écrous). Elles se déforment trop quand elles sont imprimées avec du filament classique (PLA, ABS, PETG). De plus, les dents de la roue dentée et la pointe du cliquet présentent une usure rapide sous l’action des efforts à chaque passage de dent. La roue dentée a été achetée chez un spécialiste et le cliquet a été usiné en interne avec une CNC DIY d’un camarade de notre hackerspace. Néanmoins, les efforts étant sensiblement réduits par les modifications présentées plus loin, un « wrist lock system » complètement imprimé en 3D serait peut-être envisageable pour un enfant.

Observations après impression et assemblage

Après assemblage, le système tel qu’imaginé fonctionne sans encombre. Cependant, nous avons pu observer que le ressort flex commençait à se plastifier (rester déformé après avoir été comprimé), surtout à cause de la position ouverte, qui le comprime de façon prolongée. De même, la came, en plastique, s’use rapidement au passage de l’indent, en métal.

Il faut alors repenser ces deux éléments pour fabriquer un système pérenne. L’objectif est d’éviter l’usure de la came et la perte d’élasticité du ressort.

Seconde version

Pour la seconde version, l’introduction d’un ressort de torsion permet de résoudre les deux inconvénients observés dans la première version :

Seconde version du « Wrist lock system ». A gauche, la came et le ressort flex sont remplacées par un ressort de torsion. Ce ressort relie le levier au cliquet. Il abaisse le cliquet et le maintient en contact avec la roue dentée quand le levier est basculé en position fermée. Il relève également le cliquet quand le levier est basculé en position ouverte. A droite, ce ressort a été dessiné sous Onshape avec la fonction Helix.

Design

Nous nous sommes d’abord attaqués au problème d’usure de la came. Cette usure provient du frottement entre la came du levier et l’indent du cliquet, nécessaire pour passer le levier de la position fermée à ouverte. Ces deux éléments ont donc été supprimés au profit d’un ressort de torsion. Celui-ci est imprimé avec le levier et s’emboite dans le cliquet. Ainsi, les deux pièces sont reliées et le cliquet peut passer de la position fermée à ouvert quand le levier est basculé à droite, sous l’action de ce ressort.

Ensuite, quand le levier est basculé à gauche vers la position fermée, le ressort entraine aussi le cliquet. De même, il maintien le cliquet en contact avec la roue dentée pendant la rotation du poignet. La partie basse du cliquet de la version #1 n’est plus utile et est donc supprimé.

Le gros atout de ce ressort de torsion en comparaison du ressort de compression précédent est que, grâce au mouvement de son point d’accroche sous le levier, il génère des efforts très faibles, vers le haut pour maintenir le cliquet hors de la roue en position ouverte, et vers le bas pour ramener le cliquet en appui sur la roue en position fermée. Ces efforts faibles limitent les risques de rupture et d’usure dans toutes les situations.

Observations après impression et assemblage

Après assemblage, le système tel qu’imaginé fonctionne à nouveau sans encombre. Cependant, nous nous sommes rendu compte que le ressort ne génère pas assez d’effort pour relever le cliquet quand celui-ci est en appui « sous une dent » de la roue dentée. De même, en position fermée, lors de la rotation du poignet, la roue dentée touche le ressort et l’abîme.
Il faut alors apporter quelques ajustements finaux.

Version finale et finitions

Dans sa version finale, les positions des cliquet et levier sont éloignées de la roue dentée de quelques millimètres pour éviter le contact en le ressort et la roue dentée. La came de la version #1 est également réintroduite pour aider à relever le cliquet (l’extraire des dents de la roue) quand le levier passe en position ouverte. Le ressort de torsion prend alors le relais pour conserver cette position :

Version finale du « Wrist lock system ». La came est réintroduite mais cette fois uniquement pour relever le cliquet de la position fermée à ouverte. Le ressort de torsion verrouille ensuite la position ouverte pour ne pas user prématurément la came.

Après assemblage, cette version est adoptée.

Finitions

Une fois le design fonctionnel validé, deux finitions sont apportées :

  • Une rondelle sur la roue dentée pour protéger Nathalie de tout contact avec les dents
  • Un capot amovible pour ne laisser que le levier d’apparent.

Finitions apportées à la version finale du « wrist lock system ». A gauche : une protection pour éviter tout contact avec la roue dentée. A droite : un capot amovible pour ne laisser que le levier d’apparent.

Adapter une emboîture pour une prothèse

Adapter une emboîture pour une prothèse

23 Fév, 2018 | Texte en français, Tuto technique

Les makers e-Nable éprouvent de plus en plus souvent le besoin d’adapter une emboîture à la configuration particulière de la main d’un patient. On a de plus en plus accès à un « scanner 3D » pour numériser la main résiduelle ou le moignon, mais comment passer du résultat de cette numérisation 3D (en général un nuage de points ou au mieux un maillage difficilement exploitable) à un modèle volumique dont on pourra vraiment tirer parti en l’important dans notre logiciel de modélisation 3D pour faire des opérations booléennes nécessaires à la mise en place d’une emboîture confortable et efficace au sein d’une prothèse mécanique à câbles ? C’est ce que nous essayons d’aborder dans cette page.

Numérisation

Numérisation directe sur le patient

Numérisation en live

Nous avons utilisé à plusieurs reprises le scanner Artec EVA (ou son grand frère le modèle Spider) : outre son coût, il s’avère finalement mal adapté à cette démarche… il est de trop bonne qualité (!). En effet sa précision de mesure et sa résolution (< 1/10emm) tolèrent mal les petits mouvements et petites déformations de l’objet observé. Le résultat est un ensemble de nombreux morceaux de surfaces qui s’avèrent très difficiles à assembler pour l’obtention d’un modèle cohérent, lisse, sans trous… On y arrive après quelques heures de travail. Certains logiciels professionnels sont plus efficaces pour l’assemblage automatique des différents points de vue.

D’autres scanners 3D ont été testés depuis. Citons le iSense, associé à une tablette iPad, qui peut s’avérer intéressant pour ce type de situation. Son prix relativement abordable (au moins pour un Chapitre e-Nable, ou pour un FabLab, environ 700€ si on a déjà un iPad), sa mise en œuvre très simple, rapide et intuitive (pas besoin pour le patient de rester 15 minutes le bras levé, une minute devrait suffire), le résultat immédiat et complet (quasiment aucun travail nécessaire pour le post-traitement du nuage de points), tout cela compense finalement une précision assez mauvaise. Mais des erreurs dimensionnelles de l’ordre de 1 à 2mm sont-elles acceptables pour notre usage ? Il semble que oui. Le résultat sera de toute façon très lissé, simplifié, arrondi, et la distance que l’on va ajouter par la suite pour la mousse de confort compensera ces petites erreurs.

Un 3e modèle en cours de test est le scanner à lumière structurée HP (auparavant David je crois), qui est un intermédiaire en terme de tarif (environ 2000€, quand même), et semble donner de très bons résultats… sur la base d’un moulage, mais inadapté par contre à un scan direct sur une personne.

Passage par un moulage

Il s’avère que le moulage de la main résiduelle dans de l’alginate est une solution très efficace. Nous utilisons de l’alginate rose et suivons à peu près cette procédure . Les tests effectués avec de l’alginate blanc de qualité alimentaire se sont révélés moins concluants bien que fonctionnels, mais avec un temps de prise plus long… mais peut-être un mauvais dosage ?

L’intérêt du moulage est l’obtention d’un modèle positif de la main du patient, de très grande qualité. Ce modèle peut être scanné tranquillement en prenant le temps de faire les choses bien. On peut même recommencer certains parties de scan si nécessaire, le modèle ne se fatigue plus 🙂 On peut également positionner le positif à l’intérieur du gauntlet imprimé pour vérifier s’il est bien positionné, si le vide pour insérer un tissu d’isolation est suffisant.

Moulage main Juline

Scan d’un moulage avec iSense

 

Quel logiciel pour « nettoyer » le modèle numérique

Normalement, le logiciel fourni avec le scanner devrait permettre d’obtenir un modèle « STL » ou « OBJ » ou « PLY » qui sera propre, c’est à dire sans trous entre les triangles, sans triangles s’intersectant, etc. Dans le cas contraire, quelques logiciels de « nettoyage » de modèle peuvent être utilisés. Citons « Meshmixer », Netfabb, MeshLabb, etc… J’utilise souvent Meshmixer en particulier pour « fermer » la section du bras du patient. Si le modèle n’est pas fermé, Meshmixer permet de le faire en quelques clics avec la fonction « Edit / Plane Cut »: positionnez le plan de coupe, acceptez…

 

Résultat de scan non fermé

Fonction ‘Plane Cut’ de Meshmixer

Modèle ‘facettisé’ fermé, que l’on pourra transformer en volume

 

 

Impression directe du STL

Le modèle numérique peut être utilisé pour imprimer un modèle de la main du patient qui pourra servir à différentes étapes du processus. Par exemple pour placer dans la première prothèse imprimée et vérifier les dimensions, l’orientation du poignet, etc. Nous l’avons aussi utilisée pour préparer la « chaussette » qui couvrira l’intérieur de l’emboîture.

Transformation du maillage en forme CAO exploitable

Nous décrivons ici une procédure ne mettant en œuvre que des outils logiciels gratuits. Même si le résultat est quelque peu imprécis au sens où les formes résultantes sont simplifiées par rapport au modèle original (on ne retrouvera pas les stries de la peau !) cette simplification peut être considérée comme un avantage pour l’usage que nous souhaitons faire du modèle résultant.
Les logiciels avec lesquels nous travaillerons ci-dessous sont :

  1. – Meshmixer
  2. – Instant Meshes[1]
  3. – Fusion 360 [2]
  4. – Onshape [3]

Oui, la liste est longue, mais nous aurons juste quelques clics à faire dans chaque logiciel. Il s’agit juste d’utiliser chacun pour ce qu’il sait faire vite et bien !

Prenons un exemple, partons d’un maillage issus d’un moulage de main ayant subi une amputation des doigts et d’une partie de la paume.

Du scan3D à un « maillage quadrangles »

Les opérations sont les suivantes pour cette procédure :

  1. exporter le maillage au format OBJ. Le propriétaire du scanner 3D doit pouvoir générer du obj, si non si on a un STL au départ, on peut par exemple l’ouvrir avec Meshmixer, et faire « Export… »
  2. ouvrir avec le logiciel Instant Meshes en cliquant sur « Open mesh ».
  3. Sélectionner « Remesh as Quads (4/4) / Extrinsic »
  4. Si besoin activer l’option « Sharp creases » mais dans le cadre de nos formes « organiques » je préfère éviter cette option
  5. Régler si besoin le « Target vertex count », disons entre 800 et 2.2K, pour réduire la taille du maillage si votre objet de départ est « trop lourd ». Si non, laissez la valeur proposée par le logiciel.
  6. Cliquez sur Solve (de Orientation field)
  7. Cliquez sur Solve (de Position field).
  8. Cliquez sur « Export Mesh / Extract Mesh / Save » pour enregistrer ce maillage quadrangles au format obj.

Le résultat est un maillage principalement constitué de quadrangles.

 

Maillage issu du scanner (visualisé ici dans MeshMixer)

Processus pour générer un maillage « quads » dans Instant Meshes.

 

 

Génération d’un modèle « TSplines »

Je passe ensuite dans Fusion360.

  1. Dans le menu « CREATE » : Create Mesh
  2. Autre menu « CREATE » : Insert Mesh, et sélectionner le fichier quads issu de Instant Meshes. Notez que les facettes peuvent être un peu anguleuses, aux raccords.
  3. « FINISH MESH » permet de revenir dans le Workspace MODEL.
  4. Etape importante : Faire un clic droit sur le haut de l’arborescence « (Unsaved) » et en bas de liste : »Do not capture Design History« , puis « Continue » pour valider.
  5. Dérouler la liste des « Bodies » dans l’arborescence, faire un clic droit sur le nom de votre modèle quad puis sélectionner « Convert ».
  6. Vérifier « Convert Type » vaut « Quad Mesh to T-Splines » et valider. –> Le résultat doit être un modèle surfacique continu et lisse, basé sur des petits carreaux quadrangulaires (et quelques triangles). Vous avez un Body supplémentaire dans l’arborescence.

Possibilité de modifier les formes[modifier]

Il est utile de noter ici que des modifications locales sur la forme peuvent être effectuées. Prenons un exemple… supposons que l’on souhaite gonfler le modèle pour faire un peu de place pour un bourgeon de pouce sur le côté de la future emboiture.

  1. Activez le Workspace « Sculpt »,
  2. Sélectionner les carreaux que vous souhaitez étirer (touche Ctrl si besoin)
  3. Clic droit « Edit Form ».
  4. Déplacez et étirez la forme en utilisant les divers manipulateurs (déplacement sur une direction, dans un plan, rotation, scale…). La fenêtre « EDIT FORM » donne accès à de nombreuses options.
  5. Validez

Génération d’un modèle CAO volumique exploitable

Il reste à transformer ce modèle « TSplines » en un modèle de surfaces fermées « B-Rep » plus classique qui sera reconnu par votre logiciel de CAO habituel.

  1. Clic droit sur le nouveau « Body » dans l’arborescence
  2. Convert : « T-Splines to BRep »
  3. Un nouveau Body apparaît dans l’arborescence, et un nouvel objet dans la zone graphique. (Notez que j’ai déplacé les objets pour clarifier les copies d’écrans ci-dessous !)
  4. Supprimer les Bodies autres que le BRep que l’on veut conserver (on pourra toujours faire « Undo » ensuite si on veut les retrouver)
  5. File / Export : donner un nom et enregistrer au format STEP
  6. Undo pour récupérer le modèle TSplines détruit juste avant
  7. Enregistrez votre projet Fusion 360 si vous souhaitez pouvoir y revenir par la suite (corriger certaines formes si besoin en repartant du modèle TSplines par exemple)

 

Quad to TSplines

Quads TSplines BRep

 

 

Création d’une emboîture adaptée

Le fichier STEP généré à l’étape précédente est normalement utilisable dans la plupart des logiciels de modélisation 3D. Si la surface frontière est cohérente, elle définit un volume de matière sur lequel toutes les opérations de modification volumiques seront possibles. Nous avons choisi ici de travailler avec Onshape pour ses possibilités de travail collaboratif (plusieurs personnes peuvent travailler simultanément sur un même modèle partagé). Une fois votre login créé sur le site Onshape, vous avez accès à toute une série de tutos très bien faits, et les forums comme les développeurs sont très réactifs aux questions. (ceci dit je n’ai aucune action chez Onshape, Fusion 360 semble aussi un excellent logiciel possible pour la communauté e-Nable!). Je décris ci-dessous la démarche globale, sans entrer dans les détails clic par clic… Si besoin copiez et ouvrez le modèle que j’ai utilisé : e-Nable_demo_adaptation_emboiture_PM, Vous pourrez analyser en détails la suite des opérations et paramètres utilisés. Notez qu’un tuto plus détaillé pour la construction de l’emboiture est en cours de rédaction et sera prochainement disponible sur ce blog.

  1. Lancez le logiciel à partir de https://cad.onshape.com
  2. Créez un nouveau Document
  3. En bas à gauche de l’écran, ‘+’ Import : importez le fichier BRep format STEP créé précédemment. Il se charge dans un nouveau « Part Studio » (onglet dans Onshape)
  4. Passer dans ce nouveau Part Studio qui porte le nom de votre fichier
  5. Je crée un plan et utilise la fonction « Split » pour séparer la zone que je souhaite conserver. Je renomme les deux « Parts » obtenues en « main » et « bras ».
  6. Je crée une copie (par Transform / Copy in place) de la main pour conserver sa forme originale. Je nomme la copie « emboiture », c’est sur ce modèle que je vais travailler.
  7. Une sélection par rectangle permet de prendre toutes les surfaces de la main, puis de dé-sélectionner la face de jonction avec le bras (juste un clic supplémentaire sur cette surface).
  8. La fonction « Move face » permet d’augmenter la forme d’un décalage constant (contrairement à un facteur d’échelle qui ne donnerait pas un décalage constant). Je choisis de gonfler la forme de 5mm.
  9. La fonction « Shell » permet alors de creuser la forme pour obtenir l’emboiture souhaitée. Sélectionner la face à creuser et l’épaisseur souhaitée. Je choisis une épaisseur de 2mm, ce qui laisse 3mm autour de la main d’origine pour placer la mousse de confort. Les dernières images ci-dessous présentent le résultat.

 

 

Sélection des surfaces à décaler : toutes sauf la face de jonction avec le bras

Gonflement pour création de l’épaisseur totale

Création de la coque

Emboîture finale autour de la main.

Vue selon 2 plans de coupe

 

Le modèle Onshape et la démarche de cet exemple sont disponibles ici.

 

Finitions de l’interface

Notons que les patients avec qui nous avons travaillé apprécient que ces emboîtures soient imprimées en matériau flexible, et drapées de « tissus3D » ou de « néoprène », d’épaisseur 3mm. Ils obtiennent à la fois un bon maintien, sans jeu, donc une bonne efficacité de manipulation du mécanisme de la prothèse, et un bon confort à l’usage.

Dans le cas de Nathalie, plusieurs propositions d’emboîtures ont pu être faites, et Nathalie s’est prêtée à une séance d’essayage. Divers matériaux (Filaflex, Ninjaflex, FlexiSmart), diverse formes (+/- larges à l’ouverture, ajourées, certaines déjà intégrées dans une forme préfigurant la position des articulation des doigts…) ont été testés pour aboutir à une validation du principe, du jeu de 3mm avec le tissus 3D à l’interface, dans une forme de 2mm d’épaisseur, imprimée en NinjaFlex (modèle noir sur les photos ci-dessous).

 

Une emboîture séparable en 2 parties, le modèle de main imprimée, et le tissus d’interface grossièrement découpé.

Séance d’essayage d’emboîtures

La plus confortable en ninja Flex

Utilisation du modèle de main imprimée pour la préparation de la chaussette en tissus 3D.

 

Quels usages pour ce type d’emboiture ?

Intégration dans une prothèse

Lorsque la main résiduelle présente des spécificités de forme (paume très courte par rapport au poignet par exemple) ou de sensibilité cutanée, il peut être important voire indispensable d’adapter une emboîture sans jeu, qui minimise les frottements, maximise le confort et l’efficacité de transmission des mouvements du poignet.

La première prothèse livrée à Nathalie a été construite autour de ce genre d’emboîture. Nous avons profité de cette démarche pour reconstruire une prothèse « from scratch ». Cette prothèse présente les caractéristiques suivantes :

  1. Le principe des élastiques dentaires de la Phoenix est conservé pour les 4 doigts, mais intégrés et quasiment invisibles.
  2. Le pouce est dans le plan de la main en position de repos, et en opposition dès que nécessaire. Avec un rappel par ressort de torsion (ressort DIY bobiné en corde à piano)
  3. La prothèse a été construite autour de l’emboîture de Nathalie
  4. Les passages de tendons contournent l’emboîture de la manière la plus « douce » possible et tous ces tuyaux sont tubés en PTFE, pour minimiser les frottements.
  5. Les bouts de doigts sont imprimés en Flex et clippés sur la dernière phalange, et couverts de PlastiDIP, comme la paume.

Notons un inconvénient majeur de l’impression de la paume de prothèse en flex : elle se déforme sous la tension des câbles. Il a donc été nécessaire d’ajouter une partie (arceau) imprimé en PLA rigide, sur le dessus du poignet. La prochaine version sera imprimée de même, en position verticale, en commençant par du PLA rigide et en passant au flex après 2cm environ (pour que seule la zone arceau soit rigide).

 

Préparation de la prothèse de Nathalie. La paume est imprimée en flex couleur chair (FFFworld).

Mise en place du tissus 3D dans l’emboîture.

Main devant la prothèse

La main dans la prothèse

 

Main Nathalie release V1 (sans raidisseur)

Dans le mouvement du poignet, la pièce flexible se déforme et les tendons viennent en contact avec la peau 🙁

 

Vue de la prothèse avec emboîture intégrée, côté dos.

Vue de la prothèse avec emboîture intégrée, côté paume

 

Arceau raidisseur supportant la tension des câbles.

Nathalie relase1.1 (avec raidisseur)

 

Adaptation d’outils spécifiques

Un autre usage plus simple est l’adaptation de support pour des outils variés. Notez que les propositions ci-dessous n’ont pas encore été testées ni donc validées !! Les images suivantes présentent:

  1. Un support de stylo,
  2. Un support de couverts ou adaptable pour d’autres outils.

Le support de stylo est muni de manchons d’adaptation à divers diamètres.
Le support « fourchette » est déboitable et orientable : moyennant la combinaison d’un assemblage en étoile (hexagone) auquel s’ajoute un pentagone ou un décagone, une orientation du support par incréments de 12° est possible, ce qui devrait laisser une grande liberté de positionnement à l’utilisateur(trice). L’assemblage en étoile est inspiré de celui proposé par HavenLabs. Tous les éléments sont à imprimer en Flex sauf la pièce grise de liaison qui doit être rigide.

 

Support de stylo et ses manchons

 

Support de couverts

 

Assemblage 60°

 

Assemblage pentagone

 

Version décagone pour le deuxième emboîtement

 

Pentagone modifié pour faciliter l’impression + hexagone renforcé au maintien très efficace.

 

 


La combinaison d’hexagone et pentagone (60° et 72°) permet un réglage de position angulaire avec un incrément de 12°.
 

 

 

Une version avec assemblage par aimants néodymes est aussi en cours de tests.

Ces modèles peuvent être retrouvés sur Onshape: 
Nathalie_e-Nable_MultiToolHolder_PM 
(Attention, work is still in progress !!)

Notes

Instant Meshes : Source GitHub, en bas de page vous trouverez les « Pre-compiled binaries » à télécharger
Fusion 360 : Free for hobbyist/startup/education.
Onshape ne nécessite pas d’installation. Il fonctionne « en ligne » dans un navigateur web. Il est gratuit dès que l’on accepte que les modèles manipulés soient publiquement visibles et copiables, ce qui est parfait pour le partage de modèles dans une communauté telle que e-Nable.