Desarrollo de Modelos Biomecánicos mediante Diseño y Fabricación Digital

Descripción del Programa

La biomecánica constituye un campo interdisciplinario que permite comprender las relaciones entre estructura, movimiento y función en los sistemas biológicos, integrando conocimientos provenientes de la anatomía, la física, la ingeniería, el diseño y los factores humanos. Su aplicación resulta relevante para profesionales vinculados al diseño de productos y servicios, salud, rehabilitación, investigación, educación, desarrollo tecnológico y fabricación de prototipos.

En este contexto, el programa propone abordar el desarrollo de modelos biomecánicos desde una perspectiva aplicada, articulando el análisis de la estructura corporal y funcional con el estudio cinemático del movimiento, su representación tridimensional y su posterior fabricación mediante tecnologías de impresión 3D.

El programa busca aportar herramientas metodológicas para transformar la observación y análisis de un fenómeno biomecánico en un modelo tridimensional capaz de representar sus principales características estructurales y de movimiento. De esta manera, responde a la necesidad de contar con recursos de representación, experimentación y prototipado que faciliten la comprensión, comunicación y evaluación de fenómenos biomecánicos en contextos profesionales y académicos.

La propuesta utiliza el modelado paramétrico y la fabricación digital como medios para materializar los resultados del análisis, permitiendo desarrollar modelos articulados y funcionales que puedan ser evaluados físicamente. La metodología online favorece el acceso a contenidos teóricos, análisis de casos, demostraciones y desarrollo progresivo del proyecto, mientras que la instancia presencial permite experimentar directamente los procesos de fabricación, ensamblaje y validación del modelo.

El programa se orienta especialmente a profesionales y trabajadores que requieran incorporar herramientas de análisis biomecánico, representación tridimensional y fabricación digital a sus ámbitos de desempeño, fortaleciendo capacidades para desarrollar modelos físicos como instrumentos de análisis, comunicación y experimentación.

Objetivo General

Al finalizar el programa, el estudiante será capaz de desarrollar un modelo biomecánico tridimensional funcional a partir del análisis de una estructura y su movimiento, aplicando principios de biomecánica y cinemática, herramientas de modelado paramétrico y procesos de fabricación digital.

Objetivos Específicos / Aprendizajes Esperados

Al finalizar cada módulo, el estudiante será capaz de:

Módulo 1
Analizar las características estructurales y funcionales de un sistema biomecánico, aplicando conceptos fundamentales de biomecánica y anatomía funcional para identificar sus componentes, relaciones y grados de libertad.

Módulo 2
Analizar cinemáticamente un movimiento biomecánico, identificando posición, trayectoria, desplazamiento, velocidad, aceleración, rangos articulares y relaciones entre segmentos para establecer las condiciones necesarias para su representación.

Módulo 3
Desarrollar un modelo tridimensional paramétrico de una estructura biomecánica, incorporando relaciones geométricas, articulaciones, grados de libertad y restricciones de movimiento definidas a partir del análisis biomecánico y cinemático.

Módulo 4
Fabricar un modelo biomecánico mediante impresión 3D, aplicando criterios de preparación, materialidad, fabricación, ensamblaje y evaluación funcional para verificar su correspondencia con la estructura y movimiento estudiados.

Dirigido a

El programa está dirigido a profesionales, técnicos y trabajadores de los sectores público, privado y académico vinculados con:

• Diseño industrial y desarrollo de productos.
• Diseño y desarrollo de soluciones centradas en las personas.
• Ergonomía y factores humanos.
• Kinesiología, rehabilitación y áreas de la salud.
• Terapia ocupacional.
• Medicina y tecnologías asociadas a la salud.
• Medicina veterinaria.
• Ingeniería y desarrollo tecnológico.
• Investigación y docencia.
• Laboratorios de fabricación digital y prototipado.
• Desarrollo de modelos, dispositivos y prototipos biomecánicos.

También resulta pertinente para profesionales que busquen incorporar herramientas de modelado tridimensional y fabricación digital para representar estructuras, mecanismos y fenómenos relacionados con el movimiento humano o animal.

Contenidos

Módulo 1 — Fundamentos de Biomecánica y Anatomía Funcional
Duración: 6 horas

• Introducción a la biomecánica.
• Conceptos fundamentales y terminología.
• Anatomía funcional aplicada.
• Relación entre estructura y función.
• Sistemas biomecánicos.
• Segmentos corporales y relaciones funcionales.
• Articulaciones y estructuras anatómicas.
• Planos y ejes anatómicos.
• Grados de libertad.
• Introducción al análisis del movimiento.
• Identificación de estructuras relevantes para el análisis.
• Selección y caracterización de un caso biomecánico.

Resultado del módulo:
Caracterización estructural y funcional del sistema biomecánico seleccionado.

Módulo 2 — Análisis Cinemático del Movimiento Biomecánico
Duración: 6 horas

• Introducción a la cinemática.
• Movimiento y desplazamiento.
• Posición y trayectoria.
• Velocidad y aceleración.
• Planos y ejes de movimiento.
• Ángulos y rangos articulares.
• Grados de libertad.
• Cadenas cinemáticas.
• Relaciones entre segmentos corporales.
• Movimiento articular.
• Restricciones y condiciones de movimiento.
• Descomposición de movimientos biomecánicos.
• Representación gráfica del movimiento.
• Identificación de variables relevantes para el modelado.

Resultado del módulo:
Análisis cinemático del movimiento seleccionado, identificando variables, rangos y condiciones necesarias para su posterior representación tridimensional.

Módulo 3 — Modelado Tridimensional y Representación del Movimiento
Duración: 6 horas

• Principios de representación tridimensional.
• Traducción del análisis biomecánico a geometría.
• Introducción al modelado paramétrico.
• Planos y bocetos.
• Generación y modificación de volúmenes.
• Desarrollo de componentes.
• Ensambles digitales.
• Relaciones entre piezas.
• Articulaciones y uniones.
• Restricciones geométricas y de movimiento.
• Incorporación de grados de libertad.
• Representación digital del movimiento.
• Preparación del modelo para fabricación.

Resultado del módulo:
Modelo tridimensional paramétrico y articulado capaz de representar las principales condiciones estructurales y cinemáticas del caso estudiado.

Módulo 4 — Fabricación Digital y Validación del Modelo Biomecánico
Duración: 6 horas

• Fundamentos de fabricación aditiva.
• Tecnologías de impresión 3D.
• Materiales y sus características.
• Preparación del modelo para impresión.
• Software de laminado.
• Parámetros básicos de impresión.
• Estrategias de fabricación.
• Fabricación del modelo.
• Postprocesamiento.
• Ensamblaje y ajuste.
• Evaluación del movimiento.
• Comparación entre el modelo y el fenómeno biomecánico estudiado.
• Identificación de errores y oportunidades de mejora.
• Presentación y comunicación del modelo.

Resultado del módulo:
Modelo biomecánico fabricado, ensamblado y evaluado funcionalmente mediante impresión 3D.

Requisitos de Postulación

• Manejo básico de computador y herramientas digitales.
• Disponibilidad de computador personal compatible con el software de modelado.
• Capacidad básica de comprensión espacial y representación tridimensional.
• Interés o experiencia relacionada con diseño, salud, biomecánica, movimiento, fabricación digital o desarrollo de prototipos.

Es deseable, pero no excluyente, contar con conocimientos previos de:

• Dibujo técnico.
• Modelado tridimensional.
• Diseño de productos.
• Anatomía o movimiento humano/animal.
• Fabricación digital.

No se requiere experiencia previa en impresión 3D.

Metodología

El programa utiliza una metodología teórico-práctica, aplicada y basada en el desarrollo progresivo de un proyecto, mediante el cual cada participante transforma un caso biomecánico en un modelo tridimensional fabricable y funcional. El proceso formativo se estructura en cinco etapas:

1. Comprender → 2. Analizar → 3. Representar → 4. Fabricar → 5. Validar

En los módulos iniciales se desarrollan contenidos conceptuales y ejercicios de análisis de estructuras y movimientos biomecánicos. Posteriormente, estos resultados se traducen a un modelo tridimensional mediante herramientas de modelado paramétrico.

Las sesiones online incorporan:

- Exposición de contenidos.
- Análisis de casos.
- Demostraciones técnicas.
- Ejercicios prácticos guiados.
- Revisión de avances.
- Desarrollo progresivo del proyecto.

La actividad presencial se concentra en el laboratorio de fabricación digital de la FAU y permite desarrollar el proceso de impresión 3D, postprocesamiento, ensamblaje, evaluación y validación del modelo.

La metodología busca que las herramientas digitales no sean un objetivo aislado, sino medios para materializar y validar un proceso de análisis biomecánico.

Evaluaciones

El proceso de evaluación considera instancias formativas y sumativas en cada módulo, orientadas a verificar el logro progresivo de los aprendizajes. Cada módulo contempla además actividades formativas de seguimiento, ejercicios prácticos y retroalimentación docente.

Criterios generales de aprobación

Nota mínima de aprobación: 4,0 en escala de 1,0 a 7,0.
Aprobación de todos los módulos.
Asistencia mínima: 75%.
Cumplimiento de las actividades y evaluaciones establecidas.

La evaluación final considera especialmente la capacidad del estudiante para establecer una relación coherente entre el análisis biomecánico, el movimiento, su representación tridimensional y el modelo físico fabricado.

Recursos y Requerimientos de Implementación

Para el desarrollo del programa se requiere:

• Computador personal de los participantes.
• Software de modelado tridimensional Autodesk Inventor 2026.
• Plataforma institucional para docencia online.
• Laboratorio de Fabricación Digital FAU.
• Impresora 3D.
• Materiales para impresión.
• Equipamiento básico de postprocesamiento.
• Elementos para ensamblaje y ajuste de modelos.

Cuerpo Académico

Claudio Mauricio Ribalta Pizarro
Máster en Ergonomía, Universidad Politécnica de Cataluña; Diseñador de Ambientes, Duoc UC – Pontificia Universidad Católica de Chile.

Cuenta con más de 10 años de experiencia como docente en Duoc UC, donde se desempeñó en las áreas de Diseño de Ambientes y Diseño Industrial. Desde hace cuatro años se desempeña como docente invitado de la Escuela de Diseño de la Facultad de Arquitectura y Urbanismo de la Universidad de Chile, desarrollando docencia en ergonomía y factores humanos, biomecánica, análisis del movimiento, impresión 3D y ergonomía aplicada al diseño. Su experiencia integra el estudio de la biomecánica, el movimiento humano y los factores humanos con herramientas de diseño, representación tridimensional y fabricación digital, aplicadas al desarrollo de modelos y prototipos para el análisis y comprensión de fenómenos biomecánicos.

Esteban Ramírez González
Magíster en Docencia Universitaria, Universidad Mayor; Diseñador Industrial, Universidad de Chile.

Profesor invitado de la Universidad de Chile y asistente de investigación. Cuenta con experiencia en modelado tridimensional, tecnologías CAD/CAM y fabricación digital aplicadas al desarrollo de modelos y prototipos. Su participación en el programa se orienta a la traducción de conceptos biomecánicos y cinemáticos en representaciones tridimensionales mediante herramientas de modelado paramétrico, desarrollo de componentes, ensambles, articulaciones y mecanismos de movimiento, así como en la preparación y fabricación de modelos mediante tecnologías de impresión 3D.