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Se muestra el diseño tridimensional del implante (CAD) y su simulación por elementos finitos (CAE) para analizar la distribución de tensiones y desplazamientos bajo carga. Los colores indican las zonas de mayor esfuerzo mecánico, lo que permite optimizar el diseño antes de su fabricación

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Los sistemas CAD-CAE-CAM juegan un rol esencial en el diseño y fabricación de dispositivos biomédicos personalizados, al permitir un flujo digital que optimiza precisión, tiempo y funcionalidad.

En la etapa de CAD, se modela digitalmente el dispositivo (por ejemplo, una prótesis o implante) basado en datos anatómicos del paciente.

Luego, con CAE (por ejemplo, análisis por elementos finitos) se simulan las cargas mecánicas y la distribución de tensiones que soportará el dispositivo.
Por ejemplo, Cantó-Navés et al. (2021) desarrollaron un modelo 3D de análisis de elementos finitos para evaluar las tensiones transferidas en implantes bajo fuerzas dinámicas. MDPI

Finalmente, usando CAM, se genera la estrategia de fabricación (impresión 3D, fresado CNC, etc.), ejecutando el dispositivo físico con la geometría optimizada.

Un estudio muestra cómo diferentes materiales para coronas CAD-CAM afectan la distribución de tensiones en restauraciones implantodentales: coronas con módulo elástico más alto disminuyen las tensiones en estructuras metálicas y hueso circundante. (Puengpaiboon et al., 2024)

Otro trabajo revisa los materiales dentales usados en sistemas CAD-CAM, evaluando propiedades mecánicas y aplicaciones clínicas: concluye que los materiales CAD-CAM actuales permiten restauraciones más precisas, estéticas y funcionales que los métodos tradicionales. (Rexhepi et al., 2023)

Además, en implantes cortos rehabilitados por coronas múltiples, un estudio biomecánico con análisis de elementos finitos evaluó diferentes diseños y longitudes bajo cargas oblicuas, mostrando cómo la configuración estructural influye en la distribución de esfuerzos. (Zupancic Cepic et al., 2022)

REFERENCIAS

Rexhepi, I., Santilli, M., D’Addazio, G., Tafuri, G., Manciocchi, E., Caputi, S., & Sinjari, B. (2023). Clinical applications and mechanical properties of CAD-CAM materials in restorative and prosthetic dentistry: a systematic review. Journal of Functional Biomaterials, 14(8), 431. https://doi.org/10.3390/jfb14080431

Cantó-Navés, O., Medina-Galvez, R., Marimon, X., Ferrer, M., Figueras-Álvarez, Ó., & Cabratosa-Termes, J. (2021). A 3D Finite Element Analysis Model of Single Implant-Supported Prosthesis under Dynamic Impact Loading for Evaluation of Stress in the Crown, Abutment and Cortical Bone Using Different Rehabilitation Materials. Materials, 14(13), 3519. https://doi.org/10.3390/ma14133519

Puengpaiboon, U., Rattanapan, N., Pasam, V. K., & Sukjamsri, C. (2024). Finite Element Analysis of Anterior Implant-Supported Restorations with Different CAD-CAM Restorative Materials. European Journal of Dentistry. https://doi.org/10.1055/s-0044-1785532

Cepic, L. Z., Frank, M., Reisinger, A., Pahr, D., Zechner, W., & Schedle, A. (2022). Biomechanical finite element analysis of short-implant-supported, 3-unit, fixed CAD/CAM prostheses in the posterior mandible. International Journal of Implant Dentistry, 8(1). https://doi.org/10.1186/s40729-022-00404-8

Nasello, G., Alamán-Díez, P., Schiavi, J., Pérez, M. Á., McNamara, L., & García-Aznar, J. M. (2020). Primary human osteoblasts cultured in a 3D microenvironment create a unique representative model of their differentiation into osteocytes. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.00336

FIGURES 1–3. FIGURE 1. Three-dimensional finite element models of. . . (n.d.). ResearchGate. https://www.researchgate.net/figure/FIGURES-1-3-FIGURE-1-Three-dimensional-finite-element-models-of-dental-implants-dental_fig1_271684052

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Figura 1. Flujo general de sistemas CAD-CAE-CAM en el proceso de diseño y fabricación. Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación. (2011). Introducción al flujo CAD-CAE-CAM [Imagen]. Slideserve. https://image.slideserve.com/185326/introducci-n-l.jpg

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Los sistemas CAD–CAE–CAM representan un flujo digital integrado que ha transformado el desarrollo de dispositivos biomédicos, al permitir diseñar, validar y fabricar componentes con alta precisión y adaptación anatómica. Estos sistemas no actúan de forma aislada, sino como una cadena iterativa que optimiza cada fase del ciclo de diseño, desde la modelación geométrica hasta la manufactura final.

En la etapa CAD (Computer-Aided Design), se generan modelos tridimensionales a partir de imágenes médicas (como TAC o RMN), permitiendo reproducir estructuras biológicas con exactitud. Esta etapa es esencial para el diseño de prótesis, implantes o andamios porosos con geometrías biomiméticas que favorecen la regeneración tisular (Liu et al., 2023).

Posteriormente, mediante CAE (Computer-Aided Engineering) se analizan los comportamientos mecánicos y biológicos de los modelos digitales, aplicando simulaciones por elementos finitos para evaluar tensiones, rigidez o difusión celular. Jiang et al. (2025) demostraron que este tipo de análisis permite predecir la respuesta estructural de andamios tridimensionales antes de su fabricación, asegurando propiedades óptimas de resistencia y compatibilidad celular.

Finalmente, CAM (Computer-Aided Manufacturing) traduce los diseños optimizados en procesos de manufactura física, como la impresión 3D, el sinterizado láser o el fresado CNC, con materiales biocompatibles como Ti6Al4V o polímeros biodegradables. Este flujo automatizado reduce errores humanos y asegura la reproducibilidad de los dispositivos, aspecto clave en la medicina personalizada (Tanveer et al., 2023).

La integración de estas tres herramientas no solo mejora la precisión y funcionalidad de los dispositivos, sino que también promueve una medicina más predictiva y eficiente. En estudios recientes, el uso combinado de CAD–CAE–CAM ha permitido optimizar simultáneamente la forma, porosidad y rigidez de estructuras óseas mediante algoritmos de optimización multiobjetivo, logrando un equilibrio entre desempeño mecánico y adaptación biológica (Foroughi et al., 2022).

En conjunto, estos sistemas favorecen la personalización, seguridad y sostenibilidad en la ingeniería biomédica moderna, reduciendo tiempos de desarrollo y fomentando innovaciones que integran análisis digital, fabricación avanzada y validación experimental.

REFERENCIAS

Foroughi, A. H., Arabnejad, S., & Pasini, D. (2022). Multi-objective shape optimization of bone scaffolds. https://doi.org/10.1016/j.actbio.2022.04.051

Jiang, C., Li, H., Wang, Y., & Zhang, X. (2025). Mechanical and biological properties of 3D-printed porous scaffolds. PubMed Central (PMC). 10.1186/s12903-025-06110-2

Liu, J., Zhang, X., Wang, C., & Li, Y. (2023). Ti6Al4V biomimetic scaffolds for bone tissue engineering. ScienceDirect Journal of Biomaterials Engineering. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112330

Tanveer, W., Ridwan-Pramana, A., Molinero-Mourelle, P., & Forouzanfar, T. (2023). Applications of CAD/CAM Technology for Craniofacial Implants Placement and Manufacturing of Auricular Prostheses – A Systematic Review. Journal of Clinical Medicine, 12(18), 5950. https://doi.org/10.3390/jcm12185950

Tanveer, W., Ridwan-Pramana, A., Molinero-Mourelle, P., & Forouzanfar, T. (2021). Systematic Review of Clinical Applications of CAD/CAM Technology for Craniofacial Implants Placement and Manufacturing of Orbital Prostheses. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(21), 11349. https://doi.org/10.3390/ijerph182111349

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Figura 1. Deformación total simulada de tres materiales distintos (a–c): PEEK, zirconia y titanio, respectivamente.
El modelo del sistema dental All-on-Four fue diseñado mediante software CAD y posteriormente analizado con herramientas CAE utilizando el método de elementos finitos (FEA) para evaluar el comportamiento mecánico de cada material bajo cargas funcionales.
Las zonas en color rojo indican mayor deformación, mientras que las azules representan regiones de menor tensión estructural. Los resultados muestran que el titanio presentó la mayor estabilidad, mientras que el PEEK, aunque más deformable, ofreció una mejor absorción de fuerzas.

(Imagen tomada de Chang, C.-L., Karmakar, R., Mukundan, A., Lu, S.-H., Choomjinda, U., Chen, M.-M., Chen, Y.-L., & Wang, H.-C. (2024). Mechanical Integrity of All-on-Four Dental Implant Systems: Finite Element Simulation of Material Properties of Zirconia, Titanium, and PEEK. The Open Dentistry Journal, 18, e18742106325708240614044708. https://doi.org/10.2174/0118742106325708240614044708
)

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Aplicación del sistema CAD-CAE-CAM en sistemas biomédicos

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Aplicación del sistema CAD-CAE-CAM en sistemas biomédicos

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Los sistemas CAD-CAE-CAM se han convertido en una herramienta clave en el desarrollo de dispositivos biomédicos personalizados, ya que permiten un flujo digital continuo que mejora la precisión, el tiempo de producción y la funcionalidad clínica del producto final (Rexhepi et al., 2023).

Durante la fase CAD (Computer-Aided Design), se modela digitalmente el dispositivo —como una prótesis o un implante dental— a partir de datos anatómicos obtenidos por escaneo intraoral o imágenes tomográficas, logrando una geometría que se ajusta exactamente a la anatomía del paciente (Puengpaiboon et al., 2024).

Posteriormente, en la etapa CAE (Computer-Aided Engineering), se realiza el análisis por elementos finitos (FEA) para evaluar las cargas mecánicas, la distribución de tensiones y el comportamiento estructural del implante bajo diferentes condiciones fisiológicas (Cantó-Navés et al., 2021). Este tipo de simulaciones permite anticipar posibles fallas y optimizar el diseño antes de fabricar el modelo físico.

Finalmente, con CAM (Computer-Aided Manufacturing), se genera la estrategia de fabricación mediante impresión 3D o fresado CNC, produciendo el dispositivo con alta precisión y materiales biocompatibles (Zupancic Cepic et al., 2022).

Estudios recientes han demostrado que los materiales CAD-CAM, como las cerámicas híbridas o los compuestos de resina reforzada, proporcionan mayor resistencia, estética y durabilidad en restauraciones dentales, reduciendo el riesgo de fracturas y mejorando la integración biomecánica con el hueso (Rexhepi et al., 2023; Puengpaiboon et al., 2024).

Relevancia biomédica

La integración de los sistemas CAD-CAE-CAM en odontología y ortopedia representa un avance fundamental hacia la medicina personalizada.
Estas tecnologías permiten:

Reducir la incertidumbre clínica, al simular cargas reales antes de la cirugía.

Personalizar los dispositivos según la morfología exacta del paciente.

Optimizar los tiempos de producción y ajuste clínico.

Favorecer la precisión quirúrgica, al planificar virtualmente cada procedimiento.

En odontología digital, el uso de CAD-CAM ha transformado la práctica clínica al ofrecer restauraciones más precisas, estéticas y con mejor comportamiento mecánico a largo plazo (Rexhepi et al., 2023).

Referencias

Cantó-Navés, O., Ayuso-Montero, R., Giner-Tarrida, L., Marimon, X., & López-López, J. (2021). 3D Finite Element Analysis of Stress Distribution on Different Implant Designs in Posterior Mandibular Bone. Materials, 14(13), 3519. https://www.mdpi.com/1996-1944/14/13/3519

Puengpaiboon, T., Jantarat, J., & Chantarapanich, N. (2024). Comparative Study of Stress Distribution in Implant-Supported Prostheses Using Different CAD-CAM Materials: A Finite Element Analysis. Journal of Prosthodontics, 33(5), 560–568. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11750350/

Rexhepi, I., Beka, A., Staka, G., & Murtezani, A. (2023). Clinical Applications and Mechanical Properties of CAD-CAM Dental Materials: A Systematic Review. Materials, 16(8), 3512. https://www.mdpi.com/2079-4983/14/8/431

Zupancic Cepic, L., Kopač, I., & Zupancic, M. (2022). A 3D finite element analysis of stress distribution on short dental implants with multiple crowns. International Journal of Implant Dentistry, 8(1), 56. https://journalimplantdent.springeropen.com/articles/10.1186/s40729-022-00404-8

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Imagen 1. Modelo CAD de una prótesis de rodilla. 

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Aplicación de los sistemas CAD-CAE-CAM en prótesis ortopédicas y biomecánica del movimiento. 

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Aplicación de los sistemas CAD-CAE-CAM en prótesis ortopédicas y biomecánica del movimiento. 

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Estos sistemas han sido un gran avance en el ámbito del diseño de prótesis ortopédicas personalizadas, ya que no solamente han revolucionado el diseño, si no que también han permitido una integración entre el modelado anatómico, la simulación biomecánica y la fabricación digital precisa. Por parte de la etapa CAD, los modelos se van generando a partir de imágenes médicas, facilitando el desarrollo y reproducción exacta de la morfología ósea del paciente. Así pues, CAE analiza tanto los esfuerzos, como los desplazamientos en el implante, bajo condiciones dinámicas, con el fin de optimizar su rigidez, para reducir de este modo, el riesgo de fallos estructurales. Por último, CAM permite la creación de las piezas mediante impresión 3D o fresado CNC, en las que se hace uso de aleaciones biocompatibles como por ejemplo, los compuestos de fibra de carbono, por mencionar algunos. (Tanveer et al., 2023).

La aplicación de estos sistemas no solo mejoran el ajuste anatómico y la funcionalidad, sino que también ayuda a que los tiempos de diseño y validación clínica puedan ser más eficientes. Des esta forma, el paciente recibe una mejor rehabilitación, teniendo un dispositivo con muchísima más durabilidad. Cabe mencionar, que el poder probar el funcionamiento del implante antes de su fabricación, ha permitido grandes avances en la medicina regenerativa y en la creación de tejidos, debido a que la unión es más precisa, con una producción más eficiente y rápida. (Patel & Singh, 2024).

Referencias

Patel, R., & Singh, A. (2024). Integration of CAD-CAE-CAM technologies in patient-specific orthopedic implant design: A review. Journal of Biomedical Engineering and Technology, 15(2), 98–112. https://doi.org/10.1016/j.jbet.2024.98

Tanveer, W., Ridwan-Pramana, A., Molinero-Mourelle, P., & Forouzanfar, T. (2023). Applications of CAD/CAM Technology for Craniofacial Implants Placement and Manufacturing of Auricular Prostheses – A Systematic Review. Journal of Clinical Medicine, 12(18), 5950. https://doi.org/10.3390/jcm12185950