materiais metÁlicos
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MATERIAIS METÁLICOS. Biomateriais. Matéria prima. fusão. lingote. fundição. metalurgia pó. produto semi acabado. conformação. soldagem. produto acabado. usinagem. trefilação. laminação. extrusão. forjamento. usinagem. fundição. soldagem. metalurgia do pó. lingotamento. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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MATERIAIS METÁLICOS
Biomateriais
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produto semi acabado
fusão
fundição lingotemetalurgia pó
Matéria prima
soldagem usinagem
produto acabado
conformação
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Processos fabricação
Mecânicos (tensão) Metalúrgicos (temperatura)
APLIC. ≥ RUPTURA APLIC. ≤ RUPTURA
metalurgia do pótrefilação
laminação
extrusão
forjamento
TAPLICADA <TFUSÃO TAPLICADA >TFUSÃO
usinagem
fundição
soldagem
lingotamento
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• Áreas de aplicação
• Formas de aplicação: temporário ou permanente
• Implantes temporários
• Próteses articulares
• Tipos de falhas
• Implantes permanentes
• Tipos de fixação
• aços inoxidáveis, ligas Co-Cr, ligas Ti
Implantes metálicos
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Áreas de aplicaçãoRegeneração óssea: auxiliar na regeneração
de fratura óssea ou substituição de partes removidas
Vascular: parte de componentes em válvulas cardíacas
Odontologia: substituição de raiz dentária ou preenchimento da cavidade dental, reparação de zonas maxilares
Endoprótese (artroplastia): prótese articulares do quadril, joelho, ombro
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temporário (auxiliar no tratamento de reparação óssea): pregos intramedulares, parafusos, placas, fios, hastes, garras, pinos, etc.
permanentes: próteses articulares, pinos, implantes dentários, etc.
Implantes Metálicos - Formas de aplicação
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Biomateriais Metálicos Utilizados em Implantes Cirúrgicos
Ligas Metálicas – Implantes Cirúrgicos
Referência ASTM
Aço Inoxidável 316 e 316L F138-86, F139-86, F745-81 (1988), F666-80, e F642-79 (1984)
Titânio puro F67-89
Liga de Co-Cr-Mo F75-87 e F799-87
Liga de Co-Cr-W-Ni F90-87, F643-79 (1984) e F644-79 (1984)
Liga de Ti-6Al-4V F136-84, F620-87 e F1108-88
Tântalo puro F560-86
Liga de Co-Ni-Cr-Mo F562-84, F688-88 e F961-85
Liga de Co-Ni-Cr-Mo-W forjada F563-88
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Falha dos implantes
Todos os sistemas de implantes sofrem falhas clínicas:
necrose do tecido ósseo
perda da adesão mobilidade do implante
falha mecânica corrosão, fadiga, carga alta
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Falhas típicas de implantes metálicos
Causas Mecânicas
tensões altas por atividade física ou por forças de mastigação causam a mobilidade do implante
tensões cíclicas afetam interface, causando descolamento ou falha do implante por fadiga ou desgaste acentuado
diferença acentuada no módulo elástico entre implante e osso
fixação do implante deve ser otimizada
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Causas Químicas
corrosão
toxicidade de elementos dissolvidos causando necrose do tecido
resíduos de desgaste (debris) danificam os tecidos adjacentes e causam infecção
uso de materiais não tóxicos
Falhas típicas de implantes metálicos
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Implantes temporários
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Hastes
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Resistentes ao ataque corrosivo por fluídos fisiológicos
Resistentes a fadiga durante a vida útil desejada
Conformabilidade em qualquer formato requerido
Não devem alterar a composição química do plasma ou dos tecidos
Implantes permanentes - Requisitos
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Não devem interferir com os mecanismos normais de defesa
Não devem gerar respostas carcinogênicas
Não devem sofrer fratura catastrófica a resultado da fragilidade ou longo uso, ou fluência
Não devem promover trauma sangüíneo, coagulação ou denaturação de proteínas
Implantes permanentes - Requisitos
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Próteses Articulares -Tipos
Quadril: ~20 anos vida media útil (30% de falha) Ligas de Ti ou CoCr na haste femural, acetábulo de polímero (PEUAPM), cabeça metálica ou cerâmica (alumina ou
zircônia) Joelho: maior chance de falha, Ligas de Ti ou CoCr na parte femural, PEUAPM na parte tibial
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Tornozelo: curta duração, tibial, talar e fibular, tipicamente CoCr e PEUAPM
Ombro, cotovelo: falha comum devido a movimentos rotacionais
Outras: dedos, espinha (compósitos c/ polímeros)
Próteses Articulares -Tipos
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Prótese de quadril
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Prótese de joelho
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Prótese de ombro
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Prótese acetabular
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Fixação de implantes permanentes
Cimentação Charnley 1960 (acetábulo de PEUAPM e
prótese femural metálica)
Ex.: cimento de polimetil metacrilato (PMMA) de cura rápida que polimeriza in situ unindo o implante ao osso.
temperatura de cura danifica os tecidos; resíduos de monômeros são tóxicos;
deterioração da interface
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Morfológica:
inserção no osso sem adição de cimento (cementless) o tecido cresce nas cavidades da superfície do implante formando uma ligação puramente mecânica.
Ex.: ranhuras, orifícios.
tempo longo de regeneração, dificuldade em cirurgias de revisão, reabsorção óssea
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Biológica:
superfícies com poros maiores que 100 µm permitem penetração dos tecidos.
Ex.: sinterização de esferas ou fios na superfície
maior corrosão, menor resistência a fadiga, baixa estabilidade da superfície porosa,
migração de partículas
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Bioativa:
recobrimento da superfície metálica com materiais que aderem diretamente ao tecido ósseo.
Ex.: fosfatos de cálcio, vidros bioativos, etc.
adesão entre a camada bioativa e a superfície do implante
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Propriedades
• E = 200 GPa (12 x do osso)• Limite de resistência = 260-896 MPa
Preferível para fixação temporária
Fadiga, corrosão por crevice, liberação de níquel
Acima de 0,03% Carbono ocorre segregação na forma de carbeto de cromo Cr23C6, diminuindo a resistência a corrosão
Substituições H2, N2, P, C, O2 fragilizam a
estrutura
Nitretos se solubilizam e associados com carbono formam inclusões (defeitos)
Aços inoxidáveis 316L (ASTM F-138)
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Propriedades • Alta resistência mecânica• Alta resistência a corrosão (crevice)• Biocompatibilidade
hastes de prótese de quadril• Co-Cr-W-Ni • Alta resistência = 690-6000 MPa
fios, fixação interna, placas, hastes intramedulares, parafusos
variação de pH por infecção pode danificar a camada passivada
Ligas de Cobalto-Cromo (F75, F799)
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usado como recobrimento poroso sobre ligas de titânio
implantes dentários
Titânio – puro (ASTM F-67)
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Propriedades• E = 100 GPa (osso cortical = 7-25 GPa)• prensagem com isostática a quente
aumenta o limite de resistência e a resistência a fadiga
prótese de quadril qualquer cavidade diminui a resistência a
fadiga baixa resistência ao desgaste vanádio é carcinogênico
substituição de V por Nb
Ligas de titânio (ASTM F-136)