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.

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MATERIAIS METÁLICOS

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Presentation Transcript


Materiais met licos

MATERIAIS METÁLICOS

Biomateriais


Materiais met licos

Matéria prima

fusão

lingote

fundição

metalurgia pó

produto semi acabado

conformação

soldagem

produto acabado

usinagem


Materiais met licos

trefilação

laminação

extrusão

forjamento

usinagem

fundição

soldagem

metalurgia do pó

lingotamento

APLIC. ≥ RUPTURA

APLIC. ≤ RUPTURA

TAPLICADA >TFUSÃO

TAPLICADA <TFUSÃO

Processos fabricação

Mecânicos (tensão)

Metalúrgicos (temperatura)


Materiais met licos

Implantes metálicos

  • 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


Materiais met licos

Áreas de aplicação

  • Regeneração 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


Materiais met licos

Implantes Metálicos - Formas de aplicação

  • temporário (auxiliar no tratamento de reparação óssea): pregos intramedulares, parafusos, placas, fios, hastes, garras, pinos, etc.

  • permanentes: próteses articulares, pinos, implantes dentários, etc.


Materiais met licos

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

Biomateriais Metálicos Utilizados em Implantes Cirúrgicos


Materiais met licos

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


Materiais met licos

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


Materiais met licos

Falhas típicas de implantes metálicos

  • 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


Materiais met licos

Implantes temporários


Materiais met licos

Hastes


Materiais met licos

Implantes permanentes - Requisitos

  • 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


Materiais met licos

Implantes permanentes - Requisitos

  • 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


Materiais met licos

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


Materiais met licos

Próteses Articulares -Tipos

  • Tornozelo:

  • curtaduração,

  • tibial, talar e fibular,

  • tipicamenteCoCr e PEUAPM

  • Ombro, cotovelo:

  • falhacomumdevido a movimentosrotacionais

  • Outras:

  • dedos, espinha (compósitos c/ polímeros)


Materiais met licos

Prótese de quadril


Materiais met licos

Prótese de joelho


Materiais met licos

Prótese de ombro


Materiais met licos

Prótese acetabular


Materiais met licos

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


Materiais met licos

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


Materiais met licos

  • 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


Materiais met licos

  • 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


Materiais met licos

Aços inoxidáveis 316L (ASTM F-138)

  • 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)


Materiais met licos

Ligas de Cobalto-Cromo (F75, F799)

  • 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


Materiais met licos

Titânio – puro (ASTM F-67)

  • usado como recobrimento poroso sobre ligas de titânio

  • implantes dentários


Materiais met licos

Ligas de titânio (ASTM F-136)

  • 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


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