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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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Presentation Transcript
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Matéria prima

fusão

lingote

fundição

metalurgia pó

produto semi acabado

conformação

soldagem

produto acabado

usinagem

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trefilação

laminação

extrusão

forjamento

usinagem

fundição

soldagem

metalurgia do pó

lingotamento

APLIC. ≥ RUPTURA

APLIC. ≤ RUPTURA

TAPLICADA >TFUSÃO

TAPLICADA

Processos fabricação

Mecânicos (tensão)

Metalúrgicos (temperatura)

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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
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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
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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.
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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

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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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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
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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
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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
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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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Próteses Articulares -Tipos
  • Tornozelo:
  • curtaduração,
  • tibial, talar e fibular,
  • tipicamenteCoCr e PEUAPM
  • Ombro, cotovelo:
  • falhacomumdevido a movimentosrotacionais
  • Outras:
  • dedos, espinha (compósitos c/ polímeros)
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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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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)
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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
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Titânio – puro (ASTM F-67)
  • usado como recobrimento poroso sobre ligas de titânio
  • implantes dentários
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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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