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FABRICAÇÃO DE IMPLANTES BUCOMAXILOFACIAIS EM TITÂNIO
Márcio A Schmidt Henrique Kohmann Augusto Kunrath
RESUMO
Com a constante evolução da engenharia e das ciências da saúde, estas áreas passaram a atuar em conjunto na implantação de componentes para a correção de traumas ou imperfeições do corpo humano, de forma que o mesmo recupere suas funções originais. Devido ao relevante custo de implantes osseointegráveis, pela utilização de titânio, e à necessidade de sua importação, procura-se uma nacionalização desta tecnologia, de modo a torná-la mais acessível. O objetivo central deste trabalho é desenvolver o método de fabricação de implantes bucomaxilofaciais, a partir de chapas de titânio em uma fresadora CNC em cooperação com uma empresa do setor. Visa-se desenvolver o método de programação dos parâmetros geométricos e de usinagem dos implantes através da utilização de um sistema CAD/CAM, definir uma forma eficiente de fixação das chapas de Ti sobre a mesa da fresadora, e usinagem dos implantes. A produção de diversas séries de implantes teve seu processo de fabricação desenvolvido, os quais propiciaram o tratamento de vários pacientes. O próximo passo está sendo a implantação do processo de fabricação na indústria, tornando possível o atendimento a um maior número de pacientes. (PROMM, BIC/UFRGS).
ABSTRACT
The evolution of engineering and medical sciences have yielded great development on the implants technology allowing the correction of damages caused by trauma or congenital ill formation. Due to the high costs of the imported prosthesis, which are manufactured mainly in titanium, there is great interest in the development of nationalized manufacturing techniques. The main focus of this study was to produce implants for oral and maxillofacial surgery by machining from titanium plates using CNC milling. The work was done in partnership with a local company and most of the study was directed to developing machining parameters and set up and NC programs using CAD-CAM technology. Several "standard" and customized implants were designed, machined and actually implanted in patients. The next step is to transfer the technology to the industry, allowing for the production of larger batches which will lower the costs of the implants maintaining high quality. (PROMM, BIC/UFRGS).
- INTRODUÇÃO
Implantes bucomaxilofaciais são utilizados na correção de eventuais traumas ou imperfeições do corpo humano, de forma que o mesmo recupere suas funções originais. Dado o elevado custo de implantes osseointegráveis, em grande parte devido à necessidade de sua importação, procura-se uma nacionalização desta tecnologia, de modo a torná-la mais acessível. Este trabalho objetivou desenvolver e aperfeiçoar o processo de fabricação de implantes bucomaxilofaciais de titânio seriados, de uso geral, e de reconstrução do maxilar, específico para cada paciente, utilizando sistemas CAD (desenho assistido por computador)/CAM (manufatura assistida por computador)
ARTIGO - MÁRCIO SCHMIDT
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integrados com uma fresadora CNC. Estas possuem uma grande capacidade de flexibilização da geometria a ser fabricada, por serem facilmente reprogramáveis. No país, principalmente no Rio Grande do Sul, na Faculdade de Odontologia da UFRGS, tem se desenvolvido um extenso programa de reabilitação de pacientes portadores de deformidades faciais decorrentes de traumatismos, malformações congênitas e de necessidade de cirurgias oncológicas. Com a utilização de implantes osseointegrados de titânio em deformidades faciais, passou a ser possível a construção de próteses mais delicadas, evitando-se o uso de outros elementos para sua fixação, e conseqüente recuperação mais rápida. São freqüentes os casos de fratura de mandíbula, ocupando o segundo lugar dentre as fraturas dos ossos da face, com incidência de 38%, ocasionados principalmente por acidentes automobilísticos. Nestes casos, para um tratamento correto há a necessidade de se realizar um implante que atenda as necessidades específicas do paciente, isto é, que seja fabricado sob medida. Como os implantes tinham que ser importados a altos custos, era praticamente impossível se tratar esses casos de uma maneira correta. Neste trabalho foram desenvolvidas várias etapas de usinagem visando produzir rapidamente implantes de reconstrução facial sob medida para cada paciente, como ilustra a figura 1.
2. TRABALHO DESENVOLVIDO
Implantes cirúrgicos possuem grande parte de seus custos associada ao processo de fabricação por usinagem. Isto se deve à baixa usinabilidade do titânio e ao estreito controle dimensional e de acabamento das peças necessárias para o bom desempenho do implante. No desenvolvimento deste trabalho, os seguintes passos foram seguidos:
- Foi feito um levantamento dos parâmetros de usinagem indicados para o titânio.
- Os implantes foram modelados em software comercial de CAD paramétrico.
Este procedimento, além de indispensável para o uso da tecnologia CAM, facilita a alteração de projeto para a adequação a cada paciente. o Os arquivos em CAD foram exportados para um software de CAM onde foi planejada toda a operação de usinagem. São determinados os parâmetros de usinagem, sistema de fixação, ferramentas de corte (fresas e brocas), tipo de máquina e caminho de ferramenta. o Usinagem das peças e acabamento dos implantes e posterior implantação nos pacientes.
2.1 Sistemas CAD
Em um ambiente de CAD (computer aided design, ou projeto assistido por computador), a informação geométrica é representada analiticamente através de pontos, linhas, cones, planos, superfícies quadráticas, etc., e por funções booleanas. Essas representações são geradas interativamente quando o usuário modela a geometria da peça na interface do CAD. Para a fabricação de implantes, um software de CAD precisa ter ferramentas para a modelagem de geometrias complexas, que devem ser facilmente alteradas, se necessário, devem ser parametrizadas. No Laboratório de Usinagem utilizou-se o software SolidWorks, que produz arquivos com extensão PRT e SLDPRT.
2.2 Sistemas CAM
A principal função de um software de CAM (computer aided manufacturing, ou manufatura auxiliada por computador) é gerar o programa que controla o deslocamento da ferramenta de corte, fresa ou broca, para a máquina-ferramenta CNC, a partir da geometria da peça gerada no CAD. Na figura 2 estão representadas as etapas utilizadas para a fabricação de componentes. Pode-se também destacar outras funções para os sistemas CAM:
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programas quando os mesmos não cabem na memória do CNC. Executada e aprovada a simulação, foram realizados testes na máquina, fazendo-se inicialmente uma usinagem com uma peça de prova para, posteriormente, considerar o programa como pronto e aprovado. Na figura 7 está representado todas as etapas do processo de fabricação de implantes de titânio.
3. CONCLUSÃO
Os diversos tipos de implantes desenvolvidos no laboratório de usinagem apresentaram dimensões e geometrias dentro das tolerâncias de projeto. A utilização da tecnologia CAD-CAM, além de acelerar a fabricação, torna o processo mais flexível, facilitando alterações de projeto para a adequação às necessidades de cada paciente. O próximo passo será a plena implantação do processo de fabricação na indústria, tornando possível o atendimento a um maior número de pacientes.
- PERSPECTIVA DE CONTINUIDADE OU DESDOBRAMENTO DO TRABALHO
O atual estado de desenvolvimento do projeto envolve a aplicação de todos os passos citados anteriormente em implantes de geometria e usinagem cada vez mais complexas. As placas parafusáveis, que já puderam ser fabricadas, foram plenamente aceitas pela empresa que forneceu os seus desenhos, o que valida todos os esforços no sentindo de prosseguir o trabalho.
Ainda há muitos pontos onde o trabalho pode ser aprofundado, além da possibilidade de estudo de sua extensão para outros tipos de produtos, tais como moldes e matrizes, que envolvem necessidade de grande conhecimento tecnológico, e também dependem de perfeita harmonia em todo o sistema operacional de manufatura (CAM/CAM/NC).
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ZEID, I. CAD/CAM theory and practice. New York: McGraw-Hill, 1991. 1052p.
TEICHOLZ, E. CAD/CAM handbook. New York: MacGraw-Hill, 1985. 423p.
ARTIGO - MÁRCIO SCHMIDT
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GROOVER, M. P.; ZIMMERS JR., E. W. CAD/CAM: Computer aided design and manufacturing. Englewood Cliffs (N.J.): Prentice-Hall, 1984.
Simões, F. M. S.; Implementação de um sistema CAD/CAM para fresadoras CNC a partir de funções CAM integradas no CAD. Dissertação de Mestrado. Uberlândia: Universidade Federal de Uberlândia, MG, 1999.
http://www.sosdoutor.com.br/sosbucomaxilofacial/trauma_fraturamandibula.asp
http://www.lavezzi.com/PDFs/LaVezzi_article.pdf
http://www.bmpcoe.org/bestpractices/pdf/strit.pdf
AUTORES
Márcio A Schmidt
Henrique Kohmann
Augusto Kunrath^1 CURRÍCULO LATTES | GRUPO DE PESQUISA
EMAIL
1 - Laboratório de Usinagem - Departamento de Engenharia Mecânica - Escola de Engenharia - UFRGS
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Figura 2 - Seqüência de operações no sistema CAM utilizada para fabricação de
implantes de titânio
FIGURA 2 - MÁRCIO SCHMIDT
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Figura 3 - Usinagem 2D
Usinagem 2D: o material é eliminado por sucessivos contornos paralelos em função do
perfil da peça, para cada altura. Os movimentos podem ser em offset, do exterior para
o interior, do inferior para o exterior e automático (otimizado), ou simples rasgos,
com a ferramenta seguindo um contorno recortando a peça.
FIGURA 3 - MÁRCIO SCHMIDT
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Figura 5 - Caminhos da ferramenta sobre uma superfície
FIGURA 5 - MÁRCIO SCHMIDT
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Figura 6 - Interpolação linear do caminha da ferramenta.
FIGURA 6 - MÁRCIO SCHMIDT
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