Estágio realizado na SODECIA Centro Tecnológico e orientado pelo Eng.º António Baptista / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011

Estágio realizado na empresa GESTAMP Portugal e orientado pelo Eng.º Santiago Pan / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Operationen im Schädel‐ und Gesichtsbereich stellen nach wie vor eine große Herausforderung für die behandelnden Ärzte dar, weil sich oftmals die Abgrenzung des Knochendefekts und die Wiederherstellung der ursprünglichen Knochenstruktur als schwierig erweisen. Die erste Herausforderung dabei ist die Definition der Implantatgeometrie, da jeder Patient eine individuelle Anatomie und, im Falle eines Knochendefekts durch Traumata oder Tumore, jeder Defekt eine spezifische Form aufweist. Das Implantat sollte somit eine der originalen Knochenstruktur entsprechenden Geometrie besitzen und aus einem für die Implantation geeigneten Material bestehen. Weiterhin muss das für die Herstellung des Implantats gewählte Verfahren derart anpassungsfähig sein, dass auch die Erzeugung eines einzelnen individuellen Produktes möglich ist und keine übermäßigen Kosten im Werkzeug‐ und Formenbau verursacht werden. Im gegenwärtigen Szenario flexibler Herstellungsprozesse, die eine effiziente Blechumformung auch in kleineren Stückzahlen erlauben, liegt ein besonderer Schwerpunkt auf dem Verfahren der inkrementellen Umformung. In dieser Arbeit wird daher die Durchführbarkeit der präoperativen Herstellung individueller Implantate zur Wiederherstellung knöcherner Strukturen verschiedener Regionen im Schädel‐ und Gesichtsbereich mit dem Verfahren der inkrementellen Blechumformung untersucht. Dabei wurden unterschiedliche Methoden zur Modellierung von Implantaten aus patientenspezifischen CT‐Daten angewendet und Prozessparameter für die Herstellung verschiedener Formen von Titanimplantaten entwickelt. Ferner werden alternative Techniken vorgestellt, mit denen es ebenfalls möglich ist, solche Implantate herzustellen. Gleichwohl es Einschränkungen hinsichtlich der Formgenauigkeit und Komplexität der zu formenden Geometrie des Implantates gibt, zeigt diese Arbeit, dass das Verfahren der inkrementellen Blechumformung eine geeignete Alternative für die präoperative Herstellung von individuellen Implantaten für den Schädel‐ und Gesichtsbereich darstellt. / Atualmente, cirurgias de reconstrução craniofacial ainda são um desafio à equipe cirúrgica devido às dificuldades em definir e reparar o defeito ósseo. A definição da geometria do implante é o primeiro desafio, uma vez que cada paciente possui uma anatomia individual e, em caso de defeitos ósseos devido a traumas ou tumores, cada defeito possui uma forma específica. O implante deve, então, possuir geometria tal que o possibilite substituir a estrutura original e ser constituído de material apto para a implantação. Além disso, o processo de fabricação selecionado deve ser flexível a fim de possibilitar a produção de uma peça única, dispensando custos excessivos com ferramental. No cenário atual de processos de manufatura flexível, um destaque especial recebe o processo de estampagem incremental, que permite a conformação de chapas metálicas para a fabricação de pequenos lotes. Neste sentido, este estudo ocorre no âmbito da fabricação pré‐operatória de implantes personalizados para reparo de defeitos em diferentes regiões do complexo craniofacial através do processo de estampagem incremental. Foram utilizados diferentes procedimentos para modelagem dos implantes a partir de dados tomográficos e foram desenvolvidos parâmetros para a conformação de diferentes geometrias em titânio. São apresentadas, ainda, técnicas alternativas capazes de produzir tais implantes. O estudo mostra que, embora possua precisão dimensional limitada e restrições com relação à complexidade geométrica dos implantes que podem ser conformados, o processo de estampagem incremental apresenta‐se como uma alternativa viável à fabricação pré‐operatória de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. / Currently, craniofacial reconstruction surgeries are still a challenge for surgical teams due to the difficulty to define and repair bone defects. Defining the geometry of the implant is the first challenge, since each patient has an individual anatomy and, in case of bone defects due to trauma or tumors, each defect has a specific shape. The implant should then have a geometry that permits the replacement of the original structure and should consist of a material suitable for implantation. Moreover, the selected manufacturing process must be flexible enough to enable the production of a single piece, not requiring excessive cost with dyes and tooling. In the current scenario of flexible manufacturing processes, the process of incremental forming, which permits forming metal sheets to manufacture small batches, receives special emphasis. Thus, this study evaluates the feasibility of preoperative manufacturing of customized implants to repair defects in different regions of the craniofacial complex through the process of incremental forming. Different procedures were used for modeling implants obtained from CT data of patients and the parameters for forming different geometries of titanium implants were developed. Alternative techniques capable of producing such implants are also presented. The study shows that, although it has limited dimensional accuracy and restrictions regarding the geometric complexity of the implants that can be shaped, the single point incremental forming (SPIF) process represents a suitable alternative for the preoperative manufacturing of customized implants for the reconstruction of craniofacial defects.

Operationen im Schädel‐ und Gesichtsbereich stellen nach wie vor eine große Herausforderung für die behandelnden Ärzte dar, weil sich oftmals die Abgrenzung des Knochendefekts und die Wiederherstellung der ursprünglichen Knochenstruktur als schwierig erweisen. Die erste Herausforderung dabei ist die Definition der Implantatgeometrie, da jeder Patient eine individuelle Anatomie und, im Falle eines Knochendefekts durch Traumata oder Tumore, jeder Defekt eine spezifische Form aufweist. Das Implantat sollte somit eine der originalen Knochenstruktur entsprechenden Geometrie besitzen und aus einem für die Implantation geeigneten Material bestehen. Weiterhin muss das für die Herstellung des Implantats gewählte Verfahren derart anpassungsfähig sein, dass auch die Erzeugung eines einzelnen individuellen Produktes möglich ist und keine übermäßigen Kosten im Werkzeug‐ und Formenbau verursacht werden. Im gegenwärtigen Szenario flexibler Herstellungsprozesse, die eine effiziente Blechumformung auch in kleineren Stückzahlen erlauben, liegt ein besonderer Schwerpunkt auf dem Verfahren der inkrementellen Umformung. In dieser Arbeit wird daher die Durchführbarkeit der präoperativen Herstellung individueller Implantate zur Wiederherstellung knöcherner Strukturen verschiedener Regionen im Schädel‐ und Gesichtsbereich mit dem Verfahren der inkrementellen Blechumformung untersucht. Dabei wurden unterschiedliche Methoden zur Modellierung von Implantaten aus patientenspezifischen CT‐Daten angewendet und Prozessparameter für die Herstellung verschiedener Formen von Titanimplantaten entwickelt. Ferner werden alternative Techniken vorgestellt, mit denen es ebenfalls möglich ist, solche Implantate herzustellen. Gleichwohl es Einschränkungen hinsichtlich der Formgenauigkeit und Komplexität der zu formenden Geometrie des Implantates gibt, zeigt diese Arbeit, dass das Verfahren der inkrementellen Blechumformung eine geeignete Alternative für die präoperative Herstellung von individuellen Implantaten für den Schädel‐ und Gesichtsbereich darstellt. / Atualmente, cirurgias de reconstrução craniofacial ainda são um desafio à equipe cirúrgica devido às dificuldades em definir e reparar o defeito ósseo. A definição da geometria do implante é o primeiro desafio, uma vez que cada paciente possui uma anatomia individual e, em caso de defeitos ósseos devido a traumas ou tumores, cada defeito possui uma forma específica. O implante deve, então, possuir geometria tal que o possibilite substituir a estrutura original e ser constituído de material apto para a implantação. Além disso, o processo de fabricação selecionado deve ser flexível a fim de possibilitar a produção de uma peça única, dispensando custos excessivos com ferramental. No cenário atual de processos de manufatura flexível, um destaque especial recebe o processo de estampagem incremental, que permite a conformação de chapas metálicas para a fabricação de pequenos lotes. Neste sentido, este estudo ocorre no âmbito da fabricação pré‐operatória de implantes personalizados para reparo de defeitos em diferentes regiões do complexo craniofacial através do processo de estampagem incremental. Foram utilizados diferentes procedimentos para modelagem dos implantes a partir de dados tomográficos e foram desenvolvidos parâmetros para a conformação de diferentes geometrias em titânio. São apresentadas, ainda, técnicas alternativas capazes de produzir tais implantes. O estudo mostra que, embora possua precisão dimensional limitada e restrições com relação à complexidade geométrica dos implantes que podem ser conformados, o processo de estampagem incremental apresenta‐se como uma alternativa viável à fabricação pré‐operatória de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. / Currently, craniofacial reconstruction surgeries are still a challenge for surgical teams due to the difficulty to define and repair bone defects. Defining the geometry of the implant is the first challenge, since each patient has an individual anatomy and, in case of bone defects due to trauma or tumors, each defect has a specific shape. The implant should then have a geometry that permits the replacement of the original structure and should consist of a material suitable for implantation. Moreover, the selected manufacturing process must be flexible enough to enable the production of a single piece, not requiring excessive cost with dyes and tooling. In the current scenario of flexible manufacturing processes, the process of incremental forming, which permits forming metal sheets to manufacture small batches, receives special emphasis. Thus, this study evaluates the feasibility of preoperative manufacturing of customized implants to repair defects in different regions of the craniofacial complex through the process of incremental forming. Different procedures were used for modeling implants obtained from CT data of patients and the parameters for forming different geometries of titanium implants were developed. Alternative techniques capable of producing such implants are also presented. The study shows that, although it has limited dimensional accuracy and restrictions regarding the geometric complexity of the implants that can be shaped, the single point incremental forming (SPIF) process represents a suitable alternative for the preoperative manufacturing of customized implants for the reconstruction of craniofacial defects.

Operationen im Schädel‐ und Gesichtsbereich stellen nach wie vor eine große Herausforderung für die behandelnden Ärzte dar, weil sich oftmals die Abgrenzung des Knochendefekts und die Wiederherstellung der ursprünglichen Knochenstruktur als schwierig erweisen. Die erste Herausforderung dabei ist die Definition der Implantatgeometrie, da jeder Patient eine individuelle Anatomie und, im Falle eines Knochendefekts durch Traumata oder Tumore, jeder Defekt eine spezifische Form aufweist. Das Implantat sollte somit eine der originalen Knochenstruktur entsprechenden Geometrie besitzen und aus einem für die Implantation geeigneten Material bestehen. Weiterhin muss das für die Herstellung des Implantats gewählte Verfahren derart anpassungsfähig sein, dass auch die Erzeugung eines einzelnen individuellen Produktes möglich ist und keine übermäßigen Kosten im Werkzeug‐ und Formenbau verursacht werden. Im gegenwärtigen Szenario flexibler Herstellungsprozesse, die eine effiziente Blechumformung auch in kleineren Stückzahlen erlauben, liegt ein besonderer Schwerpunkt auf dem Verfahren der inkrementellen Umformung. In dieser Arbeit wird daher die Durchführbarkeit der präoperativen Herstellung individueller Implantate zur Wiederherstellung knöcherner Strukturen verschiedener Regionen im Schädel‐ und Gesichtsbereich mit dem Verfahren der inkrementellen Blechumformung untersucht. Dabei wurden unterschiedliche Methoden zur Modellierung von Implantaten aus patientenspezifischen CT‐Daten angewendet und Prozessparameter für die Herstellung verschiedener Formen von Titanimplantaten entwickelt. Ferner werden alternative Techniken vorgestellt, mit denen es ebenfalls möglich ist, solche Implantate herzustellen. Gleichwohl es Einschränkungen hinsichtlich der Formgenauigkeit und Komplexität der zu formenden Geometrie des Implantates gibt, zeigt diese Arbeit, dass das Verfahren der inkrementellen Blechumformung eine geeignete Alternative für die präoperative Herstellung von individuellen Implantaten für den Schädel‐ und Gesichtsbereich darstellt. / Atualmente, cirurgias de reconstrução craniofacial ainda são um desafio à equipe cirúrgica devido às dificuldades em definir e reparar o defeito ósseo. A definição da geometria do implante é o primeiro desafio, uma vez que cada paciente possui uma anatomia individual e, em caso de defeitos ósseos devido a traumas ou tumores, cada defeito possui uma forma específica. O implante deve, então, possuir geometria tal que o possibilite substituir a estrutura original e ser constituído de material apto para a implantação. Além disso, o processo de fabricação selecionado deve ser flexível a fim de possibilitar a produção de uma peça única, dispensando custos excessivos com ferramental. No cenário atual de processos de manufatura flexível, um destaque especial recebe o processo de estampagem incremental, que permite a conformação de chapas metálicas para a fabricação de pequenos lotes. Neste sentido, este estudo ocorre no âmbito da fabricação pré‐operatória de implantes personalizados para reparo de defeitos em diferentes regiões do complexo craniofacial através do processo de estampagem incremental. Foram utilizados diferentes procedimentos para modelagem dos implantes a partir de dados tomográficos e foram desenvolvidos parâmetros para a conformação de diferentes geometrias em titânio. São apresentadas, ainda, técnicas alternativas capazes de produzir tais implantes. O estudo mostra que, embora possua precisão dimensional limitada e restrições com relação à complexidade geométrica dos implantes que podem ser conformados, o processo de estampagem incremental apresenta‐se como uma alternativa viável à fabricação pré‐operatória de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. / Currently, craniofacial reconstruction surgeries are still a challenge for surgical teams due to the difficulty to define and repair bone defects. Defining the geometry of the implant is the first challenge, since each patient has an individual anatomy and, in case of bone defects due to trauma or tumors, each defect has a specific shape. The implant should then have a geometry that permits the replacement of the original structure and should consist of a material suitable for implantation. Moreover, the selected manufacturing process must be flexible enough to enable the production of a single piece, not requiring excessive cost with dyes and tooling. In the current scenario of flexible manufacturing processes, the process of incremental forming, which permits forming metal sheets to manufacture small batches, receives special emphasis. Thus, this study evaluates the feasibility of preoperative manufacturing of customized implants to repair defects in different regions of the craniofacial complex through the process of incremental forming. Different procedures were used for modeling implants obtained from CT data of patients and the parameters for forming different geometries of titanium implants were developed. Alternative techniques capable of producing such implants are also presented. The study shows that, although it has limited dimensional accuracy and restrictions regarding the geometric complexity of the implants that can be shaped, the single point incremental forming (SPIF) process represents a suitable alternative for the preoperative manufacturing of customized implants for the reconstruction of craniofacial defects.

O processo de estampagem à quente é um dos métodos possíveis para a conformação de aços de alta resistência. Para isso é necessário o estudo das propriedades termomecânicas para obtenção de parâmetros ótimos para a construção de uma linha de estampagem eficiente. Neste trabalho, foram realizados ensaios para determinar os parâmetros para a estampagem a quente do aço 22MnB5, e posteriormente a construção de uma linha de estampagem a quente completa. Obteve-se ao fim do processo, uma microestrutura martensitica com dureza de 430 HV com resistência à tração de aproximadamente 1365 MPa. / The hot stamping process is one of the possible ways to high strenght steel conformation. In this work, study of 22MnB5 steel thermomechanical properties was performed in order to obtain optimum parameters to hot stamping process. After, a complete hot stamping line was built. At the end of hot stamping process it was possible to obtain a martensitic microstructure with 1365 MPa strenght resistance and 430 HV.

Este trabalho avalia as propriedades mecânicas, microestrutura resultante e força de estampagem da liga DIN 27MnCrB5 para o processo de estampagem a quente nas temperaturas de aquecimento de 750°C, 850°C e 950°C. Para isso foram realizados ensaios nas três temperaturas e medidos os valores da força necessária para a estampagem da chapa, que foi aplicada em uma área de 30mm x 1,50mm. A partir da peça estampada foram realizadas análises metalográficas da microestrutura resultante e medições de dureza para a correlação com as propriedades mecânicas. Para as temperaturas de aquecimento de 750°C e 850°C não foi verificada microestrutura martensítica nas peças estampadas. Para o ensaio realizado com uma temperatura de aquecimento de 950°C ocorreu transformação martensítica na peça na região que esteve em contato com o prensa chapa e a matriz. Esta transformação metalúrgica resultou em valores de dureza de 715±17HV0,2 em comparação com a condição inicial da chapa, cuja dureza era de 187±5HV0,2. As medições de força de estampagem para as três temperaturas de ensaio indicam uma redução da força com o aumento da temperatura de aquecimento da chapa. Para a temperatura de aquecimento da chapa de 750°C o valor médio da força de estampagem foi de 14kN, para a temperatura de 850°C o valor médio da força de estampagem foi de 9kN, enquanto para a temperatura de 950°C foi encontrado o valor médio de 5kN. / This work evaluates the mechanical properties, resulting microstructure and stamping force of the DIN 27MnCrB5 alloy for the hot stamping process at the heating temperatures of 750°C, 850°C and 950°C. For this, tests were carried out at the three temperatures and the values of the force required for the stamping of the sheet were measured, which was applied in an area of 30mm x 1,50mm. From the stamped part metallographic analyzes of the resulting microstructure and hardness measurements were performed for the correlation with the mechanical properties. For the heating temperatures of 750°C and 850°C, no martensitic microstructure was observed in the stamped parts. For the test performed with a heating temperature of 950°C martensitic transformation occurred in the part in the region that was in contact with the blank holder and the die. This metallurgical transformation resulted in hardness values of 715±17HV0,2 compared to the initial condition of the sheet, whose hardness was 187±5HV0,2. Stamping force measurements for the three test temperatures indicate a reduction in force with the increase of the sheet heating temperature. For the sheet heating temperature of 750°C the average value of the stamping force was 14kN, at the temperature of 850°C the average value of the stamping force was 9kN, while at the temperature of 950°C it was found The average value of 5kN.

Projecto realizado na empresa Inapal Metal S.A. enquadrado por uma empresa de consultoria, a Iberogestão sob a orient. Engenheiro Alfredo Azevedo

Estágio realizado na Horquim - Representações, Ldª. e orientado pelo Eng.ª Helena Veiga e Eng.ª Rita Gouveia / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009