Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-18T02:41:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T19:11:32Z : No. of bitstreams: 1 182777.pdf: 93650651 bytes, checksum: 628547c90c42f5a055df9f450fd2cc69 (MD5) / O presente trabalho, tem como objetivo o desenvolvimento de implantes de uso ortopédico e dental, manufaturados por usinagem a partir do osso humano como material de base. Discute-se a necessidade de utilizar parafusos na fixação de fraturas, a natureza destes parafusos de uso tópico na ortopedia, a geometria, funções e materiais, bem como as características que eles deveriam atender quando fabricados de osso. Aprofunda-se a discussão com relação ao papel que o próprio osso tem na solução de muitos problemas de reconstituição do esqueleto humano. Destaca-se a ausência de publicações sobre o tema usinagem deste material. Quanto à manufatura, apresentam-se os resultados obtidos na condução de centenas de experimentos de usinagem sobre osso tanto em estado fresco como liofilizado e que resultaram na produção de usinados em osso humano. Diante dos resultados promissores, obtidos tanto no estudo da textura quanto da integridade e resistência mecânica dos implantes protótipos desenvolvidos, propõe-se uma série de modelos que simulam os resultados obtidos em relação à textura e integridade superficial e sobre a qualidade geométrica desses implantes, quando usinados com diferentes tipos de ferramentas e em diferentes condições de corte. Propõe-se também um modelo de relacionamento entre as variáveis dinâmicas do processo de usinagem por torneamento com a geometria das ferramentas de corte e com as variáveis desse processo. Finalmente, propriedades mecânicas do osso humano são estudadas e apresentadas com o intuito de caracterizar a matéria-prima e seu potencial como material de engenharia quanto utilizado na fabricação dos implantes.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:21:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257748.pdf: 3362876 bytes, checksum: 2c65482317026f0a59c137be3cf6b92f (MD5) / O uso de próteses e implantes ortopédicos impõe alterações pronunciadas no estado de tensões/ deformações mecânicas do osso hospedeiro. Estas mudanças originam processos adaptativos pelos quais o tecido ósseo reconstrói sua microestrutura ao redor do implante metálico. A distribuição de densidades e as orientações trabeculares são adaptadas de acordo com a intensidade e a direcionalidade das forças externas, podendo resultar em perdas de massa óssea capazes de comprometer o desempenho continuado do implante. Atualmente, modelos teóricos da adaptação óssea utilizados conjuntamente com métodos computacionais de análise estrutural permitem predizer as alterações nas propriedades mecânicas do osso em resposta às cargas aplicadas. Estas aproximações possuem um forte potencial para revelar alterações na morfologia da estrutura trabecular em resposta à diferentes regimes de carregamento. Entretanto, para tornar estas simulações uma ferramenta efetiva na avaliação de projetos de protéses, faz-se necessário aprimorar a representação dos efeitos acoplados da mecânica da interafce osso-implante com as alterações das propriedades do osso durante o processo simulado. Esta tese se dedica à modelagem matemática dos processos de adaptação mecânica do osso em torno de implantes ortopédicos. Neste sentido, esforços são dirigidos para compreender os fenômenos biológicos envolvidos na adaptação e o papel que o ambiente mecânico desempenha na expressão destes. Devido à importância fundamental do comportamento da interface nas falhas de implantes, em sua forma final, o modelo adota descrições matemáticas distintas para os mecanismos adaptativos do tecido ósseo interfacial1 e do osso periprotético2. Ambas descrições são formuladas como procedimentos computacionais (algoritmos) e utilizadas em conjunção com o Método dos Elementos Finitos na simulação da evolução

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2012 / Made available in DSpace on 2013-06-25T22:02:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 314256.pdf: 23873770 bytes, checksum: 00debc7b3e161a66c151eed65f105594 (MD5) / O desenvolvimento de implantes ortopédicos é de vital importância na ortopedia e traumatologia, permitindo reabilitação mais rápida e segura dos pacientes. Entre os materiais e processos de fabricação utilizados para produção destes produtos, destaca-se a moldagem por injeção de polímeros amorfos bioabsorvíveis. Para satisfazer os requisitos de resistência mecânica necessários pode-se atuar sobre os parâmetros de processo e sobre o projeto da geometria da peça. Dentro deste escopo, foi estudado via delineamento fatorial completo o efeito de dois parâmetros de processo: a Vazão de Injeção e a Temperatura do Fundido, e ainda o efeito da presença de um entalhe em corpos de prova regulares injetados em Poli(ácido lático) - PLA tipo P(L/DL)LA 70/30, um polímero bioabsorvível e ainda em poliestireno - PS e o Policarbonato - PC, para comparação com polímeros comerciais amorfos comumente utilizados.Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de resistência a tração, ensaios dinâmico-mecânicos e análises de tensões residuais via foto-elasticidade. Foi observada uma variação da resistência mecânica de em torno de 50% para o PS e de 10% para o P(L/DL)LA com a mudança dos parâmetros de processo, sem grandes variações para a resistência mecânica do PC. A Temperatura do Fundido manifestou maior influência no comportamento mecânico que a Vazão de Injeção. A presença do entalhe ocasionou forte diminuição da deformação de ruptura para todos os materiais, com diminuição da resistência muito mais expressiva no caso do PS. A análise de tensões residuais, a análise dinâmico-mecânica, a viscosimetria de soluções e a calorimetria diferencial por varredura sugerem que o principal mecanismo de aumento de resistência mecânica para o PLA injetado em baixa temperatura é a orientação molecular. Os resultados deste trabalho indicam o uso de baixa temperatura de fundido e alta vazão de injeção para maximizar a resistência mecânica do PLA quando submetido a esforços trativos. Os resultados indicam ainda que o PLA apresenta menor sensibilidade à presença de entalhes e outros concentradores de tensão comparado ao PS, o que permite maior liberdade de geometria no projeto dos implantes fabricados com este material.<br> / Abstract : The development of orthopedics implants is of vital importance in orthopedics and traumatology, allowing faster and safer patient rehabilitation. Among the materials and manufacturing processes used for these products, stands out the injection molding of amorphous bioabsorbable polymers. To satisfy the implant mechanical strength requirements, it is possible to act on the process parameters and on the design of the part geometry. Within this scope, was studied through full factorial design the effect of two process parameters: the Injection flow rate and Melting temperature, and the effect of a Notch in specimens injected in the bioabsorbable polymer poly (lactic acid) - PLA, P(L/DL)LA 70/30 type, and in polystyrene - PS and Polycarbonate - PC, for comparison of the PLA with these two commercial amorphous polymers. The specimens were submitted to tensile tests, dynamic-mechanical tests and analysis of residual stresses by photoelasticity. Related to the process parameters changes, a variation of tensile strength of about 50% for PS, 10% for PLA and few variation for PC was observed. The melting temperature shown greater influence on the mechanical behavior than the Injection flow rate. The notch presence caused a strong decrease in elongation at break for all three materials, and decreased mechanical strength significantly more in PS. The analysis of residual stresses, the dynamic-mechanical analysis, the diferencial scanning calorimetry and the dilute solution viscosimetry suggest that the main mechanism in mechanical strength increase for PLA molded at low melting temperature is the molecular orientation. The results of this work indicates the use of low temperature and high melt flow injection to maximize the mechanical strength of the PLA subjected to tractive loading. The results also indicate that the PLA has a lower notch (or other stress concentrators) sensitivity compared to PS, which allows greater freedom of geometry in the design of the implants manufactured with this material.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T04:24:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 191947.pdf: 9398490 bytes, checksum: 267c0cabf73f2da4def32a7c1abe12dc (MD5) / Os implantes, utilizados atualmente em ortopedia e odontologia, apresentam inúmeros inconvenientes, dentre os quais se destaca a rejeição biológica que provoca a redução do desempenho biomecânico na região de tratamento. Uma alternativa para este problema seria a utilização de um material para estes implantes que atue como elemento estrutural durante o período de reparo e que seja posteriormente absorvido pelo organismo, evitando assim a necessidade de sua remoção. Esta é a proposta dos implantes fabricados em osso. Neste trabalho é investigado o comportamento biomecânico de parafusos de osso cortical bovino liofilizado, implantados na diáfise femoral de coelhos, através de análise experimental e numérica em três grupos de fêmures: com implante de osso, com implante de titânio e sem implante. Na análise experimental, estes fêmures foram submetidos ao ensaio mecânico destrutivo de flexão por quatro pontos. A simulação computacional destes ensaios foi realizada através de modelos de elementos finitos 3D para cada grupo, para a verificação das tensões e deformações induzidas nos implantes e região próxima a este, em função da condição de osseointegração. Os resultados obtidos demonstram que os implantes de osso cortical bovino liofilizado apresentam requisitos biomecânicos satisfatórios, entretanto, são necessárias pesquisas complementares, para poder validar a sua aplicação em tratamentos específicos.