Research on Biomedical Engineering
http://www.rbejournal.periodikos.com.br/article/doi/10.4322/rbeb.2012.056
Research on Biomedical Engineering
Original Article

Caracterização de uma haste femoral de Ti-6Al-4V não cimentada

Characterization of a cementless Ti‑6Al‑4V femoral stem

Macedo, Carlos Alberto Souza; Galia, Carlos Roberto; Moreira, Luis Fernando; Rosito, Ricardo; Macedo, Fernando Castilla de Souza; Hübler, Roberto

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Resumo

O objetivo deste estudo foi determinar a viabilidade de produ ção de uma prótese femoral de titânio garantindo a qualidade da matéria prima e as características das superfícies. Um protó tipo foi criado pelo Método de Elementos Finitos em AutoCad® 2000. A simulação dos esforços demonstrou uma tensão de von Mises 8,1 vezes menor que a tensão crítica para escoamento do material. Na determinação dos constituintes metálicos, obteve se: Fe = 0,06%, Al = 6,20%, V = 3,57%, O = 0,115%, N = 0,003%, H = 0,010%, e ausência de metais pesados. As propriedades elasto-plásticas da amostra tiveram valor médio de dureza de 4,45 (3,92 a 4,79) GPa e o módulo de elasticidade variou de 112,12 a 140,77 GPa (média = 134,33). O coeficiente de rugosi dade médio (DP) no cone foi de 0,60 (0,03) µm; na região jatea da de 12,2 (0,8) µm e na ponta de 0,41 (0,01) µm. Nos ensaios de fadiga e de corrosão não foram observadas alterações. A análi se granulométrica do pó do material depositado demonstrou predominância de partículas médias (75 µm a 180 µm; 84%). A espessura da camada do material depositado apresentou valor médio de 52,7 µm (0 a 318 µm), porosidade média de 16% (va riando de 3% a 41%), poros de diâmetro médio de 88,5 µm e profundidade média de 28,2 µm. A tensão (força por unidade de área) de adesão da camada porosa depositada revelou va lores de 15 a 17 MPa. Em conclusão, os resultados dos testes e ensaios técnicos estão dentro das normas internacionalmente recomendadas e padronizadas para implantes metálicos em titânio estando essa prótese de acordo com os padrões interna cionais de qualidade e segurança.

Palavras-chave

Prótese femoral, Artroplastia, Titânio, Garantia de qualidade, Segurança, Análise granulométrica, Análise química.

Abstract

Abstract The objective of this work was to study the feasibility of manufactur ing a cementless femoral prosthesis in Brazil, in compliance with in ternational standards of quality assurance. A virtual prototype by the Finite Elements Model in AutoCad® 2000 was assessed and demon strated a von Mises tension 8.1 below the deformation point. In deter mining the metallic components, the percentages were Fe = 0.06%, Al = 6.20%, V = 3.57%, O = 0.115%, N = 0.003%, H = 0.010% without any contamination due to heavy metals. The elasto-plastic properties showed an average value of hardness of 4.45 (3.92 to 4.79) GPa and elasticity module varied from 112.12 to 140.77 GPa (mean = 134.33). The average coefficient of roughness (SD) in the cone was 0.60 (0.03) µm, 12.2 (0.8) µm in the plasma spray coating region, and 0.41 (0.01) µm in the tip. In the assays for fatigue and corrosion no changes were observed. The grain size analysis of the deposited material dust demonstrated predominantly (84%) medium size particles (75 µm to 180 µm). The thickness of the deposited mate rial layer presented average value of 52.7 µm (0 to 318 µm), average porosity of 16% (varying from 3% to 41%) and pores of average di ameter of 88.5 µm and average depth of 28.2 µm. The force of adhesion of the deposited porous layer showed values between 15 and 17 MPa. Results were in accordance with the norms and tests internationally recommended and standardized for metallic implants in titanium al loy and the femoral prosthesis manufactured with national technol ogy was in accordance with international standards of design, quality and safeness.

Keywords

Femoral prosthesis, Arthroplasty, Titanium, Quality warranty, Safety, Granulometric analysis, Chemical analysis.
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