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Instituto Politécnico de Bragança

Escola Superior de Tecnologia e Gestão

Engenharia Biomédica

Processamento de Materiais

Trabalho elaborado por:

Natalino de Jesus Santos Andrade Nº - 18709

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Índice

A maquinagem .................................................................................... 2

Introdução ........................................................................................... 2

Processos de maquinagem .................................................................. 2

Objectivos dos processos de maquinagem:......................................... 3

Processos de fabrico ............................................................................ 4

Aplicação da maquinagem na área Biomédica ................................... 5

Maquinagem de instrumentos/equipamentos médico -hospitalar ....... 7

Fabrico de implantes bucomaxilofaciais em titânio ......................... 10

Conclusão .......................................................................................... 12

Referências bibliográficas ................................................................. 13

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A maquinagem

Introdução

A maquinagem propriamente dita, é um processo de fabrico com

arranque de apara este processo permite a produção de peças com formas

complexas, com apertadas tolerâncias geométricas e dimensionais e

também com um bom acabamento superficial.

A maquinagem é também conhecida por corte com arranque de

apara, que consiste no arranque de aparas da superfície do material, pela

penetração progressiva de uma ferramenta de corte, a qual, para isso, é

afiada em forma de cunha e está animada de um movimento em relação à

peça (o movimento relativo pode obter-se com a ferramenta imóvel e a

peça móvel, ou inversamente, ou ainda com ambas móveis).

Na maioria das vezes a maquinagem conduz a melhor acabamento e

precisão dimensional que os processos de fabrico sem arranque de apara.

Processos de maquinagem

-Torneamento;

- Fenomonologia do corte;

- Fresagem;

- Aplainamento;

- Furação;

- Rectificação;

- Electroerosão.

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Objectivos dos processos de maquinagem:

O acabamento de superfícies de peças fundidas ou

enformadas mecanicamente, é importante de modo a

obter-se melhor aspecto superficial e dimensões mais

precisas, de acordo com as especificações de fabricação

e de acordo com o emprego.

A obtenção de peculiaridades, impossíveis de conseguir

pelos processos convencionais;

A fabricação de peças em série, a um custo mais baixo.

A fabricação de uma ou poucas peças, praticamente de

qualquer forma, a partir de um bloco de material

metálico. Este processo tecnológico pode ser dividido

em função da dimensão dos elementos removidos.

O corte por arranque de apara macroscópica, como seja

o torneamento, fresagem, furação, etc. As aparas têm

uma espessura que varia entre 0,25 mm e 2,5 mm.

A rectificação, neste caso as aparas são de menor

dimensão variando a espessura entre 0.0025 mm e

0.25mm.

Os processos não convencionais: a electroerosão, a

maquinagem electroquímica e com ultra-sons, em que a

dimensão das partículas são de grandeza sub-

microscópica ou mesmo atómica. Como dito

anteriormente para que haja arranque de apara é

necessário que se verifiquem determinados movimentos

entre a peça e a ferramenta de corte.

O movimento de corte (1) é aquele que sem movimento

de avanço, consegue o arranque de apara durante uma

revolução (por exemplo no torneamento ou fresagem)

ou durante uma translação; o movimento de corte pode

ser circular ou rectilíneo;

O movimento de avanço (2) torna possível

conjuntamente com o movimento de corte o arranque de

apara ao longo de toda a peça.

O movimento de penetração (3) é aquele que determina

a espessura da apara a arrancar

O movimento de aproximação (4) é o que leva a

ferramenta de corte junto da peça a trabalhar.

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Processos de fabrico

Os processos de fabrico podem classificar-se em processo com ou

sem arranque de apara.

Sem arranque de apara:

- Forjamento

- Laminagem

- Extrusão

- Estiramento

- Embutidura

- Fundição

- Soldadura

2. Com arranque de apara:

- Torneamento

- Furação

- Fresagem

- Aplainamento

- Serragem

- Rectificação

- Electroerosão

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Aplicação da maquinagem na área Biomédica

Nos últimos tempos a procura e os pedidos de ferramentas e

máquinas têm crescido a um ritmo muito grande, por isso a área mecânica

tem sido o principal motor de resposta às exigências da sociedade

(qualidade do produto e redução do custo de fabrico dos mesmos).

Portanto esse crescente aumento na expectativa de vida da população

em exigindo melhorias e actualizações a diversas áreas da ciência.

Hoje em dia, verifica-se que as fronteiras entre as diferentes áreas do

conhecimento estão cada vez mais frágeis e é bom que desmorone,

permitindo o intercâmbio entre as áreas e acções cooperativas,

proporcionando melhorias significativas na resposta dada à sociedade em

geral, por exemplo na área relacionada com implantes: ortopédicos, há

equipas médicas, engenheiros mecânicos, programadores, designers e entre

outras áreas de conhecimento que têm vindo a desenvolver conjuntamente,

instrumentos/aparelhos/ferramentas e máquinas médicos e hospitalares bem

como também técnicas auxiliares de planeamento e execução cirúrgica,

selecção de materiais adequados para utilização como implantes, softwares

de visualização gráfica médica, design e fabricação de implantes

personalizados, bem como a optimização dos mesmos, permitindo assim

que as áreas de conhecimento andem de mãos dadas cuja finalidade é a

busca do bem-estar (físico, mental, pessoal, e social) da população.

Resumidamente podemos dizer que a maquinagem pode ajudar nas

várias e diversas áreas médicas, como nas análises clínicas: da ortopedia,

neurocirurgia, cirurgia, traumatologia bucomaxilofacial, oncologia e

implantodontia.

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Qualquer empresa ou instituição que presta serviços aos públicos

precisam de estar munidas de equipamentos/ máquinas e ferramentas

sofisticadas, sendo que na área médica presta um serviço delicado à

sociedade então é preciso que esteja apetrechada com máquinas/ aparelhos

médicos que sejam rápidas, confiáveis que optimize a produção e melhorar

a resposta dada aos pacientes.

Para além de nos hospitais e centros de saúde houver dispositivos

médicos de grandes dimensões, cito a mesa cirúrgica, aparelho de ultra-

som, macas, ao dispor dos médicos/enfermeiros encontra-se uma vasta e

diversificada gama de micro-ferramentas ou micro-peças, essas micro-

ferramentas ou micro-peças, como é de prever são maquinadas e caso

necessário tratadas para poderem ser veículo de contacto com o organismo

ou tecido do paciente, pois têm de ser biocompatíveis.

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Maquinagem de instrumentos/equipamentos médico -hospitalar

A maquinagem não está apenas ao serviço do sector mecânico

(automobilístico, aeronáutico etc.) mas sim está ao serviço de indústrias de

próteses, implantes, aparelhos cirúrgicos e sobretudo na produção de

equipamentos médicos/ hospitalares ou de suas peças, para uso médico.

Então, é muito importante que se tenha em consciência que a

maquinagem não é, e não pode ser vista apenas como meio de fabrico de

micro-peças / peças que fazem máquinas trabalharem e nem pode ser vista

como meio de produção ou preparação de peças que têm finalidade ou

função própria.

A maquinagem de peças médicas capazes de serem usadas como

alternativas funcionais a órgãos fracturados, amputados, ou a estruturas

ósseas anatómicas danificadas ou mesmo até por questões estéticas a

medicina tem se servido desse processo para responder às exigências do

doente /consumidor. Porém é preciso trabalhar com materiais de difícil

maquinagem (como por exemplo o titânio), com perfis complexos e

pequenos diâmetros, buscando, sempre, o máximo em precisão. Estas são

condições necessárias que todas as empresas que realizam a maquinagem

de peças pequenas, ou de micro-maquinagem. O mercado de implantes

odontológicos e ortopédicos é um bom exemplo desta demanda. Peças com

tamanho extremamente reduzido e/ou feitas sob medida que exigem

cuidados na escolha das ferramentas.

Por exemplo os implantes ortodontologicos são raízes metálicas

artificiais fabricadas com materiais biocompatíveis, i.e., o material deve

obedecer aos conceitos de biocompatibilidade e bioadesão

(osseointegração) e apresentar excelente resistência à corrosão. O material

deverá possuir também baixa densidade, alta resistência mecânica, pois os

esforços na mastigação podem chegar a 800 N e alta resistência à fadiga (os

implantes são também submetidos a esforços cíclicos), além de módulo de

elasticidade relativamente baixa.

Fig.0 Implantes Ortodontologico ou ortodontico de titânio.

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O titânio e suas ligas são empregados nas indústrias aeroespaciais, médicas,

química, alimentícia, petróleo e outras aplicações industriais, porque

possuem baixa densidade, excelente resistência à corrosão e boas

propriedades mecânicas à temperatura ambiente e à temperatura

moderadamente elevadas.

Normalmente os implantes são produzidos em aço inoxidável, titânio

maioritariamente importado dos Estados Unidos e da Europa, o titânio é

uma liga de cromo, cobalto, molibdénio e polietileno.

Obs. A maquinagem de micro-peças para a medicina está virada para

a produção e preparação de peças para todo o corpo, quer sob a forma de

próteses /implantes para substituir ossos e cartilagens, como aparelhos que

auxiliam as complexas cirurgias do coração ou outro órgão.

Muitas empresas produtoras de próteses fabricam implantes

ortopédicos, para joelho, quadril, ombro, coluna, para além de acessórios

como pinos, parafusos, fios, fixadores externos e equipamentos hospitalares

como autoclaves e mesas cirúrgicas.

Porém o processo de maquinagem de implantes possui um factor

essencial que é o acabamento das próteses, acabamento esse que é

importante para não dizer extremamente importante, por exemplo, uma

cabeça de fémur tem de ser extremamente polida, com uma rugosidade

mínima, para que tenha um deslizamento perfeito na articulação da anca.

Desenvolvimento de equipamentos para cirurgias para a área médica.

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Também da área médica, mas com outro enfoque, há empresas que

se dedicam a desenvolver equipamentos para cirurgias. O sector da

maquinagem processa componentes de aparelhos, dentre os quais a bomba

de circulação extra-corpórea, cuja função é manter o coração de um

paciente funcionando durante uma cirurgia cardíaca, os blenders utilizados

para misturar oxigénio e ar comprimido medicinal para oxigenar o sangue,

e o afastador de tórax, uma ferramenta de aço inoxidável que também

auxilia em cirurgias cardíacas.

Alguns componentes de equipamentos ou mesmo alguns

instrumentos médicos são fabricados com “aço inoxidável martensítico” e

depois do processo de maquinagem, são feitos tratamento térmico para

endurecimento e de polimento ou lixagem da superfície, para protecção dos

instrumentos.

Portanto o avanço significativo da tecnologia nos dias actuais aponta

para uma maior integração dos implantes ao organismo humano, com a

utilização de recursos electrónicos e digitais. No entanto, essas soluções

avançadas só serão possíveis pelo uso dos tradicionais processos mecânicos

para a fabricação de próteses e de ferramentas necessárias para o seu

fabrico. A maquinagem é parte essencial desse processo.

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Fabrico de implantes bucomaxilofaciais em titânio

Com a constante evolução da engenharia e das ciências da saúde,

estas áreas passaram a actuar em conjunto na implantação de componentes

para a correcção 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.

Os implantes bucomaxilofaciais são utilizados na correcção 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, é importante procurar a

nacionalização desta tecnologia, de modo a torná-la mais acessível.

É importante o desenvolvimento e aperfeiçoamento do processo de

fabrico de implantes bucomaxilofaciais de titânio, de uso geral, e de

reconstrução do maxilar, específico para cada paciente, por isso o processo

a seguir no fabrico pode ser utilizando sistemas CAD (Desenho Assistido

por Computador) /CAM (Manufactura Assistida por Computador)

integrados com uma fresadora CNC, ou seja uma fresadora sob Controlo

Numérico Computorizado) estas possuem uma grande capacidade de

flexibilização da geometria a ser fabricada, por serem facilmente

reprogramáveis.

Em várias universidades e hospitais brasileiros, têm-se desenvolvido

um extenso programa de reabilitação de pacientes portadores de

deformidades faciais decorrentes de traumatismos, malformações

congénitas e de necessidade de cirurgias oncológicas.

Com a utilização de implantes osseointegráveis de titânio em

deformações faciais, passou a ser possível a construção de próteses mais

delicadas, evitando-se o uso de outros elementos para sua fixação, e

consequente recuperação mais rápida.

São frequentes os casos de fractura de mandíbula, fémur, ocupando

os primeiros lugares dentre as fracturas dos ossos da face e dos ossos dos

membros, com incidência alta nos casos de acidentes automobilísticos ou

de trabalhos. Nestes casos, para um tratamento correcto há a necessidade de

se realizar um implante que atenda as necessidades específicas do paciente,

isto é, que seja fabricado sob medida.

No mundo a maior parte dos implantes têm que ser importados e a

altos custos, o que torna praticamente impossível tratar dos casos de

fractura de uma maneira mais correcta.

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Os diversos tipos de implantes desenvolvidos em laboratórios de

maquinagem podem apresentar quaisquer dimensões e/ou geometrias mas

essas dimensões e geometrias têm que ser aceitáveis.

A utilização da tecnologia CAD-CAM, aceleraram a fabricação e

também, tornam o processo de maquinagem mais flexível, facilitando

alterações de projecto ou fabrico para a adequação às necessidades de cada

paciente.

Fig.1- Sequência de operações no sistema CAM

utilizada no fabrico de implantes de titânio.

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Conclusão

O estado actual da tecnologia de fabrico por meio de operações de micro-

maquinagem, maquinagem de prototipagem tem crescido e pode-se concluir que muitas

aplicações já existem e que mais ainda surgirão, no decorrer dos próximos anos.

Com as máquinas, ferramentas e conhecimento actuais, muitas aplicações de micro-

maquinagem já são possíveis e oferecem soluções para problemas encontrados nas mais

diversas áreas principalmente na médica - odontológica e aeronáutica, mas também como

já disse muitas novas pesquisas e descobertas estão em curso/surgirão e têm de ser postas

no mercado multiplicando as aplicações nestas e em áreas ainda não exploradas. Desta

forma, as pesquisas em micro-maquinagem cada vez mais devem contribuir para o

desenvolvimento industrial, melhoramento da prestação de serviços nos sectores da saúde,

para isso é importante as parcerias entre universidades - empresas.

A engenharia biomédica tem mesmo o propósito de ser o veículo entre hospitais e a

área mecânica, uma vez que os engenheiros biomédicos têm a componente física,

mecânica ou em suma as de engenharia, o que vai permitir um ganho acentuado na

interpretação e resolução dos casos patológicos, traumáticos ou lesivos na área da

medicina odontológica, cirúrgica, ortopédica e também até mesmo na escolha e compra de

equipamentos hospitalares que respeitem às necessidades do médico e pacientes.

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Referências bibliográficas

[Links]:

http://www.hikari-bras.com.br/ArtigoUSP.pdf

http://www.hikari-bras.com.br/ArtigoUSP.pdf

http://www.hikari-bras.com.br/ArtigoUSP.pdf

http://www.grima.ufsc.br/cobef4/files/011082234.pdf

http://www.pucp.edu.pe/congreso/cibim8/pdf/15/15-36.pdf

http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/ju/agosto2009/ju438

pdf/Pag0607Monobloco.pdf

http://www.ndt.net/article/panndt2007/papers/101.pdf