Revisão teórica do uso de próteses cerâmicas na região femoral
Data
2019-07-10
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Resumo
The interaction of metallic biomaterials with the human body living tissue
results in a metallic ions liberation by the organism. For a hip prosthesis, larger
superficial contact is required, this liberation may even cause carcinogenic effects. It
is intended to obtain a alternative material for the titanium alloy (Ti-6Al-4V), currently
used in prosthesis, a structural analysis through the finite element method was
performed, for comparative purposes, using the Zirconia Toughened Alumina (ZTA)
ceramic, considering a human being weighing 60kg on a walk. From a initial
geometry, that shows well defined stress concentration points, was verified that the
maximum stress present in the prosthesis considering both materials shows very
close values, 90MPa to the ZTA and 80MPa to the Ti-6Al-4V. Intending to decrease
the maximum stress in the implant a new geometry was made, causing the decrease
to 47MPa, in both materials. In this case, can be considered that the ZTA ceramic as
good choice for replacement of the Ti-6Al-4V alloy, considering the chemical inertia
and some mechanical properties of the ceramic.
Descrição
A interação dos biomateriais metálicos com o tecido vivo do corpo humano
resulta em uma liberação de íons metálicos pelo organismo. No caso de uma
prótese de quadril é necessário um contato superficial maior, de forma que essa
liberação pode até causar efeitos carcinogênicos. Com o intuito de obter um material
alternativo para a liga de titânio (Ti-6Al-4V) usada atualmente em próteses, realizouse uma análise estrutural pelo método dos Elementos Finitos, para fins
comparativos, utilizando a cerâmica zircônia-alumina (Zirconia Toughened Alumina –
ZTA) numa prótese de quadril, levando em consideração um ser humano de 60kg
em uma caminhada. A partir de uma geometria inicial, que apresenta pontos de
concentração de tensão bem definidos, foi verificado que a tensão máxima presente
na prótese em relação aos dois materiais apresenta valores na ordem de 90MPa
para a ZTA e 80MPa para o Ti-6Al-4V. Com a intenção de diminuir a tensão máxima
no implante uma nova geometria foi criada visando menos concentradores de
tensão, fazendo com que os valores máximos de tensão diminuíssem para
aproximadamente 47MPa nos dois materiais. Nesse caso, pode-se considerar a
cerâmica ZTA como uma boa alternativa para a substituição da liga de Ti-6Al-4V,
levando em consideração a inércia química da cerâmica e algumas de suas
propriedades mecânicas.
Palavras-chave
Análise estrutural (Engenharia), Método dos elementos finitos, Quadril artificial, ZTA, Ti-6AI-4V
Referência
VASCONCELOS FILHO, Elenilton Xavier Revisão teórica do uso de próteses cerâmicas na região femoral. 2019. 54 f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia de Mecânica) - Unidade Acadêmica do Cabo de Santo Agostinho, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 2019.