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Title: Protótipos de grampos ortopédicos porosos de liga com memória de forma ni-ti: desenvolvimento e caracterização.
Other Titles: Prototypes of porous alloy orthopedic clamps with ni-ti shape memory: development and characterization.
???metadata.dc.creator???: SILVA, Paulo César Sales da.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: Lima, Antonio Gilson Barbosa de
???metadata.dc.contributor.advisor2???: ARAUJO, Carlos José de.
???metadata.dc.contributor.referee1???: GRASSI, Estephanie Nobre Dantas.
???metadata.dc.contributor.referee2???: Castro, Walman Benicio de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: OLIVEIRA, Nadja Maria da Silva.
???metadata.dc.contributor.referee4???: Otubo, Jorge.
Keywords: Ligas com memória de forma;Ligas Ni-Ti;Estruturas porosas;Análise por elementos finitos;Grampos ortopédicos;Shape memory alloys;Ni-Ti alloys;Bone staple;Porous structures;Finite element analysis;Alliages à mémoire de forme;Alliages Ni-Ti;Pinces orthopédiques;Structures poreuses;Analyse par éléments finis;Aleaciones con memoria de forma;Aleaciones de Ni-Ti;Abrazaderas ortopédicas;Estructuras porosas;Análisis de elementos finitos
Issue Date: 28-Feb-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SILVA, Paulo César Sales da. Protótipos de grampos ortopédicos porosos de liga com memória de forma ni-ti: desenvolvimento e caracterização. 2023. 135 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Processos) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023.
???metadata.dc.description.resumo???: Grampos ortopédicos de Ligas com Memória de Forma (LMF) do sistema binário Níquel-Titânio (Ni-Ti) Superelásticos (SE) são fixadores metálicos funcionais que possuem a capacidade única de exercer compressão contínua durante a recuperação da forma e compressão dinâmica, alinhando-se aos fatores mecanobiológicos associados à cicatrização óssea. Neste trabalho, foram utilizadas duas ligas de LMF Ni-Ti produzidas pelos processos VIM (Vaccum Induction Melting) e EBM (Electron Beam Melting) para testar a fabricação de protótipos de grampos porosos utilizando a tecnologia de fundição de precisão auxiliada por manufatura aditiva. Os resultados obtidos mostraram que a liga base EBM forneceu a melhor fundidibilidade para obter tais protótipos. Portanto, protótipos produzidos mostraram o comportamento mecânico de superelasticidade à isoterma de 37 °C, apresentando uma redução de até 20% no valor de força máxima, gerada na condição de máxima abertura das hastes, quando comparado a grampos densos. A rigidez secante variou com a temperatura e se situou na faixa entre 13 N/mm e 27,5 N/mm, apresentando uma redução de aproximadamente 14,1 % a 37 °C, quando comparado ao grampo denso. Por fim, foram avaliados a influência de parâmetros geométricos no comportamento mecânico e da distribuição de tensões e fração de martensita. Com isso, observou-se que o ângulo inicial das hastes possui uma maior influência na força gerada e que os poros introduzem concentradores de tensão, elevando assim os níveis de tensões e consequentemente a fração de martensita. Logo, foi possível demonstrar que a tecnologia pode ser utilizada para a obtenção de tais produtos, inclusive com a possibilidade de customização. E que tal tecnologia pode ser estendida para outros dispositivos médico implantáveis, como placas de fixação óssea, pinos e parafusos.
Abstract: Shape Memory Alloy (SMA) orthopaedic staples of the Superelastic (SE) binary system Nickel-Titanium (Ni-Ti) are functional metallic fixators that have the unique ability to exert continuous compression during shape recovery and dynamic compression, aligning due to mechanobiological factors associated with bone healing. In this work, two Ni-Ti SMA alloys produced by VIM (Vaccum Induction Melting) and EBM (Electron Beam Melting) processes were used to test the fabrication of porous staple prototypes using investment casting technology aided by additive manufacturing. The obtained results showed that the EBM alloy provided the best castability to obtain such prototypes. Therefore, prototypes produced showed the mechanical behavior of superelasticity at the isotherm of 37 °C, showing a reduction of up to 20% in the maximum force value, generated in the condition of maximum opening of the legs, when compared to dense staple of Ni-Ti SMA. The secant stiffness varied with the temperature and was in the range between 13 N/mm and 27.5 N/mm, showing a reduction of approximately 14.1% at 37 °C, when compared to the dense staple. Finally, the influence of geometric parameters on the mechanical behavior and on the stress distribution and martensite fraction were evaluated. Thus, it was observed that the initial angle of the legs has a greater influence on the generated force and that the pores introduce stress concentrators, thus increasing the stress levels and consequently the martensite fraction. Therefore, it was possible to demonstrate that the technology can be used to obtain such products, including the possibility of customization. And that such technology can be extended to other implantable medical devices, such as bone fixation plates, pins and screws.
Keywords: Ligas com memória de forma
Ligas Ni-Ti
Estruturas porosas
Análise por elementos finitos
Grampos ortopédicos
Shape memory alloys
Ni-Ti alloys
Bone staple
Porous structures
Finite element analysis
Alliages à mémoire de forme
Alliages Ni-Ti
Pinces orthopédiques
Structures poreuses
Analyse par éléments finis
Aleaciones con memoria de forma
Aleaciones de Ni-Ti
Abrazaderas ortopédicas
Estructuras porosas
Análisis de elementos finitos
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia de Processos
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/31891
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