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LARA CAROLINE PEREIRA DOS SANTOS ANÁLISE DE RUGOSIDADE E ENERGIA SUPERFICIAL DE AMOSTRA FABRICADA POR MANUFATURA ADITIVA VISANDO APLICAÇÃO EM IMPLANTES DENTÁRIOS UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA 2018

ANÁLISE DE RUGOSIDADE E ENERGIA SUPERFICIAL DE … · – Laboratório de Tribologia e Materiais e da PUC-Rio – Pontifícia Universidade Católica do ... densos e, principalmente

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  • LARA CAROLINE PEREIRA DOS SANTOS

    ANLISE DE RUGOSIDADE E ENERGIA SUPERFICIAL DE AMOSTRA FABRICADA POR

    MANUFATURA ADITIVA VISANDO APLICAO EM IMPLANTES DENTRIOS

    UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

    FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA

    2018

  • ii

    LARA CAROLINE PEREIRA DOS SANTOS

    ANLISE DE RUGOSIDADE E ENERGIA SUPERFICIAL DE AMOSTRA FABRICADA POR

    MANUFATURA ADITIVA VISANDO APLICAO EM IMPLANTES DENTRIOS

    Trabalho de concluso de curso apresentado ao curso

    de graduao em Engenharia Mecnica da Faculdade de

    Engenharia Mecnica da Universidade Federal de

    Uberlndia, como parte dos requisitos para a obteno

    do ttulo de Bacharel em Engenharia Mecnica.

    rea de Concentrao: Materiais e Processos de

    Fabricao

    Orientador: Prof. Dr. Alexandre Zuquete Guarato

    Uberlndia MG

    2018

  • iii

    LARA CAROLINE PEREIRA DOS SANTOS

    ANLISE DE RUGOSIDADE E ENERGIA SUPERFICIAL DE AMOSTRA FABRICADA POR

    MANUFATURA ADITIVA VISANDO APLICAO EM IMPLANTES DENTRIOS

    Trabalho de concluso de curso Engenharia

    Mecnica pela Faculdade de Engenharia Mecnica da

    Universidade Federal de Uberlndia.

    rea de Concentrao: Materiais e Processos de

    Fabricao

    Banca Examinadora:

    Prof. Dr. Alexandre Zuquete Guarato FEMEC UFU Orientador

    Prof. Dr. Alberto Arnaldo Raslan FEMEC UFU

    Prof. Dr. Mrcio Peres de Souza FEMEC UFU

    Uberlndia, 2018

  • iv

    Dedico este trabalho minha famlia e amigos, que sempre me apoiaram. Sem vocs

    nada disto seria possvel.

  • v

    AGRADECIMENTOS

    Agradeo primeiramente minha famlia, principalmente a meu pai Adevailton, minha

    me Eliane, s minhas irms Gabriela e Lorena e minha afilhada Maria Clara, pelo total

    suporte, pacincia e compreenso durante toda esta jornada. Vocs me ensinaram o que

    carinho e amor. No consigo colocar em palavras toda a admirao e gratido que sinto.

    Agradeo aos meus amigos, que sempre acreditaram em mim, me do conforto e me

    trazem alegria, mesmo nos momentos mais desesperadores. Aos amigos do Flawless

    Danger, Alxia, Arantxa, Joo Paulo, Lais, Olvio, Pmella e Rafaella, aos amigos do Back to

    Brazil, Isis, Rebeca, Maria Helena, Fernanda, Gregrio, Jos, Leo, Patrcia, Renata e Marcela,

    e as amigas do Mecanicats, Victoria, Eliza e Nathaly, o meu muitssimo obrigado. Amo muito

    todos vocs.

    Gostaria de agradecer tambm ao John, a pessoa mais incrvel que j conheci, por

    sempre estar comigo apesar de todas as adversidades. Voc me faz acreditar que tudo

    possvel.

    No posso deixar de agradecer ao meu orientador Alexandre, que com sua calma,

    ateno e exemplo nunca deixou de me motivar, e pessoa que originou a ideia deste projeto,

    professor Raslan. Vocs so uma inspirao para mim.

    Agradeo equipe do LEPU Laboratrio de Ensino e Pesquisa em Usinagem, do LTM

    Laboratrio de Tribologia e Materiais e da PUC-Rio Pontifcia Universidade Catlica do

    Rio de Janeiro pelo auxlio na realizao deste trabalho e por acreditarem nele tanto quanto

    eu.

    Aos demais colegas, professores e tcnicos administrativos da UFU Universidade

    Federal de Uberlndia, e a todos os outros que no foram aqui citados, mas que de alguma

    forma influenciaram na realizao deste estudo, obrigada!

  • vi

    It is a capital mistake to theorize before one has data.

    Insensibly one begins to twist facts to suit theories, instead of theories to suit facts.

    - Sherlock Holmes

    (Arthur Conan Doyle, 1892)

  • vii

    SANTOS, L. C. P. Anlise de rugosidade e energia superficial de amostra fabricada por

    manufatura aditiva visando aplicao em implantes dentrios. 2018. 50 f. Trabalho de

    Concluso de Curso (Graduao em Engenharia Mecnica) - Universidade Federal de

    Uberlndia, Uberlndia, 2018.

    Resumo

    Implantes intrasseos so usados na odontologia para substituir dentes perdidos e funcionam

    como razes artificiais, onde uma prtese dentria ser ancorada. O fenmeno de crescimento

    de tecido do osso na superfcie do implante conhecido como osseointegrao, e diversas

    estratgias so usadas para melhorar a osseointegrao de implantes dentrios, como por

    exemplo, modificar a rugosidade e aumentar a energia da superfcie do implante. Com a

    recente popularizao da manufatura aditiva / impresso 3D, h um interesse crescente na

    aplicao desta tecnologia na fabricao de implantes, j que a manufatura aditiva oferece

    uma srie de vantagens, como a gerao de implantes com design, porosidade e rugosidade

    customizadas. Tendo em vista estes aspectos, foram mensuradas a rugosidade e a energia

    superficial de uma amostra plana produzida por manufatura aditiva com o intuito de verificar

    a viabilidade do uso desta tecnologia para fabricao de implantes dentrios. Os valores

    medidos foram comparados com dados informados na literatura para implantes comerciais e

    verificou-se que o uso de manufatura aditiva no contexto odontolgico vivel em relao aos

    parmetros de superfcie. Inclusive, um grande potencial desta proposta a possibilidade de

    eliminao de tratamentos superficiais posteriores, permitindo maior rapidez e reduo dos

    custos de produo destes implantes.

    Palavras Chave: Implantes, Rugosidade, Energia superficial, Manufatura aditiva, Impresso

    3D

  • viii

    SANTOS, L. C. P. Roughness and surface energy analysis of sample produced by

    additive manufacturing aiming application on dental implants. 2018. 50 f. Final Project

    (Mechanical Engineering) Federal University of Uberlandia, Uberlandia, 2018.

    Abstract

    Intraosseous implants are used in dentistry to replace lost teeth and function as artificial roots,

    where a dental prosthesis will be anchored. The phenomenon of bone tissue growth on the

    surface of the implant is known as osseointegration, and several strategies are used to improve

    osseointegration on dental implants, such as modifying surface roughness and increasing the

    implant surface energy. With the recent popularization of additive manufacturing / 3D printing,

    there is an increasing interest in the application of this technology in implant manufacturing,

    since it offers several advantages such as the generation of implants with customized design,

    porosity and roughness. Considering these aspects, the roughness and surface energy of a

    flat sample produced by additive manufacturing were measured in order to verify the feasibility

    of this manufacturing technology for dental implants. The measured values were compared

    with data reported in the literature for commercially available implants and it was found that

    the use of additive manufacturing in the dental context is suitable in relation to the surface

    parameters. In addition, a great prospect of this proposal is the possibility of elimination of

    posterior surface treatments, allowing faster and cheaper production of these implants.

    Keywords: Implants, Roughness, Surface energy, Additive manufacturing, 3D printing

  • ix

    LISTA DE FIGURAS

    Figura 1: Geometrias TPMS usadas por Yan et al. (2015) (YAN et al., 2015). .................................... 21

    Figura 2: Geometrias giride projetadas por Ynez et al. (2018), onde tem-se a clula unitria na

    primeira coluna e a fotografia real na segunda coluna (YNEZ et at., 2018). ..................................... 22

    Figura 3: Implante comercial da marca Neodent. Foto de acervo prprio. ........................................... 29

    Figura 4: Implante para cobaias do tipo 1 no projetor de perfil. Foto de acervo prprio. ..................... 29

    Figura 5: Implante para cobaias do tipo 2 no projetor de perfil. Foto de acervo prprio. ..................... 30

    Figura 6: Implante para cobaias do tipo 2. Foto de acervo prprio. ..................................................... 30

    Figura 7: Objeto desenvolvido no software Inventor atravs de medies realizadas no projetor de perfil

    Mitutoyo PJ-A3000. ............................................................................................................................... 31

    Figura 8: Objeto 3D obtido pelo escaneamento e arquivo visualizado no software Inventor. .............. 32

    Figura 9: Impressora EOS M 280 (MARZANO, 2015). ......................................................................... 33

    Figura 10: Fotografia capturada com MEV ........................................................................................... 33

    Figura 11: Fotografia capturada com smartphone ................................................................................ 33

    Figura 12: Procedimento de medio do ngulo de contato no software Surftens .............................. 34

    Figura 13: Resultados da medio de rugosidade plotados ................................................................. 36

    https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644537https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644538https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644538https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644539https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644540https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644541https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644542https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644543https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644543https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644546https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644547https://d.docs.live.net/99614e00d5f1721a/TCC/TCC%20Lara%20-%20Com%20Correes.docx#_Toc517644548

  • x

    LISTA DE TABELAS

    Tabela 1: Resultados da medio de rugosidade ................................................................................. 35

    Tabela 2: Resultado das medies de ngulo de contato em graus .................................................... 38

    Tabela 3: Resultado dos clculos de energia da superfcie ................................................................. 38

    Tabela 4: Comparao dos resultados de mdia da rugosidade ......................................................... 40

    Tabela 5: Comparao de ngulo de contato e energia superficial (dados da literatura para ao

    inoxidvel) ............................................................................................................................................. 41

    Tabela 6: Comparao de ngulo de contato e energia superficial (dados da literatura para titnio) . 41

  • xi

    LISTA DE ABREVIAES E SMBOLOS

    2D: duas dimenses

    3D: trs dimenses

    ADA: American Dental Association

    CAD: Computer-aided design (Desenho assistido por computador)

    DAA: duplo ataque cido

    Dif: diferena

    EBM: Electron Beam Melting

    ISO: International Organization for Standardization (Organizao Internacional de

    Normalizao)

    MEV: microscpio eletrnico de varredura

    NBR: Norma Brasileira

    OWRK: Owens, Wendt, Rabel e Kaeble

    Ra: rugosidade mdia (parmetro 2D)

    Rdq: raiz quadrtica da mdia da inclinao do perfil das irregularidades (2D)

    Rku: kurtosis

    Rq: rugosidade mdia quadrtica (2D)

    Rsk: skewness

    RSm: parmetro de espaamento do valor mdio da largura dos elementos do perfil

    Rz: altura mxima do perfil de rugosidade

    : rugosidade media (parmetro 3D)

    : equivalente 3D do RSm

    : razo entre a rea da superfcie analisada e a rea planificada de referncia

    SLM: Selective Laser Melting

    : equivalente a RSm

    : rugosidade mdia quadrtica (3D)

    : parmetro de rugosidade espacial 3D que representa a direcionalidade da textura

    : raiz quadrtica da mdia da inclinao do perfil das irregularidades

    Ti-6Al-4V: liga de titnio

    TPMS: Triply Periodic Minimal Surface

    : tenso superficial do lquido

    : tenso interfacial lquido/vapor

    : tenso superficial do slido

    : tenso interfacial slido/lquido

  • xii

    : tenso interfacial slido/vapor

    : equivalente a Rdq

    : ngulo de contato

  • xiii

    LISTA DE EQUAES

    Equao 1: Equao de Young ............................................................................. 27

    Equao 2: Equao de Young reescrita .............................................................. 28

  • xiv

    SUMRIO

    CAPTULO I - INTRODUO ............................................................................................. 15

    1.1 Contextualizao ........................................................................................................... 15

    1.2 Objetivos ........................................................................................................................ 16

    CAPTULO II - REVISO BIBLIOGRFICA ......................................................................... 18

    2.1 Superfcie dos implantes ................................................................................................ 18

    2.1.1 Rugosidade ................................................................................................................. 18

    2.1.2 Energia da superfcie .................................................................................................. 20

    2.2 Porosidade dos implantes .............................................................................................. 21

    2.3 Manufatura dos implantes .............................................................................................. 23

    2.4 Material dos implantes ................................................................................................... 23

    2.5 Geometria dos implantes ............................................................................................... 25

    2.6 Como medir a rugosidade e a molhabilidade dos implantes .......................................... 25

    2.6.1 Avaliao da rugosidade ............................................................................................. 25

    2.6.2 Avaliao da molhabilidade......................................................................................... 27

    CAPTULO III - METODOLOGIA ........................................................................................ 29

    CAPTULO IV - RESULTADOS E DISCUSSES ............................................................... 35

    4.1 Rugosidade .................................................................................................................... 35

    4.2 ngulo de contato .......................................................................................................... 38

    4.3 Sntese dos resultados .................................................................................................. 40

    CAPTULO V - CONCLUSES .......................................................................................... 42

    SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................................... 44

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 45

    ANEXO 1 DADOS BRUTOS DE RUGOSIDADE ............................................................. 50

  • CAPTULO I

    - I NTRODU O

    INTRODUO

    1.1 Contextualizao

    Implantes intrasseos so usados na odontologia para substituir dentes perdidos

    (VOOTLA; REDDY, 2017) . Estes implantes so inseridos para funcionar como razes

    artificiais, nas quais uma prtese dentria ser ancorada (VOOTLA; REDDY, 2017).

    Brnemark et al. em 1969 foi o primeiro pesquisador a reportar o crescimento de tecido do

    osso na superfcie de um implante metlico, e mais tarde, em 1977, criou o termo

    osseointegrao para descrever tal fenmeno (ALBREKTSSON; ALBREKTSSON, 1987).

    Diversos fatores afetam a osseointegrao de um implante dentrio, incluindo a

    biocompatibilidade do material, o design e a superfcie do implante, a tcnica cirrgica usada

    na insero do implante, as condies de carga aplicadas no implante aps insero e a

    situao do osso hospedeiro (ALBREKTSSON; ALBREKTSSON, 1987).

    Convencionalmente, implantes dentrios disponveis no mercado so fabricados

    atravs da usinagem de titnio comercialmente puro ou em liga, e depois submetidos a

    tratamentos superficiais (TUNCHEL et al., 2016). Essas modificaes superficiais possuem o

    objetivo de melhorar e acelerar a osseointegrao, principalmente aumentando a

    molhabilidade e manipulando a topografia (JEMAT et al., 2015).

    A molhabilidade de uma superfcie caracterizada pela tendncia ou no de um lquido

    se espalhar sobre esta (FARIAS, 2016). Quanto maior a energia de uma superfcie, melhor

    ser a molhabilidade desta, pois o lquido consequentemente se espalhar por uma rea mais

    ampla.

    Enquanto isso, a topografia de uma superfcie formada por uma combinao de forma

    geomtrica, ondulao e rugosidade (WILLIAMS, 2005). Acredita-se que superfcies rugosas

    possuem uma melhor osseointegrao que superfcies lisas (WENNERBERG;

    ALBREKTSSON, 2009).

    Alm de requerer tratamentos superficiais posteriores, implantes convencionais so

    densos e, principalmente implantes mdicos de quadril e joelho, que so geralmente

  • 16

    fabricados por fundio e forjamento, causam um enfraquecimento dos ossos vizinhos, j que

    h uma diferena entre a rigidez do material do implante e dos ossos (BOSE et al., 2018).

    Com a recente popularizao da manufatura aditiva, a aplicao deste processo de

    fabricao no contexto mdico e odontolgico se tornou uma interessante alternativa ao

    processo convencional.

    Manufatura aditiva o nome dado a tecnologia de fabricao que constri objetos a

    partir de um modelo computacional 3D CAD atravs de sucessivas camadas de material

    (FAHAD; HOPKINSON, 2012). Diferentes tcnicas so usadas para gerar tais camadas, como

    por exemplo sinterizao a laser, e vrios materiais podem ser processados, inclusive metais

    e cermicas (BOSE et al., 2018). Manufatura aditiva tambm pode ser conhecida por outros

    nomes, como impresso 3D e prototipagem rpida.

    O uso desta tecnologia traz diversas vantagens para a rea mdica e odontolgica,

    como:

    Manufatura de implantes com porosidade controlada, j que a porosidade pode

    reduzir a rigidez do material e fazer com que este se assemelhe melhor ao osso vizinho (BOSE

    et al., 2018). Alm de diminuir o peso do implante (JAVAID; HALEEM, 2017).

    Criao de um modelo computacional prvio do implante, que pode ter design

    customizado, tem baixo custo e auxilia no planejamento da cirurgia, reduzindo tempo e

    melhorando a preciso mdica (JAVAID; HALEEM, 2017).

    Fabricao rpida de geometrias complexas com tima repetibilidade e acuracidade

    (SALMI et al., 2013).

    Sobre o uso de manufatura aditiva no contexto mdico e odontolgico, em 2004 apenas

    3 artigos foram publicados nesta rea, j em 2016, 133 artigos foram publicados, o que indica

    um crescente interesse no potencial desta aplicao (JAVAID; HALEEM, 2017).

    1.2 Objetivos

    O objetivo geral deste projeto analisar a rugosidade e a molhabilidade de uma amostra

    produzida por manufatura aditiva e verificar a viabilidade do uso de manufatura aditiva na

    fabricao de implantes dentrios.

    Os objetivos especficos deste projeto so:

    realizar reviso bibliogrfica sobre o tema proposto, que engloba: vantagens no

    uso da manufatura aditiva no contexto mdico e odontolgico, fatores que afetam

    a osseointegrao de implantes dentrios, relevncia da rugosidade e

    molhabilidade no funcionamento dos implantes dentrios e como caracteriz-las;

  • 17

    analisar a rugosidade e a molhabilidade de uma amostra plana produzida por

    manufatura aditiva;

    comparar os valores obtidos com dados encontrados em literatura para

    implantes comerciais.

  • CAPTULO II

    - REVI SO BIBLIOG RFI C A

    REVISO BIBLIOGRFICA

    As estratgias usadas para melhorar a osseointegrao de implantes dentrios

    consistem em alterar a biocompatibilidade dos implantes, modificar as tcnicas cirrgicas e

    mudar o design (ELIAS, 2011). Este captulo apresenta uma reviso bibliogrfica sobre

    algumas variveis que afetam o sucesso de um implante dentrio, focando principalmente nos

    parmetros que interferem na biocompatibilidade.

    2.1 Superfcie dos implantes

    Caractersticas da superfcie como rugosidade, energia e composio qumica

    influenciam o crescimento celular principalmente nos primeiros estgios da osseointegrao

    (ELIAS, 2011). Portanto, numerosas modificaes superficiais foram desenvolvidas a fim de

    melhorar a osseointegrao, diminuir o tempo de cicatrizao e melhorar a estabilidade do

    implante (ELIAS, 2011).

    A estabilidade total de um implante a soma da estabilidade primria e da secundria

    (ROCHA, 2010). A estabilidade primria a resistncia mxima ao movimento do implante no

    final da insero, j a estabilidade secundria obtida com a osseointegrao (ROCHA,

    2010). De acordo com Elias (2011), a estabilidade primria de um implante dentrio depende

    da forma do implante e da morfologia da superfcie, enquanto que a estabilidade secundria

    depende principalmente da superfcie do implante.

    2.1.1 Rugosidade

    Superfcies de engenharia, alm de apresentar erros de geometria e forma, sempre

    tero uma rugosidade superficial (WILLIAMS, 2005). Quando se tiram os erros de forma da

    anlise, uma superfcie composta de ondulao e rugosidade (WILLIAMS, 2005). A

  • 19

    ondulao ocorre geralmente na escala dos milmetros e em comprimentos de onda

    relativamente longos, j a rugosidade varia em um comprimento de onda muito menor e alta

    frequncia (WILLIAMS, 2005).

    Wennerberg e Albrektsson (2009) identificaram 1184 publicaes no PubMed como

    relevantes ao assunto de anlise da superfcie de implantes odontolgicos feitos de titnio

    visando a osseointegrao. Destes, apenas 100 foram revistos, pois realizaram testes in vivo.

    Depois desta reviso bibliogrfica, os resultados foram que superfcies lisas (Sa < 1 m)

    mostraram uma osseointegrao menor que superfcies rugosas. Alguns estudos sugeriram

    que superfcies moderadamente rugosas (1 m < Sa< 2 m) se aderem melhor ao tecido do

    osso que superfcies rugosas (Sa > 2 m). Entretanto, somente este parmetro da superfcie

    (Sa) foi analisado nos estudos em questo. As concluses foram que a maioria dos artigos

    publicados fizeram uma caracterizao inadequada da superfcie dos implantes e que no

    somente parmetros de altura devem ser usados, mas tambm parmetros hbridos e

    espaciais.

    Neste contexto, Elias et al. (2008) investigaram a rugosidade e o ngulo de contato de

    implantes odontolgicos usinados que passaram por diferentes tratamentos superficiais. Os

    testes in vivo sugeriram que os tratamentos superficiais beneficiaram a biocompatibilidade

    dos implantes.

    Entretanto, Li et al. (2012) fabricaram implantes de liga de titnio Ti-6Al-4V usando

    manufatura aditiva e controlando a estrutura interna dos poros. Testes in vivo e in vitro foram

    realizados usando os implantes separados em dois grupos: com e sem uma camada

    superficial de apatita. O crescimento do osso para dentro dos implantes com e sem apatita foi

    similar.

    Ainda nesta linha, Bertollo et al. (2012) compararam em testes in vitro implantes

    fabricados por manufatura aditiva e implantes com revestimento de titnio aplicado com

    plasma. Nenhuma diferena significativa foi encontrada.

    Biemond et al. (2013) tambm fizeram testes comparativos usando implantes

    produzidos por duas tcnicas de manufatura aditiva diferentes (selective laser melting ou SLM

    e electron beam melting ou EBM) com e sem revestimento superficial de fosfato de clcio. Os

    testes foram realizados em bodes e nenhuma diferena significativa foi encontrada.

    Cardoso (2014) desenvolveu um dispositivo para mandbula customizado, poroso e

    fabricado em titnio por manufatura aditiva sem tratamento superficial posterior. Ao realizar

    ensaios de flexo e in vitro, verificou que o dispositivo vivel para aplicao odontolgica.

    Longhitano et al. (2015) avaliaram a rugosidade de amostras produzidas pela mesma

    impressora que Cardoso (2014), utilizando o mesmo material e os mesmos parmetros de

    impresso. Foram medidos os parmetros Ra e Rz de amostras com e sem tratamentos

  • 20

    superficiais. Ao comparar os dados obtidos, observaram que a amostra tratada com

    jateamento e ataque qumico apresentou o menor resultado entre todas as amostras, com um

    valor de Ra de 4 m. A amostra sem nenhum tratamento apresentou Ra igual a 6 m. Ambos

    valores so considerados rugosos por Wennerberg e Albrektsson (2009).

    Por fim, Matouskova et al. (2018) realizaram testes in vitro e mediram a rugosidade de

    amostras de titnio produzidas por manufatura aditiva. Foi verificado o parmetro Ra. A

    amostra que passou por jateamento apresentou Ra igual a 3,4 m, enquanto a amostra sem

    tratamento superficial apresentou Ra igual a 13,3 m. Entretanto, os testes in vitro mostraram

    um melhor crescimento celular na amostra sem tratamento superficial.

    Estes estudos sugerem que implantes porosos fabricados por manufatura aditiva

    podem ser usados sem a necessidade de tratamento superficial posterior, enquanto que

    implantes tradicionais usinados necessitam destes tratamentos.

    2.1.2 Energia da superfcie

    A molhabilidade de um sistema caracterizada pelo ngulo de contato, cuja definio

    consiste no ngulo formado na interface entre a superfcie slida e uma gota de lquido. Um

    ngulo de contato pequeno (inferior a 90) indica que a superfcie slida est bem molhada e

    portanto hidroflica, um ngulo de contato maior que 90 indica que o fluido no se espalha

    sobre a superfcie e esta hidrofbica. A molhabilidade influenciada tanto pela composio

    qumica, quanto pela rugosidade (MARMUR, 2009).

    Para determinar a energia de uma superfcie, o mtodo mais comum atravs do

    ngulo de contato, onde diversas abordagens e equaes existem para correlacionar ambos

    (HEJDA; SOLAR; KOUSAL, 2010).

    A energia superficial de um implante um fator importante na osseointegrao, pois

    quando a superfcie de um implante carregada positivamente, esta se torna hidroflica, e

    protenas essenciais ao processo de osseointegrao se aderem nesta superfcie

    (SARTORETTO et al., 2015). Alm de interferir na capacidade de absoro de protenas, uma

    maior energia superficial influi na manuteno e formao de cogulos, assim como na

    adeso e diferenciao celular, acelerando o processo de osseointegrao (FARIAS, 2016).

    A fim de correlacionar energia superficial e crescimento celular, Hallab et al. (2001)

    mediram o ngulo de contato de amostras de sete biomateriais diferentes usando gotas de

    seis lquidos em cada material. Os pesquisadores encontraram que em metais, a adeso

    celular aumenta linearmente com a energia superficial.

  • 21

    2.2 Porosidade dos implantes

    A osseointegrao de um implante pode ser melhorada quando se tem uma superfcie

    porosa que replica as propriedades biomecnicas do osso localizado ao seu redor. Alm

    disso, um implante poroso promove um crescimento do osso para dentro de sua estrutura

    metlica, acelerando o processo de integrao (WANG et al., 2016).

    Sendo assim, de acordo com Wang et al. (2016) o parmetro mais importante que

    influencia o crescimento do osso para dentro da estrutura porosa metlica o tamanho do

    poro, que de acordo com alguns pesquisadores possui tamanho ideal entre 200 e 400 m.

    Por outro lado, outros pesquisadores obtiveram resultados promissores utilizando

    poros de tamanho maiores. Palmquist et al. (2013) realizaram testes em ovelhas com

    implantes produzidos por manufatura aditiva com porosidade entre 65 e 70% e tamanho de

    poros entre 500 e 700 m. Um alto grau de osseointegrao foi obtido.

    Yan et al. (2015) produziram implantes de Ti-6Al-4V com alta porosidade (80-95%) via

    manufatura aditiva. Os poros foram construdos usando duas geometrias TPMS Triply

    Periodic Minimal Surface, que possuiam tamanho que variavam entre 560-1600 m e 480-

    1450 m. Estruturas TPMS so diferentes estruturas observadas em membranas biolgicas

    cuja geometria diferencial simtrica e cristalogrfica. Tais implantes mostraram uma alta

    similariedade com o osso vizinho.

    Figura 1: Geometrias TPMS usadas por Yan et al. (2015) (YAN et al., 2015).

  • 22

    Tambm usando geometrias TPMS e manufatura aditiva, Ynez et al. (2018)

    imprimiram seis amostras com estruturas porosas girides de titnio e testaram

    mecanicamente quatro. A estrutura giride normal apresentou um comportamento mecnico

    mais homogneo, enquanto a deformada apresentou um melhor comportamento quando a

    carga aplicada era compressiva.

    A formao de poros ocorre naturalmente durante o processo de fabricao da

    manufatura aditiva. Entretanto, de acordo com Sing et al. (2015) esta formao deve ser

    controlada selecionando cuidadosamente os parmetros de impresso da mquina, como

    Figura 2: Geometrias giride projetadas por Ynez et al. (2018), onde tem-se a clula unitria na

    primeira coluna e a fotografia real na segunda coluna (YNEZ et at., 2018).

  • 23

    potncia do laser, velocidade de varredura do laser e distncia entre filetes que formam a

    camada.

    Portanto, estudos deixam claro que a porosidade do implante importante, sendo

    recomendvel que esta seja inclusive controlada. Entretanto, no se parece ter um consenso

    quanto ao tamanho do poro e a porcentagem de porosidade. A geometria dos poros tambm

    pode influenciar o sucesso do implante.

    2.3 Manufatura dos implantes

    Implantes tradicionais comerciais so manufaturados atravs da usinagem do titnio

    comercialmente puro ou na liga Ti-6Al-4V. Aps a usinagem, eles so tratados

    superficialmente atravs de diferentes processos que visam tornar a superfcie mais rugosa e

    biocompatvel, j que diversos estudos mostram que superfcies rugosas beneficiam o

    comportamento das clulas e a resposta ssea (TUNCHEL et al., 2016).

    Considerando ento estas necessidades e a recente popularizao da manufatura

    aditiva (ou impresso 3D), Tunchel et al. (2016) propuseram produzir implantes dentrios via

    impresso 3D, que j geraria a rugosidade procurada sem a necessidade de nenhum

    tratamento superficial posterior. Tunchel et al. (2016) utilizaram implantes fabricados em um

    atmosfera controlada de argnio atravs de p de liga de titnio (Ti-6Al-4V) cujas partculas

    possuam tamanhos entre 25 e 45 m. Os implantes dentrios foram ento fixados em 82

    pacientes. No total, 110 implantes foram instalados, sendo 65 na maxila e 45 na mandibla.

    Os pacientes foram ento observados por 3 anos e no fim do estudo 6 implantes falharam,

    gerando uma taxa de sucesso de 94,3%. Por fim, Tunchel et al. (2016) concluram que,

    considerando os resultados obtidos, tcnicas de impresso 3D / manufatura aditiva

    representam uma opo vivel na produo de implantes dentrios.

    Ainda neste contexto, Mangano et al. (2014) realizaram uma reviso bibliogrfica

    contendo 27 estudos que avaliaram o uso de implantes dentrios de titnio fabricados atravs

    de manufatura aditiva. A concluso foi que diversos estudos mostraram o potencial destes

    implantes. Entretanto, ainda no h uma comparao com os implantes tradicionais.

    2.4 Material dos implantes

    A fim de otimizar a performance dos implantes, o material dos mesmos deve ser

    selecionado apropriadamente. O material no pode reagir negativamente com o meio

  • 24

    biolgico e ainda deve manter boa resposta mecnica (SAINI et al., 2015). Saini et al. (2015)

    fizeram uma reviso de todos os biomateriais usados em implantes dentrios, focando nos

    pros e contras e mencionando tambm novas tendncias e as propriedades procuradas no

    material.

    De acordo com Saini et al. (2015), o mdulo de elasticidade deve ser prximo ao do

    osso, o material deve ter alta resistncia trao e compresso, alta tenso de escoamento,

    ser resistente a fadiga, possuir ductilidade mnima de 8% de acordo com ADA (American

    Dental Association), e quanto mais duro e resiliente, menor a ocorrncia de desgaste e fratura.

    Alm disso, o material deve ser resistente corroso.

    Ainda de acordo com Saini et al. (2015), no sculo 21 o material mais usado na

    fabricao de implantes dentrios o titnio e suas ligas, sendo outros metais, como ouro,

    ao inoxidvel e liga de Cobalto-Cromo, considerados obsoletos. Polmeros possuem

    propriedades mecnicas inferiores, no se aderem adequadamente ao tecido vivo e causam

    reaes imunolgicas adversas. Cermicas, por serem inertes, possurem boas propriedades

    fsicas e alta dureza, j foram usadas em implantes. Contudo, sua baixa ductilidade e

    resistncia a fratura limitou seu uso.

    Gok et al. (2017) avaliaram computacionalmente o uso de parafusos no tratamento de

    fratura do colo do fmur. Um osso femoral foi escaneado e depois convertido para um modelo

    3D, a fratura foi modelada usando SolidWorks, parafusos de trs materiais diferentes (titnio,

    ao inoxidvel e cobalto-cromo) foram analisados numericamente atravs do Ansys. Aps a

    anlise, foi concludo que o material que exibiu melhor comportamento o titnio, j que este

    minimizou a criao de tenses prximo da fratura.

    Entretanto, Brown et al. (2014) inseriram parafusos de ao inoxidvel e de liga de titnio

    em um grupo de 12 ratos. Aps seis semanas, os ratos foram eutanizados e a estabilidade e

    o torque de remoo dos implantes foram medidos. O dano causado ao osso e a porcentagem

    do implante em contato com o osso em um nvel microscpico foram quantificados. Todos os

    implantes estavam estveis aps as seis semanas e a nica diferena encontrada entre os

    implantes foi um torque de insero 9% maior para o ao inoxidvel. Brown et al. (2014)

    concluram por fim que ambos materiais so adequados para aplicaes ortodnticas.

    Portanto, metais parecem ser o material de escolha para implantes, sendo titnio o

    mais comum e popularmente aceito. Todavia, ao inoxidvel tambm apresenta um

    comportamento apropriado.

  • 25

    2.5 Geometria dos implantes

    Mudanas na macro geometria possuem influncia no sucesso dos implantes, j que

    as caractersticas do design so responsveis pela quantidade de osso e em como este entra

    em contato com o implante (NAVES et al., 2015).

    Naves et al. (2015) mostraram que implantes de geometrias diferentes, porm

    produzidas pelo mesmo fornecedor, usando o mesmo material, mesmo mtodo de fabricao

    e submetidas aos mesmos tratamentos superficiais, possuem valores de rugosidade

    diferentes. Alm disso, os valores de rugosidade variam bastante quando medidas no topo,

    no vale e no flanco do implante. Os flancos e vales apresentaram maior rugosidade que o

    topo, sugerindo que as partculas abrasivas ricochetearam para os vales e flancos.

    Foram tambm medidas a rugosidade de discos planos que passaram pelos mesmos

    tratamentos superficiais. A rugosidade dos discos foi similar das regies dos implantes que

    possuam o ngulo entre as partculas abrasivas e sua superfcie parecido com a angulao

    entre o disco e as partculas abrasivas.

    Em suma, fica claro que a macro geometria do implante influencia na rugosidade do

    mesmo e que diferentes regies do implante apresentam diferentes valores de rugosidade.

    Porm, o estudo sugere que essas diferenas tm origem no tratamento superficial aplicado.

    Em um caso onde o implante dentrio tivesse sido gerado por um processo de

    manufatura aditiva, e no houvesse necessidade de tratamento superficial posterior,

    provavelmente no se encontrariam estas diferenas de rugosidade entre o topo, o vale e o

    flanco do implante, j que o processo de manufatura aditiva garante uma boa repetibilidade.

    2.6 Como medir a rugosidade e a molhabilidade dos implantes

    Nos prximos dois tpicos sero abordados os mtodos de medio de rugosidade,

    molhabilidade e clculos de energia superficial sugeridos pela literatura, assim como qual foi

    o mtodo selecionado para este trabalho e o porqu.

    2.6.1 Avaliao da rugosidade

    Existem trs grandes grupos de instrumentos usados para avaliar a rugosidade de

    superfcies: perfilmetros de contato mecnico, instrumentos de perfilometria tica e

    microscopia de varredura com apalpador (WENNERBERG; ALBREKTSSON, 2000).

  • 26

    Wennerberg e Albrektsson (2000), a fim de sugerir um padro para a medio da

    topografia de implantes dentrios, publicaram as seguintes diretrizes:

    Perfilmetros de contato mecnico so aqueles que usam uma agulha, geralmente

    de diamante, que se move sobre uma superfcie em velocidade constante registrando o perfil

    encontrado. Em pesquisas relacionadas a implantes, este mtodo usado somente para

    avaliar rugosidade de cilindros e discos ou placas planas, j que o design das roscas dos

    implantes dentrios oferece uma limitao para tal instrumento.

    Instrumentos de perfilometria tica so muito usados para avaliao de biomateriais,

    j que estes no entram em contato com a superfcie em questo. Geralmente so mais geis

    e oferecem uma resoluo melhor que perfilmetros de contato mecnico.

    Microscpios de varredura com apalpador consistem em medir a interao entre um

    pequena ponta de medio e a superfcie da amostra. Esta tcnica apresenta resoluo

    altssima, e estruturas to pequenas quanto molculas de protena podem ser visualizadas e

    caracterizadas. Entretanto, geometria de roscas no conseguem ser avaliadas e a faixa e rea

    de medio so muito pequenas.

    Em relao a que reas devem ser medidas, em discos e cilindros a topografia da

    superfcie em geral similar em diferentes locais da amostra. Entretanto, em implantes com

    rosca, medidas devem ser feitas no topo, vale e flanco do implante.

    Anlises 3D so superiores que anlises 2D. Para obter uma caracterizao

    confivel de um perfilmetro 2D, so necessrias pelo menos 25 medies com uma distncia

    de no mnimo 20 m entre cada escaneamento. Alm disso, as medies devem ser

    realizadas perpendicularmente a direo principal das irregularidades.

    O filtro deve ser sempre especificado e o cut-off deve ser 2,5 vezes o espaamento

    pico-a-pico e sempre 1/5 do comprimento de amostragem.

    Pelo menos um parmetro de altura, um espacial e um hbrido devem ser

    apresentados. Para medies 3D os sugeridos so: e (altura), e (espacial),

    e (hbridos). Para medies 2D os sugeridos so: e (altura), (espacial),

    (hbridos).

    Neste trabalho, ser usado o perfilmetro de contato mecnico para avaliao da

    rugosidade, j que este o mtodo de mais fcil manuseio e acesso dentro da infraestrutura

    da Faculdade de Engenharia Mecnica da Universidade Federal de Uberlndia. Os

    parmetros avaliados sero Ra, Rq, RSm, Rsk, Rku, Rdq. Definies dos parmetros se

    encontram abaixo e so de acordo com a NBR ISO 4287:

    Ra: Parmetro calculado como a mdia aritmtica dos valores absolutos da altura das

    irregularidades. Este o parmetro mais comumente utilizado para caracterizar superfcies

    de implantes dentrios (WENNERBERG; ALBREKTSSON, 2000).

  • 27

    Rq: Parmetro calculado como a raiz quadrada da mdia dos valores das ordenadas.

    RSm: Parmetro de espaamento que calculado como o valor mdio da largura dos

    elementos do perfil.

    Rsk: Parmetro conhecido como skewness e representa a simetria do perfil. Um perfil

    simetricamente distribudo, ou seja, com a mesma quantidade de picos e vales, apresenta

    skewness zero, enquanto que um perfil com muitos picos altos tem skewness positiva e com

    vales profundos tem skewness negativa (GADELMAWLA et al., 2002).

    Rku: Este o fator de achatamento do perfil avaliado, conhecido como kurtosis. Se a

    kurtosis menor que 3, a curva de distribuio achatada e apresenta poucos picos altos e

    vales profundos, j se a kurtosis maior que 3, a curva de distribuio apresenta muitos picos

    altos e vales profundos (GADELMAWLA et al., 2002).

    Rdq: Parmetro hbrido que representa a inclinao quadrtica mdia do perfil avaliado.

    2.6.2 Avaliao da molhabilidade

    Tradicionalmente, o mtodo padro de anlise da energia de uma superfcie slida

    pela molhabilidade, que obtida atravs da medio do ngulo formado entre a superfcie em

    questo e uma gota de um lquido puro com tenso superficial conhecida (CHAUDHURY,

    1996).

    Existem dois mtodos para obteno do ngulo de contato: estticos e dinmicos

    (BARBOSA, 2016). Os mtodos estticos consistem em mensurar o ngulo de contato depois

    que a gota de lquido se espalhou e equilibrou em uma superfcie plana (chamado de mtodo

    esttico da gota sssil), j os mtodos dinmicos medem os ngulos de avano e de recuo

    ao aumentar ou reduzir o tamanho da gota, ou ao mergulhar e retirar a amostra de um

    recipiente com o lquido (BARBOSA, 2016).

    Aps obter o ngulo de contato, existem diversas abordagens e equaes que podem

    ser usadas para se obter o valor da energia da superfcie (HEJDA; SOLAR; KOUSAL, 2010).

    A equao de Young (1805) descreve o ngulo de contato de uma gota de lquido em uma

    superfcie slida ideal, isto , plana, lisa, quimicamente homognea e inerte, da forma:

    =

    (1)

    Onde, o ngulo de contato, a tenso interfacial lquido/vapor, a tenso

    interfacial slido/lquido e a tenso interfacial slido/vapor.

  • 28

    Em sistemas onde o vapor o ar ambiente, pode-se substituir na equao de Young o

    termo por que a energia livre da superfcie slida, e o termo por que a tenso

    superficial do lquido puro utilizado no teste (MARMUR, 2009). Portanto, a equao de Young

    pode ser reescrita da forma:

    =

    (2)

    No teste de ngulo de contato, tem-se experimentalmente os valores do ngulo de

    contato em si () e da tenso superficial dos lquidos puros (). Assim, para se obter

    existem diversos mtodos, entre eles: teoria de Zisman, teoria da mdia geomtrica e da

    mdia harmnica ou mtodos de dois componentes, mtodo de Lifshitz-van der Waals / cido-

    base ou teoria dos trs lquidos, equao de estado de apenas um lquido (BARBOSA, 2016).

    Adicionalmente, Barbosa (2016) verificou que o mtodo da mdia geomtrica foi o mais

    completo e confivel entre os citados e sugeriu duas novas metodologias para medio da

    energia de superfcie de implantes dentrios. Uma correlaciona a energia superficial com o

    fenmeno da capilaridade, enquanto a outra utiliza lquidos de tenso superficial conhecida

    para realizar testes nos prprios implantes e obter a energia superficial dos mesmos.

    Neste trabalho, para obteno do ngulo de contato, ser utilizado o mtodo esttico da

    gota sssil devido a maior facilidade em realizar este teste e maior agilidade para analisar

    seus resultados. Para anlise dos resultados e clculo da energia superficial ser usado o

    software Surftens, que oferece duas opes de algoritmos para se calcular a energia da

    superfcie, o algoritmo de Wu e o algoritmo de Owens, Wendt, Rabel e Kaeble (OWRK), sendo

    que este ltimo usa o mtodo da mdia geomtrica para calcular a energia superficial.

    De acordo com o software Surftens, o algoritmo de Wu usado em casos de baixa

    energia de superfcie (menor de 20 mN/m), e de acordo com Barbosa (2016), o mtodo da

    mdia geomtrica foi o mais completo e confivel entre os pesquisados por ele. Portanto, foi

    usado o mtodo computacional OWRK.

  • CAPTULO II I

    - M ETO DOLOGI A

    METODOLOGIA

    Inicialmente, um implante comercial da marca Neodent e dois implantes para cobaias

    foram disponibilizados. O parafuso comercial de titnio para fixao do bloco sseo do tipo

    autorrosqueante. Seguem abaixo nas figuras 3, 4, 5 e 6 fotos dos implantes.

    Figura 3: Implante comercial da marca Neodent. Foto de acervo prprio.

    Figura 4: Implante para cobaias do tipo 1 no projetor de perfil. Foto de acervo prprio.

  • 30

    Para realizar a impresso do implante via manufatura aditiva era necessrio se ter o

    modelo 3D dos parafusos. Para conceber o modelo 3D dos parafusos atravs de software

    CAD, a primeira opo foi usar um projetor de perfil para tirar as medidas, j que este um

    equipamento de fcil acesso e manuseio. Entretanto, foram encontradas dificuldades para

    efetuar uma medio acurada das roscas do parafuso, e fazer a modelagem 3D em software

    CAD das roscas, j que estas no seguem um padro convencional.

    Figura 5: Implante para cobaias do tipo 2 no projetor de perfil. Foto de acervo prprio.

    Figura 6: Implante para cobaias do tipo 2. Foto de acervo prprio.

  • 31

    Usando o implante para cobaias tipo 2, o projetor de perfil Mitutoyo PJ-A3000 e o

    software Autodesk Inventor Professional 2018, foi desenvolvido o objeto 3D da figura 7, onde

    observa-se a falta de acuracidade das roscas do parafuso.

    A segunda opo foi usar um microtomgrafo para realizar o escaneamento dos

    implantes. O microtomgrafo do fabricante Zeiss, modelo XRadia 510 VERSA, e a

    microtomografia foi realizada pelo engenheiro de pesquisa Marcos Maurcio do Departamento

    de Engenharia Qumica e de Materiais da Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro.

    Usando uma resoluo de 20 m nos eixos x, y e z, foi efetuado o escaneamento do

    implante para cobaias tipo 1 e o arquivo do objeto 3D foi visualizado no software Autodesk

    Inventor Professional 2018 e consta na figura 8.

    Figura 7: Objeto desenvolvido no software Inventor atravs de medies realizadas no projetor de perfil

    Mitutoyo PJ-A3000.

  • 32

    Figura 8: Objeto 3D obtido pelo escaneamento e arquivo visualizado no software Inventor.

    Optou-se por avaliar primeiramente uma amostra plana produzida pela impressora 3D,

    pelo fato de que fabricantes de implantes utilizam discos planos para fazer a caracterizao

    dos processos e testes de crescimento celular (NAVES et al., 2015). Portanto, a mensurao

    da rugosidade e molhabilidade de superfcies planas relevante neste contexto.

    A amostra foi impressa pelo professor Guilherme Lorenzoni de Almeida do

    Departamento de Artes e Design da Pontifcia Universidade Catlica do Rio de Janeiro usando

    a impressora EOS M Eosint 280, que usa sinterizao de metal seletiva a laser para fabricar

    peas prontas para uso. Uma imagem da impressora consta na figura 9. O material utilizado

    foi ao inoxidvel identificado por PH-1 fornecido pela empresa EOS. De acordo com Marzano

    (2015), a composio em porcentagem dos principais elementos presentes no material

    fornecido pela empresa EOS para a impressora so: Carbono 0,035%, Cromo 15,40%,

    Nquel 4,40% e Cobre 3,50%.

  • 33

    Figura 9: Impressora EOS M 280 (MARZANO, 2015).

    As figuras 10 e 11 so fotos tiradas da amostra em questo. A amostra possui 50 mm

    de comprimento por 35 mm de largura por 5 mm de altura. A figura 10 foi capturada usando

    um microscpio eletrnico de varredura e a figura 11 foi capturada usando uma cmera de

    smartphone.

    Figura 11: Fotografia capturada com smartphone

    Figura 10: Fotografia capturada com MEV

  • 34

    A amostra foi limpa com acetona e ultrassom antes das medies.

    A rugosidade da amostra foi medida usando um perfilmetro de contato mecnico

    porttil Surtronic 3+, modelo 112/1590, fabricado pela Taylor Hobson, de ponta de dimetro

    de 2 m, pelo aluno Lucas de Paiva Vieira do Laboratrio de Ensino e Pesquisa em Usinagem

    da Universidade Federal de Uberlndia. Foram feitas 30 medies perpendiculares a direo

    principal das irregularidades com comprimento de amostragem de 12,5 mm e cut-off de 2,5

    mm. Os parmetros medidos foram: Ra, Rq, RSm, Rsk, Rku, Rdq. As medies foram realizadas

    a 20 C.

    Para se medir a molhabilidade, foi usado gua deionizada e etilenoglicol e o mtodo

    esttico da gota sssil. Gotas de 1 l de volume foram geradas usando uma seringa de

    preciso e 5 medies foram feitas com cada lquido. Fotos foram tiradas usando a cmera

    de um smartphone Samsung Galaxy S7 de 12 megapixels. O ngulo de contato e a energia

    da superfcie foram avaliados utilizando o software Surftens. Tem-se na figura 12 uma imagem

    que mostra o procedimento de medio do ngulo de contato no software Surftens. As

    medies foram realizadas a 25 C.

    Figura 12: Procedimento de medio do ngulo de contato no software Surftens

  • CAPTULO IV

    - RESULTADO S E D ISCUSSES

    RESULTADOS E DISCUSSES

    Neste captulo sero apresentados os resultados e as discusses referentes s

    medies de rugosidade, molhabilidade e clculos de energia superficial realizadas na

    amostra fabricada por manufatura aditiva.

    4.1 Rugosidade

    Foram realizadas 30 medies perpendiculares a direo principal das irregularidades

    da amostra dos parmetros Ra, Rq, RSm, Rsk, Rku, Rdq. Os dados brutos se encontram no anexo

    1. Foram calculados a mdia e desvio padro dos 30 resultados obtidos pela medio de

    rugosidade. O resultado tratado se encontra na tabela 1 abaixo:

    Tabela 1: Resultados da medio de rugosidade

    Parmetro Mdia Desvio Padro

    Ra [m] 4,55 0,35

    Rq [m] 5,64 0,44

    RSm [mm] 0,235 0,025

    Rsk -0,0714 0,2376

    Rku 3,74 0,66

    Rdq [graus] 12,9 1,0

  • 36

    Figura 13: Resultados da medio de rugosidade plotados

    Os dados abaixo esto apresentados como mdia desvio padro.

    Ra:

    Ao medir a rugosidade de diferentes implantes comerciais, o maior valor obtido de Sa

    por Barbosa (2016) foi 1,06 0,08 m no flanco da rosca. Por Naves et al. (2015) o maior

    valor obtido de Sa foi de 1,23 0,67 m no vale da rosca. Por Wennerberg e Albrektsson

    (2000) o maior valor obtido de Sa foi de 2,12 0,7 m tambm no vale da rosca.

    Nos testes experimentais executados, foi obtido um valor de Ra de 4,55 0,35 m.

    Sendo este valor de Ra obtido nos testes experimentais da amostra superior aos maiores

    valores encontrados em implantes comerciais por estes pesquisadores.

    O valor encontrado nos ensaios experimentais neste trabalho considerado rugoso

    (Sa > 2 m), porm foi reportado por Wennerberg e Albrektsson (2009) que superfcies rugosas

    se aderem melhor que superfcies lisas ao osso. Neste mesmo trabalho de reviso feito por

    Wennerberg e Albrektsson (2009) foram encontrados alguns estudos sugerindo que

    superficies moderadamente rugosas (Sa > 12 m) se aderem melhor que superficies rugosas

    (Sa > 2 m).

    Rq:

    Avaliando a superfcie de implantes dentrios comerciais, o maior valor obtido de Sq por

    Barbosa (2016) foi 1,35 m e por Naves et al. (2015) foi 1,58 0,90 m. Este parmetro no

    foi avaliado por Wennerberg e Albrektsson (2000).

  • 37

    Foi encontrado um valor de Rq de 5,64 0,44 m na amostra impressa. Este valor

    maior que os reportados na literatura.

    RSm:

    Wennerberg e Albrektsson (2000) avaliaram o parmetro Scx, sendo este o equivalente

    3D do RSm, em diferentes implantes comerciais. O maior valor obtido por Wennerberg e

    Albrektsson (2000) foi 17,85 0,7 m.

    Foi encontrado nos testes experimentais para este parmetro um valor de 0,235 0,025

    mm. H uma discrepncia bem grande do valor encontrado na literatura e o valor obtido nas

    medies.

    Rsk:

    Naves et al. (2015) ao avaliar este parmetro de implantes comerciais obtiveram um

    valor mximo de 0,13 0,48 e mnimo de -0,08 0,17, indicando perfis prximos ao simtrico.

    Nas medies executadas foi obtido um valor de -0,0714 0,2376 para a skewness, indicando

    tambm um perfil prximo do simtrico.

    Rku:

    Ao avaliar implantes dentrios comerciais, Naves et al. (2015) encontraram um valor

    mximo de kurtosis de 3,75 0,58 e um valor mnimo de 3,04 0,53. Foi encontrado nas

    medies um valor de 3,74 0,66 para a kurtosis. Estes dados indicam curvas de distribuio

    prximas da normal.

    Rdq:

    Nas medies efetuadas, foi encontrado o valor de 12,9 1,0 graus. Tanto Naves et al.

    (2015) e Barbosa (2016) apresentaram valores de Sdq em [m/m], dificultando a comparao.

    Portanto, comparando as medies obtidas com valores reportados em literatura por

    Barbosa (2016), Naves et al. (2015) e Wennerberg e Albrektsson (2000) foi possvel observar

    que os parmetros skewness e kurtosis apresentaram valores prximos da curva de

    distribuio normal em ambos os casos (literatura e medies efetuadas), o valor de RSm das

    medies realizadas divergiu bastante do encontrado na literatura, no foi possvel comparar

    o parmetro Rdq, e os parmetros Rae Rq avaliados na medio ficaram acima dos nmeros

    apresentados na literatura referenciada.

  • 38

    Entretanto, Safdar et al. (2012) ao avaliarem a influncia dos parmetros de impresso

    do processo da impressora 3D na rugosidade da amostra final encontraram que o parmetro

    de rugosidade Ra variou entre 1 e 20 m, dependendo da escolha dos parmetros de

    impresso e da espessura da amostra.

    4.2 ngulo de contato

    Usando o software Surftens, mediu-se o ngulo de contato esquerdo e direito de cada

    uma das cinco gotas geradas com cada lquido, e o resultado apresentado abaixo a mdia

    obtida entre eles, e depois foi calculado novamente a mdia das leituras. Os dados esto

    apresentados em graus.

    Tabela 2: Resultado das medies de ngulo de contato em graus

    1 leitura 2 leitura 3 leitura 4 leitura 5 leitura Mdia Desvio Padro

    gua

    Deionizada 63,90 65,56 65,88 67,82 66,88 66,01 1,32

    Etilenoglicol 54,44 56,18 53,73 61,09 59,16 56,92 2,80

    Adicionalmente, tambm foi usado o software Surftens e o mtodo computacional

    OWRK para obter a energia da superfcie da amostra. Os resultados obtidos esto

    apresentados na tabela abaixo.

    Tabela 3: Resultado dos clculos de energia da superfcie

    ngulo de

    Contato com

    gua [graus]

    ngulo de

    Contato com

    Etilenoglicol

    [graus]

    Componente

    polar [mN/m]

    Componente

    no polar

    [mN/m]

    Tenso da

    superfcie

    [mN/m]

    1 leitura 63,90 54,44 33,65 5,54 39,19

    2 leitura 65,56 56,18 32,17 5,50 37,68

    3 leitura 65,88 53,73 29,16 7,41 36,57

    4 leitura 67,82 61,09 32,86 3,89 36,75

    5 leitura 66,88 59,16 32,67 4,47 37,14

    Mdia 66,01 56,92 32,05 5,32 37,37

    Foi observado um ngulo de contato com gua de 66,01 1,32 graus e com

    etilenoglicol de 56,92 2,80 graus. Esta superfcie , portanto, hidroflica (ngulos menores

  • 39

    que 90 graus) e apresenta boa molhabilidade. Ao se aplicar estes valores de mdia obtidos

    no algoritmo de clculo de energia superficial, o resultado foi um valor de 37,37 mN/m.

    Cremaldi e Bhushan (2018) ao medirem o ngulo de contato pelo mtodo esttico da

    gota sssil em uma superfcie de ao inox usando gua obtiveram um ngulo de 69 graus.

    Mantel e Wightman (1994) ao realizarem medies de ngulo de contato pelo mtodo esttico

    da gota sssil em uma superfcie de ao inoxidvel limpa com acetona e utilizando etilenoglicol

    encontrou um ngulo de 53,2 1,6 graus e um valor para energia superficial de 40 mJ/m.

    Alm disso, Mantel e Wightman (1994) tambm observaram que as medidas de ngulo de

    contato e, consequentemente, de energia superficial mudavam conforme o mtodo usado na

    limpeza da amostra.

    Os dados encontrados nas medies da amostra 3D so coerentes com os reportados

    na literatura para ao inox.

    Barbosa (2016) verificou o ngulo de contato com gua, etilenoglicol e glicerol pelo

    mtodo esttico da gota sssil em discos de titnio fornecidos por um fabricante de implantes

    dentrios. Estes discos passaram pelo mesmo tratamento superficial que os implantes

    comerciais e dois tratamentos superficiais diferentes foram analisados.

    Para a gua foi encontrado um valor de ngulo de contato de 89,96 4,10 graus para

    o tratamento superficial DAA, e 89,12 12,28 para o disco com o tratamento superficial DAA

    + Nano. O etilenoglicol se espalhou completamente em todos os discos, resultando em um

    ngulo de contato de 0,00 0,00. Ao se calcular a energia da superfcie com os dados obtidos

    e o mtodo da mdia geomtrica, Barbosa (2016) encontrou 68,75 mJ/m para o disco com

    tratamento DAA e 74,09 mJ/m para o disco com tratamento DAA + Nano.

    Alm disso, Barbosa (2016) tambm mediu a energia superficial diretamente nos

    implantes que passaram pelos mesmos tratamentos superficiais que os discos atravs de

    uma nova metodologia proposta pelo pesquisador. Pelo mtodo da mdia geomtrica

    calculou-se um valor de 42,16 mJ/m para o implante dentrio com tratamento DAA e 47,01

    mJ/m para o implante dentrio com tratamento DAA + Nano.

    O ngulo de contato com gua mensurado na amostra 3D foi menor que o apresentado

    por Barbosa (2016) para os discos, entretanto, o ngulo com etilenoglicol foi maior.

    Adicionalmente, os valores de energia superficial encontrados por Barbosa (2016) tanto nos

    discos, quanto nos prprios implantes comerciais, so maiores que os calculados para a

    amostra 3D nos testes experimentais.

    possvel concluir, ento, que tanto a amostra caracterizada neste trabalho quanto os

    discos analisados por Barbosa (2016) apresentam boa molhabilidade, sendo que os valores

    de energia superficial quando verificados nos discos so distantes do valor encontrado para

    a amostra. Entretanto, ao se comparar os dados obtidos para a energia superficial quando

  • 40

    Barbosa (2016) mediu diretamente nos implantes e o valor encontrado para a amostra 3D, v-

    se que estes so prximos.

    4.3 Sntese dos resultados

    Em suma, os resultados obtidos viabilizam o uso da manufatura aditiva em implantes

    dentrios. Os ensaios de molhabilidade e o clculo de energia superficial mostram que a

    amostra tem boa molhabilidade e energia superficial prxima de um implante comercial. Os

    ensaios de rugosidade indicam que a amostra mais rugosa que implantes comercias,

    entretanto, a rugosidade de um produto 3D pode ser controlada pelos parmetros de

    impresso selecionados para a impressora (SAFDAR et al., 2012). Alm disso, ainda no

    parece existir um consenso quanto a um valor de rugosidade ideal para implantes.

    Segue abaixo tabelas comparativas dos dados obtidos experimentalmente e

    encontrados em literatura. Todas as tabelas indicam a mdia dos dados e as diferenas

    percentuais entre eles. A tabela 4 compara os valores dos parmetros de rugosidade, a tabela

    5, os dados encontrados para ao inoxidvel, e a tabela 6, os dados avaliados em amostras

    de titnio.

    Tabela 4: Comparao dos resultados de mdia da rugosidade

    Dados

    Experimentais

    Barbosa

    (2016)

    Dif %

    Barbosa

    (2016)

    Naves

    et al.

    (2015)

    Dif %

    Naves

    et al.

    (2015)

    Wennerberg

    e

    Albrektsson

    (2000)

    Dif %

    Wennerberg

    e

    Albrektsson

    (2000)

    Ra / Sa

    [m] 4,55 1,06 329% 1,23 270% 2,12 50%

    Rq / Sq

    [m] 5,64 1,35 318% 1,58 257%

    No

    avaliado -

    RSm / Scx 0,235 mm No

    avaliado -

    No

    avaliado - 17,85 m -

    Rsk -0,0714 No

    avaliado - -0,08 11%

    No

    avaliado -

    Rku 3,74 No

    avaliado - 3,75 0%

    No

    avaliado -

  • 41

    Rdq / Sdq

    [graus] 12,9

    Em

    outra

    unidade

    -

    Em

    outra

    unidade

    - No

    avaliado -

    Tabela 5: Comparao de ngulo de contato e energia superficial (dados da literatura para ao

    inoxidvel)

    ngulo de contato

    com gua [graus]

    ngulo de contato com

    etilenoglicol [graus]

    Energia

    superficial [mN/m]

    Dados experimentais 66,01 56,92 37,37

    Cremaldi e Bhusan (2018) 69 No avaliado No avaliado

    Dif % - Cremaldi e Bhusan

    (2018) 4% - -

    Mantel e Wightman (1994) No avaliado 53,2 40

    Dif % - Mantel e Wightman

    (1994) - 7% 7%

    Tabela 6: Comparao de ngulo de contato e energia superficial (dados da literatura para titnio)

    ngulo de contato

    com gua [graus]

    ngulo de contato com

    etilenoglicol [graus]

    Energia

    superficial [mN/m]

    Dados experimentais 66,01 56,92 37,37

    Barbosa (2016) Disco DAA 89,96 0 68,75

    Dif % - Disco DAA 27% - 46%

    Barbora (2016) Disco DAA

    + Nano 89,12 0 74,09

    Dif % - Disco DAA + Nano 26% - 50%

    Barbosa (2016) Implante

    DAA No avaliado No avaliado 42,16

    Dif % - Implante DAA - - 11%

    Barbosa (2016) Implante

    DAA + Nano No avaliado No avaliado 47,01

    Dif % - Implante DAA + Nano - - 21%

  • CAPTULO V

    - CONCLUSES

    CONCLUSES

    O objetivo deste projeto basicamente verificar a viabilidade do uso de impresso 3D

    na fabricao de implantes dentrios atravs de reviso bibliogrfica, anlise da superfcie de

    uma amostra manufaturada por tal processo e comparao dos dados encontrados

    experimentalmente com dados reportados em literatura.

    Ao analisar a comparao dos valores experimentais encontrados com dados da

    literatura para implantes dentrios comerciais, chegou-se ao resultado que a amostra

    apresenta boa molhabilidade, assim como os implantes comerciais. Entretanto seu valor de

    energia superficial 11% e 21% menor que os valores reportados na literatura para implantes

    comerciais. Em um implante intrasseo interessante obter valores altos de energia

    superficial, j que quanto maior a energia da superfcie, melhor a adeso celular.

    Sobre a rugosidade, o parmetro (parmetro mais usado para descrever a superfcie

    de implantes dentrios) encontrado para a amostra foi 50%, 270% e 329% maior que o

    descrito na literatura para implantes dentrios comerciais. reportado que uma superfcie

    rugosa (Sa > 2 m) se adere melhor que uma superfcie lisa (Sa < 1 m) ao osso vizinho.

    Entretanto, no se tem um consenso em qual o valor ideal de rugosidade para implantes.

    Alm disso, a rugosidade de um produto 3D pode ser controlada.

    Sendo assim, conclui-se que a manufatura aditiva um processo de fabricao vlido

    para a gerao de implantes mdicos e dentrios, confirmando-se a viabilidade do uso desta

    tecnologia em tal contexto e, inclusive, vantagens no uso, como por exemplo a criao de

    modelos com geometria, rugosidade e porosidade customizadas.

    No foram encontrados estudos comparativos de implantes fabricados por processos

    de manufatura aditiva e implantes convencionais. Porm, acredita-se que os dados

    experimentais encontrados para a amostra plana podem sem extrapolados para um implante

    gerado pela mesma impressora, com o mesmo material e usando os mesmos parmetros de

    impresso. Os dados de rugosidade e molhabilidade obtidos neste trabalho e na literatura

    levam a crer que tratamentos superficiais posteriores podem ser eliminados do processo de

  • 43

    fabricao dos implantes ao se utilizar a manufatura aditiva, permitindo maior rapidez e

    reduo dos custos de produo destes implantes. Entretanto, so necessrios ensaios in

    vitro e in vivo para confirmar tal hiptese.

  • 44

    SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS

    Para trabalhos futuros sugere-se fazer a impresso de um implante dentrio e realizar

    novamente o estudo da rugosidade e da molhabilidade, desta vez na geometria real do

    implante.

    Alm disso, sugere-se tambm estudar como os parmetros de impresso influenciam

    na molhabilidade, rugosidade e porosidade do implante, e realizar testes in vitro e in vivo para

    validar esta aplicao.

    Seria interessante fazer a anlise em um implante de titnio, j que este o material

    mais difundido para implantes dentrios. Caso queira-se continuar com a impresso de ao

    inoxidvel, sugere-se realizar reviso de bibliografia sobre as caractersticas funcionais de

    implantes mdicos que so geralmente fabricados neste material. Assim, replicar-se-ia os

    resultados encontrados na avaliao da amostra 3D caracterizada neste projeto para outros

    implantes, que no somente os dentrios.

  • 45

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    ANEXO 1 DADOS BRUTOS DE RUGOSIDADE