A obtenção de moldes em resinas carregadas para o componente tibial da prótese do joelho e para o componente femoral da prótese de anca foi conseguida através de fabrico aditivo para a criação da peça madre, sendo o molde construído manualmente. A sequência pode ser melhor compreendida através do seguinte fluxograma:
Figura 46 - Sequência de criação dum mole de injeção de ceras em resinas carregadas tendo como ponto de partida um modelo duma peça em CAD.
Modelo em CAD Adição do canal de gitagem Cálculo do módulo da peça (𝑀𝑝𝑒ç𝑎) Cálculo do módulo da pia (𝑀𝑝𝑖𝑎) 𝑀𝑝𝑒ç𝑎< 𝑀𝑝𝑖𝑎 ? Criação do plano de apartação Criação de cavidades para pinos Definição do fator de contração
Fabrico aditivo da peça madre
Construção do molde
Molde para injeção de ceras
Componente femoral da anca
Em primeiro lugar foi criado o molde para o componente femoral da prótese da anca devido à simplicidade de execução. O canal de gitagem foi adicionado de modo a criar-se ligação desde a zona mais maciça até à pia de vazamento, promovendo-se a solidificação direcional. A pia utilizada para o dimensionamento já existia no INEGI, tendo sido usada noutras ocasiões para o vazamento de outros componentes femorais de anca (Gonçalves 2011). Foi dada atenção ao modo como o canal de gitagem faz a ligação à peça pois o corte após vazamento deve ser fácil, sendo notória a distinção entre a peça e o canal de gitagem.
Figura 47 - A: canal de gitagem; B: junção do canal de gitagem à superfície da peça de modo a ser possível distinguir-se a superfície plana da peça e o arredondamento da aresta do canal de gitagem; C: pia de vazamento para componentes femorais de próteses de anca existente no INEGI.
A arquitetura do canal de gitagem foi validada pelo método dos módulos, sendo usada a ferramenta Mass Properties do SolidWorks para medição das áreas e dos volumes:
Tabela 16 - Cálculo do módulo.
Área (𝑚𝑚2) Volume (𝑚𝑚3) Módulo (𝑚𝑚)
Pia 24680.28 359077.89 14.55
Peça 11356.88 44952.08 3.96
Os valores apresentados para a área não são os totais de cada um dos corpos. Foram subtraídas as superfícies que não estão em contato direto com a superfície da cavidade moldante sendo elas: as superfícies de ligação entre a pia e o canal de gitagem da peça, a superfície do topo da pia e a superfície interna da pia que serve para fixação de um macho que permite a manipulação do cacho no momento de formação da carapaça cerâmica. Como se pôde verificar (Tabela 16), o módulo da pia é superior ao módulo da peça. Desta forma, é expectável que as peças solidifiquem primeiro que a pia, após o vazamento.
O plano de simetria existente no componente femoral da anca foi adotado como plano de apartação pois permite uma desmoldagem fácil devido à inexistência de contrassaídas. Foram
criadas duas cavidades cilíndricas (⌀2.5mm×4mm) em cada uma das metades da peça. O objetivo destas cavidade é permitir o alinhamento entre cada metade no momento de execução o molde.
Figura 48 - As duas metades da peça da anca com cavidades para pinos e canal de gitagem.
A conversão de formato CAD para formato STL foi feita no SolidWorks variando-se os parâmetros de maneira a que o tamanho do ficheiro fosse próximo de 6Mb.
Foi também feita a verificação volumétrica total de um cacho contendo 4 peças da anca e também a pia de vazamento apresentada, se estaria dentro dos limites de um cadinho para fundição de ligas de titânio do INEGI. Verificou-se que havia défice de capacidade do cadinho, no entanto, a experiência de fundições semelhantes realizadas no INEGI indicou que seria suficiente para o presente caso pois a pia não seria completamente cheia.
O coeficiente de contração escolhido foi de 2.6% sendo constituído pela soma de duas parcelas, uma relativa à contração da cera e outra do Ti6Al4V:
O coeficiente de dilatação para a liga de titânio varia consoante a fonte bibliográfica consultada, não havendo uma fonte que indique exatamente qual o valor entre a temperatura de fusão (1670⁰C) e ambiente (20⁰C). Por esta razão adotou-se o valor de 9.7*10-6mm/mm.⁰C correspondente ao coeficiente de dilatação médio entre 650⁰C e
20⁰C (TIMET 1999). A relação entre o valor e a temperatura não é linear, como se pode observar no Gráfico 2 (Carpenter 2000c):
Gráfico 2 - Expansão térmica do Ti6Al4V (Carpenter 2000c).
O fator de contração calculado para a liga de titânio foi:
𝛼 ∙ ∆𝑇 = 9.7 × 10−6× (1670 − 20) × 100 = 1.6% (5)
O valor da contração médio da cera é 1% (Campos 2013).
A criação da peça mestre foi conseguida por fabrico aditivo, mais concretamente, por estereolitografia (SL). Após a peça ter sido feita, esta é lavada numa imersão de água corrente e é feita pós-cura numa camara com radiação ultravioleta. Os suportes são removidos por corte e a peça é lixada tentando-se minimizar o efeito de escada para que a superfície seja o mais lisa possível sem que se comprometa a geometria original da peça. A Figura 49 ilustra o processo de obtenção do molde de resinas carregadas a partir da peça madre materializada por fabrico aditivo.
Figura 49 - A: 3D Systems Viper si2 SL; B: peça madre do componente femoral da anca obtida por SL; C: construção da caixa para a primeira meia moldação; D: caixa da meia moldação após vazamento da resina.
A primeira metade do molde fez-se pousando uma das metades da peça numa superfície lisa, construindo-se uma caixa envolvente com 4 tábuas de contraplacado coladas. A colagem foi acelerada utilizando-se um catalisador entre cada aplicação. Na superfície de apoio da peça, correspondente ao plano de apartação, são pousadas 4 fêmeas que servirão de guiamento à outra metade do molde. São feitas aplicações de plasticina nas junções das tábulas e também no interior das fêmeas de modo a que não haja fugas de resina durante o vazamento desta. Aplica- se desmoldante QZ 5111 nas superfícies internas da caixa. A resina é preparada misturando-se 2 porções de pó de alumínio PD 200 com 1 de resina de poliuretano R19 de forma a obter-se uma mistura homogénea. Após o vazamento manual da mistura, a cura é feita ao ar livre durante aproximadamente 1 hora e meia, não sendo necessário qualquer tipo de intervenção. Antes da resina solidificar, as bolhas de ar aprisionado sobem para a superfície devido à diferença de densidades.
A segunda metade do molde é feita do mesmo modo que a primeira exceto a superfície base que neste caso corresponde ao plano de apartação do meio molde já feito. O alinhamento entre as duas metades da peça é feita por pinos inseridos nas cavidades existentes em cada metade da peça.
Em certos casos, após as duas metades dos moldes estarem curadas, a desmoldagem poderá ter o auxílio de um forno a 70⁰C durante aproximadamente 1 hora. O molde completo poderá ser visto na Figura 50.
Figura 50 - Molde para injeção de ceras do componente femoral da anca.
Componente tibial do joelho
O plano de apartação e a localização das cavidades para os pinos foi feita da seguinte forma:
Figura 51 - A: definição do plano de apartação e de duas cavidades para os pinos de guiamento em SolidWorks; B: peça madre obtida por fabrico aditivo SL.
O coeficiente de contração adotado foi o da liga de Co-Cr-Mo ASTM F 75, pois inicialmente pretendia-se fundir peças nessa liga. Devido à inexistência de dados no INEGI relativos à contração desta liga, usou-se como referência um artigo científico da revista “The Journal of Prosthetic Dentistry”, em que Diwan et al. (1997) adotou o valor de 2.3% para a contração total, incluindo a da cera. Apesar de se ter escolhido este valor fundiu-se esta peça em Ti6Al4V. (Diwan et al. 1997)
Como a peça já possui um canal de alimentação, não foi necessário fazer-se o dimensionamento pela regra dos módulos.
O molde foi construido de forma semelhante ao descrito anteriormente. A diferença reside na forma circular e também no guiamente entre os meios moldes. Neste caso o guiamente é
garantido por sulcos. A injeção é feita por um furo existente no canal de gitagem. O pino metálico introduzido no furo de injeção como pode ser visto na Figura 52 é supérfluo.
Figura 52 - Molde para injeção de ceras do componente tibial do joelho.
Componente femoral do joelho
O projeto e construção do molde para esta peça foi mais complexo que nos casos anteriores. O tipo de geometria implicou a escolha de mais que um plano de apartação de modo a evitar contras-saídas. A primeira versão deste molde era constituída por 4 placas moldantes. Após reflexão chegou-se à conclusão que era possível concretizar o molde com apenas 3 peças. Essa solução é mais vantajosa pois o menor número de placas moldantes garante melhores resultados a nível geométrico havendo menores distorções associadas ao número inferior de planos de apartação. É um aspeto importante, principalmente no interior da concavidade que é constituída por superfícies de encaixe ao fémur do paciente.
Figura 53 - A: molde com 4 placas moldantes; B: molde com 3 placas moldantes e pinos guia.
O molde foi materializado através de SL na sua totalidade. A obtenção deste molde através do processo de resinas carregadas descrito anteriormente seria bastante mais complicada e a qualidade do produto final seria bastante inferior.
O fator de contração escolhido foi o mesmo que o do componente tibial, sendo 2,3%. Como o componente já possuía canais de gitagem para fundição não foi necessário dimensioná-los.
formulação e os componentes da resina são os mesmos já descritos na construção dos moldes para o componente da anca e da tíbia. O canal de injeção foi realizado por furação como pode ser visto na placa moldante do meio, na imagem C da Figura 54.
Figura 54 - A: resinas carregadas para reforço estrutural; B: molde fechado; C: molde aberto.