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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

FACULDADE DE ODONTOLOGIA DE BAURU

FELIPE RAMALHO FERREIRA

Idealização e desenvolvimento de um dispositivo para avaliação de

resistência da interface implante-intermediário protético por meio

de ensaios cíclicos de flexão rotativa

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FELIPE RAMALHO FERREIRA

Idealização e desenvolvimento de um dispositivo para avaliação de

resistência da interface implante-intermediário protético por meio

de ensaios cíclicos de flexão rotativa

Dissertação apresentada à Faculdade de Odontologia de Bauru (FOB) da Universidade de São Paulo (USP) para obtenção do título de Mestre em Odontologia.

Área de concentração: Reabilitação Oral

Orientador: Prof. Dr. Carlos dos Reis Pereira de Araújo

BAURU

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Autorizo, exclusivamente para fins acadêmicos e científicos, a reprodução total ou parcial desta dissertação, por processos fotocopiadores e outros meios eletrônicos.

Assinatura: ___________________________________________________

Data: ___ / ___ / ___

Ferreira, Felipe Ramalho

F413i Idealização e desenvolvimento de um dispositivo para avaliação de resistência da interface implante-intermediário protético por meio de ensaios cíclicos de flexão rotativa / Felipe Ramalho Ferreira. – Bauru, 2010.

92 p. : il. ; 31 cm.

Dissertação. (Mestrado) – Faculdade de Odontologia de Bauru. Universidade de São Paulo.

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Dados curriculares

Felipe Ramalho Ferreira

Nascimento 24 de Outubro de 1980

Naturalidade Bauru – SP

Filiação Paulo Martins Ferreira

Marianne de Azevedo Ramalho Ferreira

2000 – 2004 Curso de Graduação em Odontologia pela Universidade do Sagrado Coração – USC Bauru.

2005 – 2007 Curso de Especialização em Prótese Dentária pela Fundação Bauruense de Estudos Odontológicos (FUNBEO) - Faculdade de Odontologia de Bauru – Universidade de São Paulo.

2005 – 2007 Curso de Especialização em Implantodontia pela Fundação Bauruense de Estudos Odontológicos (FUNBEO) - Faculdade de Odontologia de Bauru – Universidade de São Paulo.

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DEDICATÓRIA

À minha mãe, Marianne de Azevedo Ramalho Ferreira, que sempre foi um exemplo de bondade, bom humor e amor incondicional; qualidades marcantes para mim que sempre buscarei. Obrigado por fazer parte da minha vida e por ter me ajudado nessa nova etapa da minha vida.

Ao meu pai, Paulo Martins Ferreira. Por sempre se preocupar comigo e sempre estar disponível a um pedido de ajuda e conselho. Sua determinação e paixão contagiante pela profissão foram essenciais no momento da minha escolha pela Odontologia. Você é o meu grande amigo e colega de profissão.

Ao meu querido irmão, amigo e parceiro de profissão Gabriel Ramalho Ferreira. Estamos juntos desde o dia do nosso nascimento. É sempre bom conversar com você. Sua tenacidade, disciplina e dedicação são exemplos que busco para melhorar como pessoa e profissional. Amo muito você.

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AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador, Prof. Dr, Carlos dos Reis Pereira de Araújo, pela orientação, pela tranqüilidade, disponibilidade e por conseguir os materiais necessários para a criação desse aparelho.

Ao Prof. Dr. César Antunes de Freitas, muito obrigado pela ajuda, conselhos e participação no desenvolvimento dessa tese.

À Profª Drª Ivete Sartori, que me ajudou e orientou em clínicas desde a época da graduação e que atendeu prontamente ao nosso pedido de auxílio para essa pesquisa.

À NEODENT, por todo o suporte de material oferecido.

Aos meus grandes mestres no campo da eletrônica e usinagem CNC, Carlos Godoy e Luiz Ally. Sem vocês essa tese certamente não teria se concretizado.

Aos meus amigos do mestrado, Cintinha, Priscila, Aline, Rosalyn, Budinha, Fabio Lorenzoni, Zezo, João Paulo, David, Oswaldo, Marcelo, Emilio, Daniel, Gustavo, Carol, Bruna, Marcus e Roberta, obrigado pelo convívio e amizade.

A todos os funcionários da FOB, obrigado por todo o auxílio e disposição.

Aos meus pacientes, em especial a Yoshie, com quem pude exercitar a profissão que escolhi e pela amizade formada.

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“A adversidade desperta em nós capacidades que, em

circunstâncias favoráveis, teriam ficado adormecidas.”

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RESUMO

O sucesso da terapia reabilitadora com implantes requer um equilíbrio entre fatores biológicos e mecânicos. Os fatores biológicos são inúmeros, já os mecânicos associam-se à instabilidade da interface implante-intermediário protético. Com base nestas informações, este estudo busca criar um aparelho com o qual será possível avaliar e comparar a resistência e a estabilidade da interface implante-intermediário protético em implantes de diferentes tipos de sistema de conexão e componentes protéticos, após a aplicação de carga simulada, que será realizada por meio de um ensaio dinâmico de fadiga rotacional, também conhecido como flexão rotativa. Para a criação deste aparelho, vários procedimentos com base em princípios de usinagem CNC (Controle Numérico Computadorizado), engenharia elétrica e física foram utilizados. Os futuros testes e resultados, utilizando-se esse aparelho para realizar o ensaio de fadiga, serão publicados em trabalhos futuros. Para o desenvolvimento dos modelos de corpos de prova a serem analisados na máquina de ensaio, foram utilizados implantes do tipo hexágono externo (Neodent) de 3,75mm de diâmetro x 11.5mm de comprimento. Ao término do desenvolvimento, obteve-se um aparelho confiável, resistente e extremamente versátil; podendo-se facilmente variar a carga exercida e a frequência de rotação, sendo assim possível executar inúmeras combinações de ensaios de fadiga. Esse estudo demonstrou a possibilidade e viabilidade de desenvolver um aparelho adequado para realizar um ensaio de fadiga, de pequena dimensão (portátil) e a um custo significativamente inferior do que comprar um aparelho próprio para tal fim.

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ABSTRACT

Idealization and development of a device for evaluating resistance of implant-abutment interface through rotary bending cyclic test

The success of a rehabilitation therapy with implant fixtures requires a balance between biological and mechanical factors. The biological factors are innumerable, however the mechanics associate it whit instability of the implant-abutment interface. On the basis of these information, the aim of this study is to create a device which it will be possible to evaluate and to compare the resistance and the stability of the implant-abutment interface whith implants of different connection system and abutments, after the simulated load application, that will be carried through a dynamic assay of rotational fatigue load, also known as rotary bending. For the creation of this device, some procedures on the basis of principles of milling CNC (Computerized Numerical control), electric and physical engineering had been used. The future tests and results, using this device to carry through the fatigue assay, will be published in future works. For the development of the body test to be analyzed in the assay machine, implant fixtures of external hexagon type (Neodent) of 3,75mm of diameter x 11mm of length had been used. In the ending of the development, a trustworthy, resistant and extremely versatile device was gotten; being able itself easily to vary the exerted load and the frequency of rotation, being been thus possible to execute innumerable combinations of fatigue assays. This study demonstrated the possibility and viability of it developing an adequate device to carry through an assay of fatigue, of small dimension (portable) and the significantly inferior cost of what if to buy a proper device for such end.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 –

Imagem do dispositivo utilizado por Butson; Nicholls; Ma et al 42 Figura 2 – Dispositivo utilizado por Wiskott; Nicholls e Belser. 43 Figura 3 – Ilustração do esquema da montagem do ensaio e componentes do

dispositivo utilizado 45

Figura 4 – Imagem do corpo de prova montado no mandril. (a) receptáculo do implante, (b) implante, (c) rolamento, (d) suporte do rolamento e (e) carga aplicada.

46

Figura 5 – Esquema geral da montagem do corpo de prova ao mandril do

dispositivo. 47

Figura 6 – Manga em alumínio usada no teste 47

Figura 7 – Esquema geral da estrutura do dispositivo, cujas partes componentes são identificadas por letras, cujo significado está escrito no texto

56

Figura 8 – Visão lateral do dispositivo, onde se visualiza o suporte e a

haste vertical. 57

Figura 9 – Lâmina de suporte do motor sendo confeccionada por uma fresadora CNC (Sherline 5410, Los Angeles, CA, USA) 58

Figura 10 Barras de estabilização instaladas 58

Figura 11 Imagem do motor selecionado para compôr o dispositivo 59 Figura 12 Vista lateral frontral e traseira do mandril e suas respectivas

perfurações 59

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Figura 14 Usinagem interna do receptáculo 61

Figura 15 Detalhe do receptáculo de inclusão em metal evidenciando a cópia das roscas em negativo do implante e orifício na base e contra-parafuso

61

Figura 16 Imagem do receptáculo para inclusão em resina evidenciando as roscas feitas para a retenção da resina 62 Figura 17 Suporte do rolamento visto de frente e verso 63 Figura 18 Bloco de carga desenvolvido para o dispositivo 63 Figura 19 Esquema da movimentação da alavanca: Quando o bloco de

carga (C) se desprende aciona a alavanca (a) fazendo com que sua outra extremidade acione o interruptor (i)

64

Figura 20 Disco componente do sensor de efeito Hall visto de frente e verso

65

Figura 21 Disco componente do sensor de efeito Hall parafusado ao eixo do motor (e) e unidade receptora (r)

65

Figura 22 Imagem da caixa de controle e identificação dos componentes

do painel 66

Figura 23 Vista interna da caixa de controle onde se observa a regulagem da velocidade do motor pelo controlador PWM 67 Figura 24 Visão do aparelho após o término da montagem 67 Figura 25 Usinagem do componente protético e aspecto do mesmo ao

término da usinagem 68

Figura 26 Rolamento utilizado no dispositivo 69

Figura 27 Componente protético sendo prensado e conjunto final obtido 69 Figura 28 Réplica do mandril presa à morça e receptáculo sendo fixado

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Figura 30 Contra-parafuso em posição 71 Figura 31 Corpo de prova montado para o teste e adaptado ao suporte do

rolamento 71 Figura 32 Conjunto do corpo de prova e suporte do rolamento fixado ao

mandril do dispositivo

72

Figura 33 Bloco de carga sendo preenchido com pesos de chumbo e posteriormente adaptado à alça do suporte do rolamento

72

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CNC Computerized Numerical Control (Controle Numérico Computadorizado)

Hz Hertz % por cento

RPM Rotações por minuto N Newton

mm Milímetros

g Grama

Kg Quilograma

LCD Liquid Cristal Display (Display de Cristal Liquido)

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SUMÁRIO

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1 Introdução 37

1 INTRODUÇÃO

Em Reabilitação Oral, quando se estudam os implantes osseointegráveis, os aspectos referentes à osseointegração já estão bem estabelecidos, como se pode constatar por meio dos diversos trabalhos existentes na literatura específica.

Um outro aspecto importante, mas que necessita de mais estudos, é aquele referente à resistência mecânica oferecida pelos parafusos usados para unir o componente protético ao implante osseointegrável.

Para obter sucesso em um processo restaurador deste tipo, é necessário que haja uma estabilidade da interface implante-parafuso-intermediário protético o que implica numa resistência adequada do referido parafuso, frente aos esforços mastigatórios.

Como também pode ser visto na literatura própria, a principal causa de insucesso está ligada ao afrouxamento e à fratura do parafuso.

Para avaliar este aspecto, estudos mais atuais tem usado o ensaio de fadiga rotacional, também chamado de ensaio de flexão rotativa.

No entanto, os dispositivos encontrados à venda no mercado, além de serem de alto custo, encontram-se voltados para a área da engenharia mecânica, sendo assim confeccionados para análises de corpos de prova em uma escala muito superior à indicada para o estudo de implantes osseointegráveis e seus componentes protéticos.

Para utilizar esses dispositivos, seria necessário realizar adaptações as quais fariam com que seu custo se tornasse ainda mais elevado, tornando questionável a viabilidade e eficiência obtida por tal feito.

Seria interessante que houvesse a criação e padronização de um dispositivo desse tipo, voltado especificamente para realizar ensaios de fadiga rotacional em implantes osseointegráveis com seus diversos diâmetros e componentes protéticos disponíveis.

A palavra fadiga (do latim “fatigare”, que significa “cansar, estar cansado”) é usada em mecânica para denominar a fratura que ocorre em materiais que sofreram carregamentos cíclicos.

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1 Introdução 38

aqueles existentes em trilhos de locomotivas, em fuselagens de aviões, assim como nas mangueiras e ductos petrolíferos em grandes profundidades, entre outros.

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2 Revisão de literatura 41

2 REVISÃO DE LITERATURA

O ensaio de fadiga rotacional tem sido aplicado como um método de avaliação de resistência de ligas metálicas na engenharia há séculos.

O primeiro relato da utilização desse teste data de meados do século XVIII, durante a fase de expansão e desenvolvimento das ferrovias.

Wöhler, um engenheiro alemão, em 1860, foi o primeiro a aplicar carregamentos de flexão rotativa, com o intuito de avaliar a resistência de ligas de aço que seriam utilizadas para a confecção de eixos de locomotivas. Nesse estudo, Wöhler constatou a existência do limite de fadiga para ligas de aço, que representa um nível de tensão aplicada, no qual o material pode trabalhar por milhões de ciclos com tensões totalmente reversas sem caminhar para a fratura.

Apesar de sua grande notoriedade no âmbito da engenharia, o ensaio de flexão rotacional é relativamente recente no meio odontológico.

O primeiro relato do uso desse ensaio de fadiga é de 1993, quando Butson; Nicholls; Ma et al. publicaram um estudo em que eram avaliadas as resistências à fadiga de ligas de soldas para pré e pós-aplicação de cerâmica.

Para a realização desse estudo foi confeccionado um dispositivo no qual o corpo de prova era afixado por uma de suas extremidades a máquina por meio de um mandril de 3 dentes e em sua outra extremidade era acoplado um rolamento preso a um suporte, no qual era suspenso um peso de chumbo que exercia a carga sobre o corpo de prova.

O mandril era acoplado ao eixo de um motor que fornecia a rotação do corpo de prova em seu longo eixo a uma frequência de 30Hz.

Um espelho foi utilizado para refletir um feixe de raio infravermelho em direção a um sensor, o qual fazia a contagem do número de ciclos.

Quando ocorria a fratura do corpo de prova, o peso adaptado ao rolamento caía sobre um mini interruptor que pausava a rotação do motor e a contagem de ciclos.

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2 Revisão de literatura 42

Fonte: Butson, 1993

Figura 1. Imagem do dispositivo utilizado por Butson; Nicholls; Ma et al.

Wiskott; Nicholls; Belser, (1994) avaliaram a resistência da união de soldas em ligas de ouro-paládio, variando a frequência de rotação em 5, 10 e 15Hz.

A máquina criada para o ensaio (Figura 2) utiliza um mandril de 3 dentes para a apreensão do corpo de prova, a rotação é provida por um motor e transmitida ao mandril através de um sistema de polias e correias.

Um dinamômetro foi utilizado para exercer a carga sobre o corpo de prova. A alteração de sua posição vertical modula a intensidade de carga transmitida pela mola e a alteração de sua posição no sentido horizontal aumenta ou diminui o braço de alavanca sofrido pelo espécime.

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2 Revisão de literatura 43

No momento em que ocorresse a fratura do corpo de prova, a mola do dinamômetro que exercia a carga se deslocaria para a sua posição de repouso, ativando um sensor óptico que cortaria a alimentação do motor, pausando a contagem de ciclos.

Fonte: Wiskott, 1994.

Figura 2. Dispositivo utilizado por Wiskott; Nicholls e Belser.

Wiskott; Nicholls; Belser, (1994) concluíram que o ensaio de fadiga foi coerente, já que exerce uma carga multidirecional sobre o corpo de prova, aproximando-se assim mais da situação que ocorre com os dentes no momento da mastigação.

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2 Revisão de literatura 44

Nesse estudo, os implantes eram incluídos em cilindros de latão e preenchidos com resina epóxica e preso ao mandril da máquina de ensaio, angulado em 30º em relação ao solo.

Os componentes protéticos foram encerados, fundidos e depois torneados, até que seu diâmetro se tornasse semelhante ao diâmetro interno do rolamento. Posteriormente, os componentes eram cimentados com cimento de fosfato de zinco no interior do rolamento, e parafusados sobre o implante.

Sobre o rolamento era adaptado um suporte pelo qual também era suspenso um peso de chumbo, responsável por exercer uma carga de 70N sobre o componente.

O espécime era rotacionado a uma frequência de 16Hz.

No momento em que ocorresse a falha do corpo de prova, o peso cairia sobre um interruptor, pausando a rotação e a contagem de ciclos.

Os autores concluíram que houve uma diferença significante entre o CeraOne e o Estheticone em termos do número de ciclos e que o elo fraco do Estheticone foi o parafuso de titânio do componente e não o parafuso de ouro, e o elo fraco do CeraOne foi o parafuso de ouro.

Wiskott; Pavone; Scherrer et al., em 2004, avaliaram a resistência de cinco tipos de componente protéticos em implantes de conexão interna ITI.

A máquina de ensaio utilizada nesse estudo foi a mesma descrita anteriormente pelos autores em 1994.

Para a realização do estudo, o autor contou com a colaboração do fabricante, que forneceu réplicas do implante ITI.

As réplicas foram confeccionadas em titânio, com dimensões exatas ao implante de 4,1mm, tanto em seu corpo quanto em sua conexão interna. As réplicas passaram por todas as fases de usinagem e tratamentos térmicos, com exceção de que não foram usinadas as roscas externas do corpo do implante e não foi submetido a nenhum tipo de tratamento de superfície.

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2 Revisão de literatura 45

Wiskott; Pavone; Scherrer et al., concluíram que os componentes protéticos parafusados são mecanicamente superiores aos componentes cimentados, e que os mesmos, parafusados com um maior torque, tiveram a sua resistência aumentada.

Fonte: Wiskott 2004.

Figura 3. Ilustração do esquema da montagem do ensaio e componentes do

dispositivo utilizado

Quek; Tan; Nicholls, em 2006, comparam a resistência a fadiga do componente CeraOne, sobre os implantes de hexágono externo de 3.3, 3.75 e 5.0mm, variando a intensidade do torque no parafuso em 20% a inferior ao torque recomendado, dando o torque recomendado e 20% superior ao torque recomendado.

Dados sobre o funcionamento e componentes da máquina de ensaio não foram fornecidos.

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2 Revisão de literatura 46

O autores concluíram que o implante de maior diâmetro (5mm) demonstrou uma maior resistência ao teste, enquanto que o de menor diâmetro oferece a menor resistência.

Fonte: Queck, 2006

Figura 4. Imagem do corpo de prova montado no mandril. (a) receptáculo do implante, (b) implante, (c) rolamento, (d) suporte do rolamento e (e) carga aplicada.

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2 Revisão de literatura 47

Fonte: Wiskott 2007

Figura 5. Esquema geral da montagem do corpo de prova ao mandril do dispositivo.

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3 Proposição 51

3 PROPOSIÇÃO

Com base nas informações apresentadas nos capítulos anteriores, ficou estabelecido que os objetivos no presente estudo foram:

a. Desenvolver um projeto gráfico de um dispositivo usado para avaliar a resistência da interface implante-componente protético, quando submetida a esforços cíclicos, visando a fratura por fadiga.

b. Com base nesse projeto, desenvolver um protótipo e verificar seu desempenho, através de alguns ensaios iniciais, utilizando componentes protéticos e implantes de um fabricante nacional.

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4 Material e Métodos 55

4 MATERIAL E MÉTODOS

Neste tópico é apresentada, numa primeira parte, a estrutura do dispositivo que é o objeto do presente trabalho e, numa segunda parte, os passos seguidos para montar um corpo de prova ao dispositivo criado.

4.1. Estrutura do dispositivo

Em função da alta complexidade do aparelho em questão, decidiu-se apresentar inicialmente um esquema geral da estrutura do dispositivo, o qual compõe a figura 7.

Pode-se observar que o dispositivo é constituído por uma base (B), sobre a qual estão assentadas a caixa de controle (C) e dois suportes das hastes verticais (s); cada uma destas suporta uma haste vertical (hv); na extremidade superior das referidas hastes, encontra-se uma lâmina denominada suporte do motor (m), em cujo orifício central será acoplado o motor, como será oportunamente explicado.

Durante o ensaio, o implante ficará contido num receptáculo, o qual por sua vez será preso num mandril próprio, acoplado ao eixo do motor; sobre o respectivo componente protético, será exercida uma carga de tração, por meio de um bloco de carga suspenso.

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4 Material e Métodos 56

Figura 7. Esquema geral da estrutura do dispositivo, cujas partes componentes são identificadas por letras, cujo significado está escrito no texto

A seguir, serão efetuadas descrições detalhadas dessas e das demais partes componentes do dispositivo, acompanhadas por ilustrações, que possibilitarão o entendimento do seu funcionamento.

Para a realização da usinagem dos componentes do dispositivo foi utilizado um mini torno CNC de precisão (Sherline 4410, Los Angeles, CA, USA)

4.2. Componentes do dispositivo

Suporte das hastes verticais

Dois suportes em duralumínio foram feitos para as hastes. Os mesmos foram parafusados à base e sobre eles foram fixados as hastes verticais.

Hastes Verticais

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4 Material e Métodos 57

Figura 8. Visão lateral do dispositivo, onde se visualiza o suporte e a haste vertical.

Suporte do motor

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4 Material e Métodos 58

Figura 9. Lâmina de suporte do motor sendo confeccionada por uma fresadora CNC

(Sherline 5410, Los Angeles, CA, USA)

Barras de estabilização

Para prevenir qualquer movimentação no dispositivo durante o ensaio, barras de estabilização foram instaladas fixando uma haste vertical à outra.

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4 Material e Métodos 59

Motor

Para rotacionar o corpo de prova em altas velocidades e suportar as cargas exercidas sobre o mesmo, um servo motor (Nisca NC5475, Kofu, Yamanashi, Japan) foi selecionado para compor o dispositivo.

Apesar de ser um motor de dimensão pequena e leve (700g) trata-se de um motor robusto, utilizado em fotocopiadoras de alta velocidade e conhecido por suportar muitas horas de trabalho ininterruptas.

O motor possui uma velocidade máxima de 8.000 RPMs e torque de 392,3 mN/M, indicado corretamente para desempenhar a sua função no dispositivo.

Figura 11. Imagem do motor selecionado para compor o dispositivo.

Mandril

Um Mandril usinado em aço 310 foi confeccionado com a finalidade de ser acoplado ao eixo do motor em uma de suas extremidades. Em sua outra extremidade foi feita uma perfuração de diâmetro exato ao receptáculo do corpo de prova e em sua porção lateral foi feita uma perfuração e conformação de rosca, onde foi colocado um parafuso com o intuito de fixar o receptáculo ao interior do mandril.

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4 Material e Métodos 60

Figura 13. Mandril acoplado ao mini torno recebendo, acabamento utilizando uma tira de lixa após o término de sua usinagem.

Receptáculo de inserção do implante

Para que o implante fosse levado ao interior do mandril mantendo-se concêntrico ao mesmo e ao eixo do motor, foram confeccionados dois receptáculos para diferentes métodos de inserção como se encontra na literatura; um para a inclusão em metal e o outro para a inclusão em resina.

Ambos os receptáculos possuem a mesma dimensão externa, que vem a ser a mesma dimensão da perfuração interna do mandril. Os mesmos se diferem somente em suas usinagens internas.

Receptáculo para inclusão em metal

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4 Material e Métodos 61

Na base inferior do receptáculo foi feita uma perfuração e a colocação de um contra-parafuso, o qual terá a sua finalidade esclarecida futuramente nesse estudo.

Figura 14. Usinagem interna do receptáculo

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4 Material e Métodos 62

Receptáculo para inclusão em resina

Para a confecção do receptáculo em resina foi feita uma perfuração na base superior do mesmo de 5mm de diâmetro e conformação de rosca em seu interior com o intuito de obter retenção mecânica para a adesão de resina.

Figura 16. Imagem do receptáculo para inclusão em resina evidenciando as roscas feitas para a retenção da resina

Suporte para o rolamento

Foi confeccionado em aço 310 um suporte para o rolamento. O mesmo tem a função de abraçar o rolamento, ao qual o componente protético será fixado em seu interior, em sua outra extremidade há uma haste, por onde o bloco de cargas será sustentado a fim de que exerça a carga sobre o componente protético.

(61)

4 Material e Métodos 63

Figura 17. Suporte do rolamento visto de frente e verso

Bloco de carga

Foi confeccionado um bloco de carga a fim de que o mesmo fosse um compartimento para a colocação de pesos de chumbo.

Suas dimensões internas permitem que sejam colocados aproximadamente 10,5Kg de chumbo, o suficiente para reproduzir qualquer teste divulgado na literatura científica.

(62)

4 Material e Métodos 64

Interruptor

Para pausar a rotação do motor, e por consequência a contagem de ciclos, foi instalado um interruptor; o qual quando acionado envia um sinal para a caixa de comandos, e corta a alimentação do motor.

O interruptor é acionado pela queda do bloco de carga em uma extremidade da alavanca em posição de repouso. Dessa forma, a outra extremidade é movimentada e o botão do interruptor é acionado.

Figura 19. Esquema da movimentação da alavanca: Quando o bloco de carga (C) se

desprende aciona a alavanca (a) fazendo com que sua outra extremidade acione o interruptor (i)

Sensor de contagem de ciclos

Para a realização da contagem de ciclos, optou-se pelo uso de um sensor de efeito Hall.

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4 Material e Métodos 65

um sinal ao sistema de controle localizado no interior da caixa de controle, que o interpreta como a contagem de um ciclo.

Figura 20. Disco componente do sensor de efeito Hall visto de frente e verso

Figura 21. Disco componente do sensor de efeito Hall parafusado ao eixo do motor (e) e unidade receptora (r)

Caixa de controle

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4 Material e Métodos 66

componentes eletrônicos e uma placa com o circuito integrado no qual foi gravado o software responsável pela contagem dos ciclos.

Em seu painel frontal estão dispostos:

• display de LCD com oito dígitos;

• alimentação geral;

• tecla liga-desliga;

• tecla pause, para interromper a contagem de ciclos;

• tecla reset, para zerar a contagem registrada de um teste já efetuado.

Figura 22. Imagem da caixa de controle e identificação dos componentes do painel

Regulagem de velocidade do motor

Para configurar a velocidade de rotação do motor, foi utilizado um regulador de tensão PWM.

(65)

4 Material e Métodos 67

Figura 23. Vista interna da caixa de controle onde se observa a regulagem da velocidade do motor pelo controlador PWM

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4 Material e Métodos 68

4.3 Montagem para a realização de um teste

Neste capítulo será mostrado por meio de imagens e explicações sucintas a metodologia empregada para se preparar o dispositivo para a realização de um ensaio de fadiga.

Para garantir a centralização perfeita e adaptação do componente protético ao interior do rolamento (NSK 624–2RS, Suzano, SP, Br), uma réplica em negativo das roscas do implante foi levada ao mini torno CNC. No interior da réplica foi parafusado um implante e sobre o mesmo o componente protético a ser usinado.

Figura 25. Usinagem do componente protético e aspecto do mesmo ao término da

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4 Material e Métodos 69

Figura 26. Rolamento utilizado no dispositivo

Após o término da preparação dos componentes, os mesmos foram levados à uma prensa hidráulica a fim de que fossem assentados ao rolamento.

Figura 27. Componente protético sendo prensado e conjunto final obtido

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4 Material e Métodos 70

Figura 28. Réplica do mandril presa à morça e receptáculo sendo fixado na réplica pelo aperto do parafuso lateral

Figura 29. Implante sendo instalado no receptáculo e aspecto final do conjunto

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4 Material e Métodos 71

Figura 30. Contra-parafuso em posição

Levando o receptáculo novamente à réplica do mandril coloca-se o componente protético inserido no rolamento sobre a plataforma do implante e é dado o torque recomendado pelo fabricante sobre o parafuso do componente protético. A seguir, o rolamento é adaptador ao suporte do rolamento e o conjunto é levado ao mandril do dispositivo.

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4 Material e Métodos 72

Figura 32. Conjunto do corpo de prova e suporte do rolamento fixado ao mandril do dispositivo

Por fim, define-se a carga a ser usada no teste, preenchendo o bloco de carga com os pesos de chumbo . Após a adaptação do bloco à haste do suporte do rolamento, o dispositivo é acionado.

Figura 33. Bloco de carga sendo preenchido com pesos de chumbo e

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4 Material e Métodos 73

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5 Discussão 77

5 DISCUSSÃO

Como pode ser observado na revisão de literatura, o teste de fadiga rotacional tem sido muito usado nas publicações internacionais, o que justifica a escolha do tema do projeto aqui desenvolvido.

Poucos são os estudos onde há a descrição minuciosa das partes componentes destes dispositivos (Nicholls; Ma; Harper, 1993; Wiskott; Nicholls; Belser, 1994; Basten; Nicholls; Colin et al., 1996 e Quek; Fracds; Keson et al., 2006) assim como de seu funcionamento. No entanto, tais estudos serviram de base para o desenvolvimento do protótipo aqui construído, no qual foram efetuadas muitas melhorias, descritas no texto.

O objetivo desse trabalho não era simplesmente criar mais uma máquina para a realização de ensaios de fadiga, semelhantes as já existentes. A meta era justamente idealizar e confeccionar um dispositivo aperfeiçoado, prático de transportar e manusear, de custo reduzido e que permitisse sua fácil adaptação para a realização de estudos dos diferentes componentes protéticos, diâmetros de plataforma e sistema de conexão de implantes que se encontram disponíveis no mercado aos cirurgiões dentistas.

A seguir, serão feitos comentários a respeito das melhorias realizadas;

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5 Discussão 78

é a impossibilidade de uma padronização da intensidade do aperto (torque) com que cada espécime é fixado, o que gera mais uma variável indesejável durante o ensaio. Para evitar esses problemas no presente protótipo, a alternativa utilizada foi a utilização de um mandril de diâmetro fixo, onde a preensão é efetuada por meio de um parafuso lateral, sistema esse também usado na mecânica e na engenharia, porém de confecção mais trabalhosa, dada a necessidade de extrema acurácia, o que envolve o uso da denominada micro-usinagem de alta precisão.

Como o diâmetro deste mandril acomoda com justeza o receptáculo que contém o implante, não haverá mudança no seu posicionamento, quando esses últimos forem travados pelo parafuso lateral, operação esta efetuada com uma força padronizada e de intensidade menor que aquela necessária para o mandril de dentes.

Nos aparelhos desenvolvidos pelos outros autores já mencionados, a contagem do número de ciclos era efetuada por meio de sensores de radiação infravermelha; tal radiação é emitida pelo respectivo componente emissor e detectada pelo seu receptor, ambos alinhados entre si; quando a referida emissão é interrompida, em função do deslocamento do denominado disco seccionado, o receptor envia um sinal ao sistema de controle, que o interpreta como o final de um giro do disco, equivalente a um ciclo. Esse tipo de sensor é extremamente eficiente, porém seu correto funcionamento obrigatoriamente depende de um perfeito alinhamento dos seus componentes (emissor/receptor), o qual pode ser perdido, devido a vibrações ou impactos sofridos pelo dispositivo, tornando necessário o seu realinhamento; além disso, o progressivo acúmulo de poeira interfere em sua precisão; outro risco comum encontrado é a queima do componente emissor de radiação infravermelha.

Com o intuito de conferir confiabilidade, desempenho e estabilidade maiores ao sistema contador de ciclos, optou-se pelo uso do sensor de efeito Hall, como já foi descrito no tópico de Materiais e métodos; devido ao fato deste utilizar um mecanismo de variação de campos eletromagnéticos, esse sistema é considerado à prova de umidade, poeira e sujeira.

Outro aspecto importante diz respeito ao travamento do implante dentro de seu receptáculo.

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durante o ensaio, podem se soltar do respectivo receptáculo, como foi detectado durante os ensaios-piloto do presente estudo.

Entretanto, apesar deles não terem feito nenhuma referência a este aspecto, pode-se perceber, pela análise dos respectivos estudos, que eles enfrentaram este problema. Essa afirmação pode ser feita, ao se constatar que, em dois estudos diferentes, Wiskott; Pavone; Scherrer et al. (2004) e Wiskott; Jaquet; Scherrer et al. (2007) usou diferentes sistemas para fixar o implante no receptáculo; num deles, utilizou um receptáculo (manga) constituído por uma folha “de acetato” (Delrin 300AS, DuPont) e, num outro, um receptáculo em alumínio, o que dá a entender que talvez o referido autor ainda esteja buscando a melhor maneira de incluir e estabilizar o implante.

Quando, durante um ensaio, acontece o afrouxamento do implante contido em um receptáculo constituído por alumínio ou por bronze, além da perda deste ensaio, nota-se a olho nú que as roscas deste último ficaram danificadas, impossibilitando sua re-utilização; se o receptáculo for constituído em aço, além do afrouxamento, ocorre a danificação das roscas do implante.

No presente estudo, esse problema foi contornado através da colocação de um contra-parafuso, fixado no fundo do receptáculo, até tocar o ápice do implante, assim eliminando o afrouxamento do implante, fato que foi constatado durante os testes-piloto.

Alguns dos autores citados na revisão de literatura utilizaram um dinamômetro para exercer a carga sobre o espécime (Wiskott; Nicholls; Belser, 1994) . No entanto, é sabido que a mola utilizada nos dinamômetros necessita de aferições periódicas (pois sua elasticidade é facilmente alterada) e que comumente necessita ser substituída. Por esse motivo, optou-se pelo uso do bloco de carga preenchido por chumbo, dispensando assim qualquer necessidade de manutenção do aparelho em relação a esse aspecto.

A escolha do servo-motor referido, além de servir para diminuir o peso do dispositivo, também diminuiu os custos de sua fabricação.

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6 Conclusões

6 CONCLUSÕES

Ao término do desenvolvimento e comparando-se aos aparelhos relatados no levantamento bibliográfico, obteve-se um aparelho confiável, resistente e versátil; podendo facilmente variar a carga exercida e a frequência de rotação, possibilitando assim executar inúmeras combinações de ensaios de fadiga.

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Imagem

Figura 1. Imagem do dispositivo utilizado por Butson; Nicholls; Ma et al.
Figura 2. Dispositivo utilizado por Wiskott; Nicholls e Belser.
Figura 3. Ilustração do esquema da montagem do ensaio e componentes do  dispositivo utilizado
Figura 4. Imagem do corpo de prova montado no mandril. (a) receptáculo do  implante, (b) implante, (c) rolamento, (d) suporte  do rolamento e (e) carga aplicada
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