RESUMO
Atualmente na medicina bucomaxilofacial são utilizadas sistemas de placas e parafusos específi cos para cada região, que são compreendidas como terço médio inferior, terço médio superior, mandíbula e crânio. Com isso, cada sistema deve atender às exigências de geometrias e resistência mecânica específi cas para cada uma dessas regiões. Observando essas diferentes aplicações e, com o grande aumento da utilização dessa medicina cada vez mais aparece a necessidade de otimizações nesta área. Busca-se a diminuição física das peças visando à mínima perda das propriedades mecânicas. Este artigo pretende avaliar e comparar a resistência mecânica ao torque e a durabilidade do acoplamento para transporte dos parafusos, em conjunto com a chave correspondente de alguns desses diferentes sistemas aplicados nessa área da medicina. Os resultados aqui obtidos serão utilizados cientifi camente para o desenvolvimento desse conjunto, visando à melhoria contínua nesse processo de desenvolvimento de produtos.
Palavras-chave: Transplante ósseo. Implantes dentários.
Materiais dentários.
Athos JACOMINI FILHO¹, Denner GARBULHA2, Lucas Lima COUTINHO3, Michel Aislan Dantas SOARES4, Nelis Evangelista LUIZ5, Ricardo CIUCCIO6
Study of durability and mechanical strength of the screw and screw-driver for bone
graft fi xation
Estudo da durabilidade e resistência mecânica do parafuso
bucomaxilo em conjunto com a chave do parafuso de
enxerto ósseo
1. Graduado em Desenho Industrial. Técnico de Desenvolvimento, SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil.
2. Graduando em Gestão da Qualidade, Universidade Cidade de São Paulo. Encarregado de Controle da Qualidade, SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil. 3. Graduando em Engenharia Mecânica, Universidade São Judas Tadeu. Assessor de Controle da Qualidade, SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil. 4. Graduando em Tecnologia Mecatrônica, Universidade Nove de Julho. Projetista, SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil.
5. Doutor em Engenharia Mecânica. Gerente de Engenharia, SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil. 6. Graduado em Engenharia Mecânica. Engenheiro de Produto, SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil.
Endereço para correspondência: Athos Jacomini Filho
Rua Ludovico Liparini, 45 Jardim Grimaldi
03923-220 - São Paulo - São Paulo - Brasil E-mail: athos.jacomini@sinimplante.com.br
Recebido: 25/11/2009 Aceito: 17/12/2009
ABSTRACT
Currently in maxillofacial medicine have been used specifi c plates and screw systems for each region that comprise as lower middle third, upper middle third, jaw and skull. Thus, each system must comply the geometry demands and the mechanical strength specifi cally for each region. Looking at these different applications and with the large increase in the use of this medicine, the necessity of optimization shows itself even more. It aims the reducing of the physical parts aiming a minimal loss of mechanical properties. This article aims to evaluate and compare the mechanical strength to the torque and the durability of coupling for transporting screws together with the corresponding drive of some of these different systems applied in this medicine area. The results obtained will be used scientifi cally to the development of this set, aiming the continuous improvement in this development process.
Key words: Bone transplantation. Dental implants. Dental materials.
As chaves de instalação foram confeccionadas em aço inoxidável M3404 (Tabela 2), temperado e revenido apresentando dureza fi nal acima de 45 HRC.
ENSAIOS
Os ensaios mecânicos foram realizados nas dependências da empresa SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil e visam quantifi car a resistência à fadiga do acoplamento chave / parafuso e a sua resistência ao torque.
Todos os ensaios foram manualmente executados simulando sua real utilização cirúrgica.
TESTES DE FADIGA
Os parafusos foram acondicionados em seu própio kit. Para este teste conectamos a chave (CPEX) a uma CDM 03 - chave de mão do bucomaxilo (Figura 2).
Logo em seguida, a chave foi acoplada às peças repetidas vezes (Figura 3) até que os mesmos sofressem um desgaste e perdessem o seu poder de transporte (Figura 4). O resultado do teste consiste em contar a quantidade de acoplamentos antes desta perda.
A cirurgia bucomaxilofacial ou mais corretamente, cirurgia e traumatologia bucomaxilofacial, é uma especialidade da odontologia que trata cirurgicamente as doenças da cavidade bucal e anexos, tais como: traumatismos e deformidades faciais (congênitos ou adquiridos), traumas e deformidades dos maxilares, aonde são cirurgicamente corrigidas com auxílio de placas, parafusos e ou telas de reconstrução5.
Eventualmente, devido ao uso demasiado, parafusos se desgastam com as suas respectivas chaves podendo causar a inutilização do componente, ou até acidentes. A fi m de evitar estes casos nas cirurgias bucomaxilofaciais, levantou-se um estudo a respeito do acoplamento entre esses elementos.
Esse artigo apresenta testes com o intuito de avaliar a resistência à fadiga e torque máximo suportado pela chave de transporte CPEX - fi xador do parafuso de enxerto ósseo (SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil) e os parafusos PBM - parafuso bucomaxilo (SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil)6. A seção avaliada nesse caso será a cruz do parafuso e
da chave, acoplamento responsável pelo transporte e inserção do parafuso.
MATERIAL E MÉTODOS
Foram analisados sessenta parafusos e três chaves curtas de inserção e transporte (CPEX), sendo trinta parafusos do sistema 2.0 (PBM 20) e trinta do sistema 2.4 (PBM 24). todos com conexão em cruz fornecidos pela empresa brasileira SIN - Sistema de Implante, São Paulo, SP, Brasil (Figura 1).
Nas amostras de parafusos ensaiados foi utilizado como matéria-prima o titânio grau 5 de acordo com a norma ASTM F1361 (Tabela 1). O titânio é atualmente considerado o material
Figura 1 - Modelo ilustrativo do PBM e CPEX.
Figura 2 - CDM em conjunto com CPEX e PBM.
N C H Fe O Al V Ti
0.05 0.08 0.012 0.25 0.13 6 4 Balanço
C Mn Si Mo V Cr Adição de N
0.54min 0.40 0.45 1.10 0.10 17.30
Tabela 1 - Composição química do titânio grau 5 conforme
norma ASTM F136.
RESULTADOS
DADOS DOS TESTES DE FADIGA
Durante o ensaio de fadiga determinou-se a quantidade de vezes necessárias para expandir a cruz do parafuso, fazendo com que o mesmo não pudesse ser mais transportado pela chave (Tabela 3).
Análise estatística comparativa entre os resultados dos grupos de parafuso PBM20 e PBM24 através do teste de TESTE DE TORQUE
Para esse ensaio utilizamos um Torquímetro Axial Digital Modelo TQ 680 (Instrutherm Instrumentos de Medição, São Paulo, SP, Brasil) (Figura 5).
Com o auxílio de uma tíbia de boi, fi zeram-se furos de diâmetro apropriados para a inserção dos parafusos. Em seguida, com a chave de enxerto (CPEX), presa ao mandril do torquímetro digital, rosquearam-se os parafusos e aplicando determinado torque até que ocorresse o espanamento de um dos elementos (Figura 6).
Jacomini Filho A, Garbulha D, Coutinho LL, Soares MAD, Luiz NE, Ciuccio R
Figura 6 - Sequência dos testes de torque.
Figura 5 - Torquímetro mecânico digital.
Figura 4 - Parafuso deformado após teste de fadiga. Figura 3 - Teste de fadiga.
AMOSTRAS CÓDIGO PBM 20 PBM 24 REPETIÇÕES 1 9 20 2 10 18 3 6 23 4 11 26 5 11 23 6 10 23 7 8 23 8 13 23 9 8 26 10 15 23 11 8 21 12 9 23 13 13 26 14 12 23 15 13 20 16 13 21 17 12 21 18 14 20 19 10 21 20 15 21
Total: 40 amostras MÉDIA
11 22
dá devido à área de contato entre a chave e o parafuso serem menores em relação ao parafuso da linha 2.4.
Os resultados são mostrados grafi camente através da Figura 7.
DADOS DOS TESTES DE TORQUE
Com esse ensaio determinou-se o torque necessário para espanar a cruz do parafuso. Conforme Tabela 4.
Análise estatística comparativa entre os resultados dos grupos de parafuso PBM20 e PBM24 através do teste de Tukey3 Figura 7 - Resultados dos testes de fadiga com média e intervalo
de confi ança (95%). AMOSTRAS CÓDIGO PBM 20 PBM 24 TORQUE 1 15,7 16,2 2 15,3 16,4 3 14,9 16,2 4 16,7 16,4 5 13,8 16,5 6 15,7 16,1 7 15,7 16,2 8 16,0 16,3 9 16,1 16,5 10 15,7 17 Total: 20 amostras MÉDIA 15,6 16,4 MÉDIA TOTAL 16 N.cm
Tabela 4 - Teste de torque.
na área de contato entre a chave e os parafusos não interferiu em sua resistência signifi cativamente.
Os parafusos cederam ao torque médio de 16Ncm, espanando assim sua cruz (Figura 8).
A chave CPEX resistiu a 665 ensaios de fadiga sem apresentar deformações que atrapalhassem seu desempenho funcional (Figura 9).
Para os testes de torque, a chave CPEX resistiu a 10 ensaios de torque, em média, sem que nenhuma deformação fosse percebida.
DISCUSSÃO
Os testes obtidos nesses ensaios são relacionados com a resistência à torção e fadiga da cabeça do parafuso e sua chave de instalação.
Os testes foram feitos manualmente de forma a simular a real situação de manuseio em ambiente cirúrgico.
Em outro momento foram feitos testes em laboratórios de ensaios analisando estaticamente a resistência mecânica
Figura 8 - Resultados dos testes de torque com média e
intervalo de confi ança (95%).
individualizada de cada componente, atendendo métodos de ensaios conforme norma ASTM F543:20072.
Esses testes comprovam a efi cácia dos componentes, já que os mesmos suportaram números altíssimos quanto aos testes submetidos.
CONCLUSÃO
• Foram feitas avaliações da resistência à fadiga e de torque dos parafusos PBM20 e PBM24;
• Os parafusos PBM20 testados suportam serem pegos pela chave CPEX em média 11±1.2 vezes, a um nível de confi ança de 95%;
• Os parafusos PBM24 testados suportam serem pegos pela chave CPEX em média 22.2±1.0 vezes, a um nível de confi ança de 95%;
• A resistência à fadiga do grupo PBM24 é signifi cativamente maior que a resistência à fadiga do grupo PBM20;
• O torque máximo suportado pelos grupos PBM20 e PBM não apresentou diferença a um nível de confi ança de 95%;
• O torque máximo para os dois grupos foi de 16 Ncm; • Os testes de fadiga comprovam que os parafusos da
linha bucomaxilo suportam um signifi cante número de repetições para seu transporte;
• Os parafusos de bucomaxilo não suportam uma carga excessiva de torque, espanando sua cruz a níveis muito baixos;
• As chaves de enxerto utilizadas na linha bucomaxilo suportam uma carga de torque e transporte signifi cante.
REFERÊNCIAS
1. American Society for Testing and Materials. F136: standard specifi cation for wrought titanium-6 aluminum-4 vanadium ELI (Extra Low Interstitial). West Conshohocken: The Society; 2007. 2. American Society for Testing and Materials. F543: standard
specifi cation and test methods for metallic medical bone screws. West Conshohocken: The Society; 2007.
3. Button ST. Metodologia para planejamento experimental e análise de resultados. Campinas: Universidade Estadual de Campinas; 2005.
4. Isoplast. Ficha técnica do aço M340. Maracanaú: A Empresa; 2005.
5. Marzola C. História da cirurgia bucomaxilofacial no Brasil - antes e depois de João Jorge de Barros. Rev Odont. 2001;1(1):5-13. 6. Sistema de Implante. Relatório técnico: 010-07. São Paulo: SIN;
2007.
