Usinagem CNC Estilo Suíço: Produção de Precisão de Parafusos Ósseos e Ancoras para Ortopedia e Odontologia

Alcançando Recursos Precisos e Complexos para Aplicações Ortopédicas e Odontológicas

Comparados a muitos outros dispositivos médicos, parafusos ósseos têm estrutura aparentemente simples: cilindro rosqueado com cabeça em uma extremidade e ponta na outra. Contudo, pode haver quantidade surpreendente de complexidade no projeto de parafusos ósseos (também chamados ancoras).

É por isso que a usinagem CNC estilo suíço de precisão desempenha papel importante na realização dos projetos que dão aos parafusos ósseos os recursos e funcionalidade adequados para seus usos finais.

Estrutura Básica dos Parafusos Ósseos

Como o parafuso de madeira comum, a estrutura de um parafuso ósseo tem certas características básicas:

• A cabeça do parafuso é a superfície superior achatada que auxilia na inserção.
• A ponta é a outra extremidade, oposta à cabeça.
• O comprimento do corpo (ou haste) é medido da cabeça à ponta.
• O passo do parafuso é a distância percorrida a cada volta de 360º.
• O diâmetro maior é a espessura total do pico de uma rosca ao pico oposto.
• O diâmetro menor é a espessura sem incluir as roscas. Importante porque o furo piloto deve ter o mesmo tamanho do diâmetro menor.

Por Que Parafusos Ósseos São Usados

A função principal do parafuso ósseo é ajudar a reparar fraturas ósseas. Tipicamente, o parafuso converte a força do movimento ósseo em compressão que mantém o osso no lugar para cicatrização mais rápida.

O uso de parafusos ósseos remonta ao início do século XX. Foi quando o cirurgião William O'Neill Sherman pioneirou a fixação de fraturas ósseas usando placas e parafusos convencionais modificados para fixar ao osso.

Hoje, parafusos ósseos são usados em ampla gama de aplicações ortopédicas e ortodônticas. Parafusos ortopédicos servem principalmente para fixação óssea ou ajudar a prender tecido mole (como tendões) ao osso. Na odontologia, parafusos ósseos geralmente servem como ancoras sobre as quais algo mais — como dente de substituição — é fixado.

Como esperado, parafusos ósseos modernos são mais precisos e especializados que a versão do Dr. Sherman. Não surpreende que a usinagem CNC suíça seja o método frequentemente usado para produzir recursos precisos que melhoram o método de fixação do parafuso ou capacidade de aderir a osso ou outro tecido.

Diferentes Ossos, Diferentes Parafusos

Em estudo comparando resistência de quatro parafusos ósseos comercialmente disponíveis com passos diferentes, o poder de fixação correlacionou-se com densidade do osso, projeto das roscas e número de roscas engajadas. Como diferentes tipos de ossos têm densidades diferentes, faz sentido que o tipo de osso impacte o projeto do parafuso.

Osso cortical (ou compacto) compõe a camada externa dura e densa dos ossos que fornece estrutura de suporte ao corpo e protege órgãos internos. Esses ossos lisos, brancos, sólidos compõem cerca de 80% da massa corporal adulta.

Osso canceloso (também chamado esponjoso) forma a rede de tecido interno dos ossos, geralmente encontrado na ponta de outros ossos, perto de articulações e dentro de vértebras. É menos denso, mais macio e flexível que o cortical.

Portanto, a usinagem CNC suíça pode fabricar parafusos que variam em rosca, passo e outros recursos baseados no tipo de osso:

• Parafusos corticais — também chamados parafusos de córtex — projetados para fixar firmemente e dar máxima estabilidade quando inseridos em osso cortical. Têm passo pequeno, roscas rasas e próximas ao longo de todo comprimento, geralmente ponta romba. Comprimentos típicos: 1,5 mm a 4,5 mm.
• Parafusos cancelosos, para fixação de osso canceloso, são mais longos e têm passo maior que corticais. Roscas mais profundas e espaçadas, haste pode ser totalmente ou parcialmente roscada. Comprimentos gerais: 3,5 mm a 6,5 mm.

Outras Variáveis no Projeto de Parafusos Ósseos

Além de variações em rosca e passo, parafusos ósseos podem ter furos, degraus, fendas e outros recursos graças às capacidades de precisão da usinagem CNC suíça. Por exemplo, diferentes tipos de cabeças:

• Parafusos para ancorar dentes podem ter cabeça cônica sobre a qual dente de substituição é pressionado.
• Cabeça roscada pode travar parafuso e sua fixação (como placa) no lugar, para maior estabilidade.
• Cabeça hexagonal é comumente usada para permitir uso de chave de fenda na inserção.

Parafusos ósseos usinados suíços também aproveitam diferentes projetos de ponta que suportam diferentes técnicas de inserção:

• Parafusos não-rosqueadores têm ponta lisa e arredondada, inserida fazendo furo piloto e rosqueando dentro do furo.
• Parafusos auto-rosqueadores têm flautas de corte para rosquear suas próprias roscas ao serem inseridos em furo piloto. Como osso canceloso é menos denso que cortical, parafuso canceloso é auto-rosqueador — corta seu caminho no osso ao ser inserido.
• Parafusos auto-perfurantes podem ser inseridos diretamente, sem furo piloto ou preparação. Criam seu próprio furo piloto e também são auto-rosqueadores.

Vantagens de Projeto de Parafuso Único

Empresas de dispositivos médicos também podem criar suas próprias variações de projeto de parafuso ósseo para criar algo único que as diferencie e forneça vantagem competitiva.

Além de benefício ao fabricante, projeto patenteável e proprietário cria oportunidades — e desafios — para usinagem CNC suíça fabricar projeto muito complexo. Por exemplo, formas mais complicadas são exemplo perfeito onde técnica de segmentação na usinagem suíça permite oficina mais sofisticada atender necessidades complexas do cliente.

Outro princípio orientador — projetar dispositivos médicos com construção em uma peça — pode tornar peça mais complexa do ponto de vista de usinagem. Enfrentando esse desafio, usinagem suíça ajuda fabricantes a alcançar projetos de componente único que minimizam risco de dispositivo desmontar ou falhar devido a falha de uma de múltiplas peças.

Além disso, diferentes modificações de superfície (veja abaixo) podem ser adicionadas aos parafusos ósseos, pós-usinagem, para impacto positivo no crescimento e adesão óssea, diferenciando ainda mais projeto de ancoragem de outras opções de fabricantes.

Considerações Específicas de Material para Parafusos Ósseos

Parafusos ósseos e ancoras para uso ortopédico e odontológico são feitos de ligas metálicas há mais de século. Houve muito tempo para aprender quais materiais entregam a mistura certa de alta resistência, resistência à corrosão e biocompatibilidade.

Fabricantes atuais geralmente escolhem materiais grau implante que atendem especificações ASTM ou ISO. Fabricar parafusos ósseos com recursos e funcionalidade corretos requer capacidade de usinar suíça ampla gama de materiais, cada um com características únicas.

Embora aço inoxidável seja popular em dispositivos médicos e possa ser usado para parafusos ósseos, últimas décadas viram aumento no uso de titânio e variedade de metais especiais escolhidos por características e vantagens únicas.

Por exemplo, titânio — disponível em versões pura e ligada — usado quando objetivo é leveza e alta resistência ou quando dispositivo precisa conectar a outro componente de titânio. Parafusos de titânio frequentemente usados no tratamento de fraturas mandibulares.

A liga de titânio Ti-6Al-4V ELI (titânio-6alumínio-4vanádio extra baixo intersticiais) é leve, resistente à corrosão, forte e biocompatível. Controles rigorosos no processo de fusão resultam em material com ductilidade e resistência adicionadas, tornando titânio ELI escolha popular e durável para parafusos ósseos e outros dispositivos médicos.

Nitinol (NiTi) às vezes escolhido por capacidade de suportar alta tensão sem deformar. Pode ser usado onde parafuso ou dispositivo precisa esticar e mudar levemente sem tomar conjunto permanente.

Outros materiais de alta resistência e biocompatíveis frequentemente usados intercambiavelmente na usinagem suíça de parafusos ósseos e ancoras incluem:

• MP35N® e similar 35N LT® (baixo titânio), fusão de MP35N com traço de titânio removido, dando melhor vida à fadiga
• L605
• 316LVM
• Elgiloy®, Conichrome® e outras ligas especificadas por ASTM F1058 e ISO 5832-7

Tratamento de Superfície para Promover Osseointegração

Acabamento de superfície é tópico muito importante na Metal Cutting. Para parafusos ósseos e usinagem suíça, tratamento de superfície é tópico único.

Embora alguns parafusos ósseos sejam temporários e removidos, a maioria é colocada para ficar. Acontece que o acabamento de superfície do parafuso tem muito a ver com promover crescimento ósseo para que parafuso fique firmemente embutido e osso cresça ao redor.

Enquanto cientistas desenvolvem revestimentos especiais para promover osseointegração, fabricantes descobriram que acabamentos mais rugosos e outros tipos de superfícies ajudam a promover crescimento ósseo.

A invenção da sinterização a laser direta (impressão 3D de metal) permite níveis de porosidade antes inatingíveis, indo além de acabamento rugoso e promovendo osseointegração. Por isso, fabricação 3D pode ser o futuro de parafusos ósseos e muitas outras aplicações de dispositivos médicos.

Contudo, a maioria dos materiais usados para parafusos ortopédicos e ancoras odontológicas não são tratáveis termicamente. Em vez disso, ganham resistência de trabalho a frio, o que não se pode fazer com impressão 3D de metal.

Isso significa que você ainda tem que começar com vergalhão ou fio usinado suíço antes da sinterização a laser!

Usinagem Suíça vs. Impressão 3D a Laser para Parafusos Ósseos?

Embora impressoras 3D de metal digam que podem fazer tudo, o trabalho a frio está entre os desafios que precisam superar antes que todas aplicações de parafusos ósseos possam ser impressas em 3D. Até lá, usinagem estilo suíço tem vantagem de começar com material de trabalho a frio como vergalhão.

A mágica da impressão 3D é que, como processo aditivo, pode produzir vazios — vantagem para leveza e porosidade que usinagem suíça não iguala. Contudo, para roscas, furos, degraus e outros recursos cruciais à função do parafuso, processos aditivo e subtrativo produzem mesmo resultado dimensional final.

Para saber mais sobre atributos e vantagens da torneamento CNC suíço para seus dispositivos médicos ou outras aplicações, baixe nosso guia gratuito Swiss Machine FAQs.