Usinagem Suíça de Parafusos e Ancoragens Ósseas

Alcançar recursos precisos e complexos para aplicações ortopédicas e odontológicas

Em comparação com muitos outros dispositivos médicos, os parafusos ósseos têm uma estrutura aparentemente simples:um cilindro rosqueado com uma cabeça em uma extremidade e uma ponta na outra. No entanto, pode haver uma quantidade surpreendente de complexidade no projeto de parafusos ósseos (também chamados de âncoras).

É por isso que a usinagem CNC de precisão no estilo suíço desempenha um papel importante na realização dos projetos que dão aos parafusos ósseos os recursos e a funcionalidade adequados para seus usos finais.

Estrutura Básica de Parafusos Ósseos

Como o parafuso de madeira comum com o qual a maioria das pessoas está familiarizada, a estrutura de um parafuso de osso tem certas características básicas:

• A cabeça do parafuso é a superfície plana e superior que auxilia na inserção do parafuso.
• A dica é a outra extremidade do parafuso, oposta à cabeça.
• O comprimento do eixo (ou corpo) de um parafuso é medido da cabeça até a ponta.
• O campo de um parafuso é a distância percorrida pelo parafuso a cada volta de 360º.
• O diâmetro principal de um parafuso é a espessura total do parafuso de um pico da rosca até o outro pico no lado oposto.
• O diâmetro menor é a espessura de um parafuso sem incluir as roscas. Isso é importante saber porque o orifício piloto no qual um parafuso será inserido deve ser do mesmo tamanho que o diâmetro menor.

Por que os parafusos ósseos são usados

A principal função de um parafuso ósseo é ajudar a reparar fraturas ósseas. Normalmente, o parafuso converte a força do movimento ósseo em compressão que mantém o osso no lugar para que ele possa cicatrizar mais rapidamente.

O uso de parafusos ósseos remonta ao início do século XX. Foi quando o cirurgião William O'Neill Sherman foi pioneiro na fixação de fraturas ósseas usando placas e parafusos convencionais que ele modificou para fixar ao osso.

Hoje, os parafusos ósseos são usados ​​em uma ampla gama de aplicações ortopédicas e ortodônticas. Os parafusos ortopédicos são usados ​​principalmente para a fixação do osso ou para ajudar a prender tecidos moles (como tendões) ao osso. Na odontologia, os parafusos ósseos geralmente servem como âncoras sobre as quais outra coisa – como um dente substituto – é fixada.

Como esperado, os parafusos ósseos modernos são mais precisos e especializados do que a versão de Doc Sherman. Sem surpresa, a usinagem CNC Swiss é o método frequentemente usado para produzir características precisas que melhoram o método de fixação do parafuso ou a capacidade de aderir ao osso ou outro tecido.

Ossos Diferentes, Parafusos Diferentes

Em um estudo comparando a resistência de quatro parafusos ósseos disponíveis comercialmente com passos diferentes, o poder de retenção dos parafusos se correlacionou com a densidade do osso, o desenho das roscas e o número de roscas que engatam o osso. Como diferentes tipos de ossos têm densidades diferentes, faz sentido, então, que esse tipo de osso tenha impacto no design do parafuso.


Osso cortical (ou compacto) compõe a camada externa dura e densa de ossos que fornecem ao corpo humano uma estrutura de suporte e ajudam a proteger os órgãos internos. Esses ossos lisos, brancos e de aparência sólida compõem cerca de 80% da massa corporal de um adulto.

Osso esponjoso (também conhecido como osso esponjoso) forma a rede de tecidos internos dos ossos humanos e geralmente é encontrado na ponta de outros ossos, perto das articulações e dentro das vértebras. O osso esponjoso é menos denso, um pouco mais macio e mais flexível que o osso cortical.

Assim, a usinagem CNC Swiss pode ser usada para fazer parafusos que variam em rosqueamento, passo e outras características com base no tipo de osso em que serão usados:

• Parafusos corticais - também chamados de parafusos corticais - são projetados para segurar firmemente e fornecer estabilidade máxima quando inseridos no osso cortical. Esses parafusos fortes têm um passo pequeno, com roscas rasas e espaçadas ao longo de todo o comprimento e geralmente têm uma extremidade sem corte. Os parafusos corticais geralmente vêm em comprimentos de 0,059" (1,5 mm) a 0,177" (4,5 mm).

• Parafusos cancelados , que são projetados para fixação de osso esponjoso, são mais longos e têm um passo maior do que os parafusos corticais. As roscas dos parafusos esponjosos são cortadas mais profundamente e amplamente espaçadas, e o eixo pode ser totalmente rosqueado ou apenas parcialmente rosqueado. Os parafusos geralmente vêm em comprimentos de 0,138" (3,5 mm) a 0,256" (6,5 mm).

Outras variáveis ​​no projeto de parafusos ósseos

Além das variações no rosqueamento e no passo, os parafusos ósseos podem ter furos, degraus, ranhuras e outros recursos produzidos graças às capacidades de precisão da usinagem CNC Swiss. Por exemplo, diferentes tipos de cabeças de parafusos ósseos podem ser criados para atender a necessidades específicas:

• Os parafusos para ancoragem dos dentes podem ter uma cabeça cônica na qual um dente substituto pode ser pressionado.
• Uma cabeça de parafuso rosqueada pode ser usada para travar o parafuso ósseo e sua fixação (como uma placa) no lugar, para maior estabilidade.
• Uma cabeça de parafuso hexagonal é comumente utilizada para permitir o uso de uma chave de fenda para inserção.

Parafusos ósseos usinados suíços também podem tirar proveito de diferentes designs de ponta que suportam diferentes técnicas de inserção de parafusos:

• Parafusos não rosqueáveis tem uma ponta lisa e redonda que é inserida fazendo um orifício piloto e rosqueando as roscas dentro do orifício.
• Parafusos autorroscantes têm ranhuras de corte para que o parafuso rosqueie suas próprias roscas uma vez inserido em um orifício piloto. Por exemplo, como o osso esponjoso é muito menos denso que o osso cortical, um parafuso esponjoso é auto-roscante, ou seja, ele corta seu caminho no osso à medida que o parafuso é inserido.
• Parafusos autoperfurantes pode ser inserido como está, sem necessidade de furo piloto ou outra preparação. O parafuso cria seu próprio orifício piloto e também é auto-roscante.

Vantagens exclusivas do design do parafuso

As empresas de dispositivos médicos também podem criar suas próprias variações de design de parafusos ósseos para criar algo único que os diferencie e forneça uma vantagem competitiva.

Além de ser um benefício para o fabricante da âncora, um design patenteado e proprietário cria oportunidades - e desafios - para usinagem CNC estilo suíço para fazer o que pode ser um design muito complexo. Por exemplo, formas mais complicadas são um exemplo perfeito de onde a técnica de segmentação na usinagem suíça permite que a oficina mais sofisticada atenda às necessidades de projeto complexas do cliente.

Outro princípio orientador - projetar dispositivos médicos com construção de peça única - muitas vezes pode tornar uma peça mais complexa do ponto de vista da usinagem. Enfrentando esse desafio, a usinagem suíça pode ajudar os fabricantes a obter projetos de componente único que minimizam o risco de um dispositivo se desintegrar ou de algo dar errado devido à falha de uma das várias peças.

Além disso, diferentes modificações de superfície (veja abaixo) podem ser adicionadas aos parafusos ósseos, pós-usinagem, para ter um impacto positivo no crescimento e adesão óssea, diferenciando ainda mais um design de âncora específico das opções de outros fabricantes

Considerações de materiais específicos para parafusos ósseos

Parafusos ósseos e âncoras para uso ortopédico e odontológico são feitos de ligas metálicas há mais de um século. Isso significa que houve muito tempo para aprender quais materiais oferecem a combinação certa de alta resistência, resistência à corrosão e biocompatibilidade.

Os fabricantes de hoje geralmente escolhem materiais de grau de implante que atendem às especificações da American Society for Testing and Materials (ASTM) ou ISO. Assim, a fabricação de parafusos ósseos com as características e funcionalidades corretas requer a capacidade de usinagem suíça de uma ampla variedade de materiais diferentes, com cada material tendo suas próprias características únicas.

Embora o aço inoxidável seja popular em dispositivos médicos e possa ser usado para parafusos ósseos, as últimas décadas viram o aumento do uso de titânio e uma variedade de metais especiais escolhidos por suas características e vantagens únicas.

Por exemplo, titânio - que está disponível em versões puras e com liga - é frequentemente usado quando o objetivo é leve e de alta resistência ou quando um dispositivo precisa ser acoplado ou conectado a outro componente de titânio. Os parafusos de titânio são frequentemente usados ​​no tratamento de fraturas mandibulares.

A liga de titânio Ti-6Al-4V ELI (intersticiais extra baixos de titânio-6alumínio-4vanádio) é leve, resistente à corrosão, forte e biocompatível. Controles rígidos durante o processo de fusão resultam em um material com maior ductilidade e resistência, tornando o titânio ELI uma escolha popular e durável para parafusos ósseos e outros dispositivos médicos.

Nitinol (NiTi) às vezes é escolhido por sua capacidade de suportar uma grande quantidade de estresse sem deformar. Isso significa que ele pode ser usado para aplicações em que o parafuso ósseo ou outro dispositivo precisa se esticar e mudar um pouco sem levar um conjunto permanente.

Outros materiais de alta resistência e biocompatíveis que são frequentemente usados ​​de forma intercambiável na usinagem suíça de parafusos e âncoras para ossos incluem:

• MP35N ^® e o similar 35N LT ^® (baixo titânio), que é uma fusão de MP35N com a quantidade residual de titânio removida, proporcionando melhor vida útil à fadiga
• L605
• 316LVM
• Elgiloy ^® , Conichrome ^® , e outras ligas especificadas pela ASTM F1058 e ISO 5832-7

Tratamento de superfície para promover a osseointegração

O acabamento superficial é um tema muito importante aqui na Metal Cutting. Para parafusos ósseos e usinagem suíça, o tratamento de superfície é um tópico único.

Enquanto alguns parafusos ósseos são temporários e, portanto, eventualmente removidos, a maioria é colocada no lugar para ficar. Acontece que o acabamento da superfície de um parafuso tem muito a ver com a promoção do crescimento ósseo, para que o parafuso fique firmemente encaixado e o osso cresça ao redor dele.

Enquanto os cientistas continuam trabalhando no desenvolvimento de revestimentos especiais que podem ser aplicados para promover a osseointegração (leia sobre um exemplo), os fabricantes de parafusos descobriram que acabamentos mais ásperos e outros tipos diferentes de superfícies podem ajudar a promover o crescimento ósseo.

A invenção da sinterização direta a laser (também conhecida como impressão metálica 3D) está permitindo atingir níveis de porosidade anteriormente inatingíveis, indo além de apenas um acabamento superficial áspero e promovendo a osseointegração. É por isso que a fabricação 3D pode muito bem ser o futuro dos parafusos ósseos e muitas outras aplicações de dispositivos médicos.

No entanto, a maioria dos materiais usados ​​para fazer parafusos ósseos ortopédicos e âncoras dentárias não são tratáveis ​​termicamente. Em vez disso, eles ganham força com o trabalho a frio, algo que você não pode fazer com a impressão em metal 3D.

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

Usinagem suíça versus impressão a laser 3D para parafusos ósseos?

Embora as impressoras de metal 3D digam que podem fazer qualquer coisa, o trabalho a frio está entre os desafios que precisam superar antes que todas as aplicações de parafusos ósseos possam ser impressas em 3D. Até então, a usinagem no estilo suíço tem a vantagem de começar com material de trabalho a frio como barra.

A magia da impressão 3D é que, como um processo aditivo, pode produzir vazios – algo que, por causa da leveza e da porosidade, é uma vantagem que a usinagem suíça não consegue igualar. No entanto, para roscas, furos, degraus e outros recursos que podem ser cruciais para a função de um parafuso, os processos aditivo e subtrativo produzem o mesmo resultado final dimensional.


Para saber mais sobre os atributos e vantagens do torneamento CNC estilo suíço para seu dispositivos médicos ou outros aplicativos, baixe nosso guia gratuito Perguntas frequentes sobre máquinas suíças .