PROJETO DE DISPOSITIVOS DE FIXAÇÃO ÓSSEA DE LIGA NITI COM MEMÓRIA DE FORMA

Descrição

Os dispositivos de fixação óssea (DFO) são amplamente utilizadas no tratamento de fraturas por proporcionarem estabilidade mecânica e favorecerem a consolidação óssea. Entretanto, os materiais tradicionalmente empregados, como o aço inoxidável e a liga Ti-6Al-4V, apresentam módulo de elasticidade significativamente superior ao do osso humano, resultando no fenômeno conhecido como stress shielding (proteção contra tensão). Esse efeito reduz os estímulos mecânicos necessários à remodelação óssea, podendo ocasionar reabsorção óssea, afrouxamento do implante e falhas mecânicas. Nesse contexto, as ligas com memória de forma à base de níquel-titânio (NiTi) surgem como uma alternativa promissora devido à combinação de superelasticidade, elevada resistência à corrosão, biocompatibilidade e módulo de elasticidade mais próximo ao do tecido ósseo. O presente projeto tem como objetivo desenvolver uma placa de fixação óssea em liga NiTi com memória de forma utilizando técnicas de modelagem numérica por elementos finitos e otimização topológica. Busca-se obter uma geometria estruturalmente eficiente, capaz de apresentar menor rigidez em flexão, melhor distribuição de tensões e maior compatibilidade biomecânica com o osso, contribuindo para a redução do efeito de proteção contra tensão e para o estímulo adequado ao processo de cicatrização. A metodologia proposta inicia-se com o desenvolvimento de um projeto conceitual de uma DFO em NiTi, denominada DFO inicial. Essa placa será fabricada por fundição rápida de precisão (Rapid Investment Casting – RIC) e caracterizada por meio de ensaios de flexão em quatro pontos, conforme a norma ASTM F382. A partir dos resultados experimentais, será construído e validado um modelo numérico baseado no método dos elementos finitos. Em seguida, será aplicada uma técnica de otimização topológica considerando como restrições a redução da rigidez em flexão e a limitação da fração volumétrica de martensita induzida por tensão durante o carregamento. O processo resultará em uma nova geometria otimizada, denominada DFO otimizada. Posteriormente, a DFO otimizada será fabricada pela mesma rota de processamento e submetida a ensaios mecânicos equivalentes, permitindo a comparação direta entre os desempenhos das geometrias inicial e otimizada. Espera-se demonstrar que a combinação entre as propriedades superelásticas da liga NiTi e os benefícios da otimização topológica possibilita o desenvolvimento de implantes mais eficientes, leves e biologicamente compatíveis. Além de contribuir para o avanço científico nas áreas de materiais inteligentes, biomecânica e engenharia biomédica, o projeto apresenta elevado potencial tecnológico, com perspectivas de geração de propriedade intelectual por meio do depósito de patente, publicação de artigos científicos e formação de recursos humanos qualificados. Dessa forma, a pesquisa poderá contribuir para o desenvolvimento de tecnologias nacionais inovadoras na área de dispositivos médicos, alinhadas às demandas atuais por soluções ortopédicas mais eficazes e duráveis.