Próteses a laser

Em cerimônia realizada nesta segunda-feira, 8 de agosto, no Palácio dos Bandeirantes – com participação do governador Geraldo Alckmin, autoridades, empresários e pesquisadores – a Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), a Associação Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial (Embrapii), a Associação de Assistência à Criança Deficiente (AACD), a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e o Laboratório de Processos Metalúrgicos do IPT estabeleceram uma parceria para o desenvolvimento de próteses ortopédicas de ligas Nb-Ti (nióbio-titânio) e Ti-Nb-Zr (titânio-nióbio-zircônio) por fusão seletiva a laser.

O projeto terá o investimento de R$ 8,2 milhões, que é o maior do País em termos de valores na área de produção de próteses metálicas por manufatura aditiva, e tem duas características inovadoras de destaque: sob o ponto de vista técnico, o emprego do processo de manufatura aditiva aplicado a ligas metálicas especiais, e, do lado do suporte financeiro, a reunião da Embrapii e da Fapesp como cofinanciadoras.

“Enxergar claramente a aplicação de um desenvolvimento do IPT, no caso das próteses, é importante para nós, assim como trabalhar ao lado de uma parceira de longa data com o Instituto como a CBMM, que tornou viável a realização do projeto, e sem esquecer também que esse é o primeiro projeto financiado simultaneamente pela Embrapii e pela Fapesp com a participação de uma empresa e um instituto de pesquisas”, afirmou o diretor-presidente do IPT, Fernando Landgraf. “Temos orgulho de mais uma parceria com o IPT, que teve início em 1978, e precisamos que instituições como essa se fortaleçam porque representam o futuro do País, transformando a ciência em aplicação e fazendo a nossa sociedade melhor”, completou Tadeu Carneiro, presidente da CBMM.

A fusão seletiva a laser é um dos processos de manufatura aditiva no qual os mais diversos materiais podem ser aplicados camada por camada (na ordem de micrômetros) para a fabricação de uma peça sem a existência de um molde ou ferramenta, mas obrigatoriamente por meio de um sistema CAD/CAM. Pode-se trabalhar com metais, cerâmicas, polímeros e agregados minerais, além de diversas combinações de materiais de acordo com a funcionalidade desejada do componente, o que acontecerá no projeto do IPT para as ligas metálicas.

A ideia do projeto, que terá a duração de 42 meses, surgiu de uma reunião do Laboratório de Processos Metalúrgicos do IPT com a AACD em que se discutiu o problema de adequação das próteses ao perfil de cada paciente – segundo a Agência Nacional de Saúde Suplementar (ANS), prótese é qualquer material permanente ou transitório que substitua total ou parcialmente um membro, órgão ou tecido, a qual pode ser fabricada em materiais tão variados como titânio, biocerâmicas e biopolímeros. Essa dificuldade para adaptação acaba por demandar uma série de pequenos ajustes da peça pela equipe que realiza a cirurgia. Estas próteses são geralmente fabricadas por meio de processos como usinagem, fundição e forjamento, entre outros.

“A premissa da manufatura aditiva é, a partir de exames como tomografia ou ressonância magnética de um paciente, criar um desenho tridimensional da peça que será ‘impressa’ exatamente nas dimensões requeridas e irá se encaixar no corpo humano, sem a necessidade de fazer qualquer alteração – ou seja, feita sob medida”, explica o pesquisador e um dos coordenadores do projeto, João Batista Ferreira Neto. O foco do trabalho da equipe do IPT será a produção dos materiais, ou seja, as ligas e os pós das ligas, que serão usados para a construção de próteses de quadril (no caso do projeto, as placas angulares de fêmur) no Instituto em Sistemas de Manufatura e Laser do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (Senai) em Joinville (SC). O corpo clínico da AACD responderá pela orientação do uso médico da prótese, bem como pelos ensaios clínicos experimentais de sua validação.

“Uma sala de cirurgia de ortopedia parece uma oficina mecânica, com serrotes e furadores. Estamos dando hoje um grande salto de inovação tecnológica, porque as peças são fabricadas atualmente por meio do processo de usinagem, com a remoção de material, e a ideia é que elas passem no futuro a serem fabricadas por manufatura aditiva, agregando camada por camada de material, o que permitirá a produção de próteses customizadas”, completou o governador Geraldo Alckmin.

DURAÇÃO DO PROJETO – Segundo o engenheiro metalurgista e também coordenador da pesquisa, Daniel Leal Bayerlein, o projeto será dividido em duas etapas. A primeira delas será a produção de um pó que tenha todas as características necessárias para trabalhar com o sistema de deposição, o que deverá acontecer em um prazo estimado de 24 meses; a segunda fase, de 18 meses, será efetivamente a manufatura aditiva, ou seja, a produção e a caracterização das peças, com a realização de ensaios de corrosão e citotoxicidade (para averiguar os efeitos tóxicos ou anti-proliferativos da amostra em culturas celulares) e ensaios mecânicos, incluindo de fadiga em líquido sinovial (substância que lubrifica e nutre a cartilagem e ossos dentro da cápsula da articulação, diminuindo o atrito entre as estruturas do corpo). “É bom ressaltar que somente iremos para a segunda fase do projeto após conseguirmos atingir as metas de qualidade necessária do pó para a produção das peças”, afirma ele.

Esse é o primeiro grande desafio do projeto na opinião de Ferreira Neto, pois os pós da liga nióbio-titânio não têm produção comercial mundial e será necessário conseguir um material de alta qualidade para a aplicação na máquina, o qual deve obedecer a uma série de parâmetros como escoabilidade, distribuição de tamanho de partículas, morfologia esférica e nível de pureza adequado. Quanto aos pós da liga nióbio-titânio-zircônio, eles já existem comercialmente, mas a tecnologia ainda não é dominada no Brasil. Já o segundo desafio é, a partir do pó, obter peças que tenham precisão dimensional requerida para aplicação no paciente, resistência mecânica adequada e que sejam biocompatíveis, incluindo um determinado nível de porosidade para estarem mais próximas da resistência do osso humano.

“Estes pós não são convencionais, porque as ligas são extremamente reativas: é muito difícil trabalhar com elas, pelo fato de se oxidarem com facilidade, terem alta temperatura de fusão e reagirem facilmente com os materiais empregados na sua elaboração”, completa ele.

Para o pesquisador, a manufatura aditiva deverá provocar uma revolução em termos de produção de peças com aplicações específicas que não podem ser obtidas por métodos convencionais como, por exemplo, usinagem, em geometrias antes impossíveis. Apesar de o IPT não estar envolvido exatamente na etapa de produção da peça, o fato de o laboratório se concentrar no desenvolvimento de obtenção dos pós para esta aplicação é um passo importante na direção da capacitação em manufatura aditiva, acredita ele: “Afinal, a produção de pós dedicados é uma etapa fundamental para a obtenção de peças com as especificações requeridas”.