Estudo do processo de maquinagem de componente polimérico tibial de implante do joelho - Lopes, Francisco José Sacadura Martins Coelho (2020)
A personalização de implantes do joelho é uma tendência crescente que permite aumentar a sua vida útil, exigindo processos de fabrico mais flexíveis do que os aplicados na produção em série. Esta tese analisa a viabilidade de produção personalizada através de maquinagem de alta velocidade com 3 ½ eixos, sendo o componente estudado aquele que é mais sujeito a desgaste na prótese do joelho. Deste modo, o trabalho desenvolvido teve como objetivos a modelação, o fabrico e o estudo do estado superficial do componente polimérico do implante do joelho, obtido por maquinagem a alta velocidade com recurso a ferramentas de corte convencionais. Esta interface de contacto entre o componente femoral e o prato tibial, foi modelada, a partir de modelos reais, em software 3D, recorrendo a técnicas da Engenharia Inversa. A otimização de parâmetros do processo levou à conceção de uma peça-teste com as superfícies mais importantes do espaçador, com principal ênfase para as cavidades dos côndilos. A simulação da maquinagem da peça-teste permitiu selecionar as seis trajetórias mais promissoras a estudar em testes experimentais. Os ensaios de maquinagem foram planeados através do método de Taguchi e realizados em várias fases, permitindo a sucessiva redução do número de trajetórias e de parâmetros considerados inicialmente, otimizando a qualidade das superfícies obtidas nesta operação de acabamento. No método proposto, a qualidade das superfícies foi avaliada quantitativamente através da leitura de alguns parâmetros de rugosidade, como o Ra (rugosidade média), e qualitativamente através de imagens de microscopia ótica. Modelaram-se a rugosidade média e a duração do acabamento em função dos parâmetros mais influentes, que são o incremento lateral entre passagens sucessivas da ferramenta de corte, ou a sua velocidade de avanço, consoante a trajetória. O melhor acabamento foi conseguido com a estratégia Blend obtendo-se um valor médio de Ra próximo de 1,1 µm e originando uma trajetória em espiral. Na produção do protótipo aplicaram-se os parâmetros otimizados na peça-teste recorrendo a uma máquina CNC com 3 ½ eixos e avaliou-se a precisão dimensional das superfícies maquinadas.