Effect of drill speed on bone damage during drilling

The boné drilling is a common surgical procedure in clinicai intei-ventions including the dentistry. Although not a novelty in medicine, the penetration of a sharp tool in the boné tissue continues to be a clinicai and surgical challenge, as many pertinent questions still remain without solutions. Mechanical damage to the boné tissue is one of the common complication associafed with the drilling process [l]. An excessive force generated by a cutting tool can lead to the formation of microcracks and fractures, and even cause permanent damage in the boné tissue that, in tum, can delay postoperative recovery [2]. The main goal of this paper is to investigate the effect of drill speed on mechanical damage during drilling of solid rigid foam materiais, with similar mechanical properties to the human boné. Experimental tests were performed on biomechanical blocks instrumented with strain gauges in different surface positions during the drilling process. Finite element (FE) simulations were performed to simulate the drilling process and validated with experimental results.

Determination of optimal parameters in drilling composite materials to minimize the machining temperature using the Taguchi method

Dental implant is used to replace the natural dental root. The process to fix the dental implant in the maxillary bone needs a previous drilling operation. This machining operation involves the increasing of temperature in the drilled region which can reach values higher than 47°C and for this temperature is possible to occur the osseous necrosis [I]. The main goal of this work is to implement an optimization method to define the optimal drilling parameters that could minimize the drilling temperature. The proposal optimization method is the Taguchi method. This method has been used with success in machining processes optimization of metallic materials [2]. However, the Taguchi method is also used in medical applications, namely in dental medicine [3].

Sensor inteligente para medição de cargas mecânicas

A medição precisa da força é necessária para muitas aplicações, nomeadamente, para a determinação da resistência mecânica dos materiais, controlo de qualidade durante a produção, pesagem e segurança de pessoas. Dada a grande necessidade de medição de forças, têm-se desenvolvido, ao longo do tempo, várias técnicas e instrumentos para esse fim. Entre os vários instrumentos utilizados, destacam-se os sensores de força, também designadas por células de carga, pela sua simplicidade, precisão e versatilidade. O exemplo mais comum é baseado em extensómetros elétricos do tipo resistivo, que aliados a uma estrutura formam uma célula de carga. Este tipo de sensores possui sensibilidades baixas e em repouso, presença de offset diferente de zero, o que torna complexo o seu condicionamento de sinal. Este trabalho apresenta uma solução para o condicionamento e aquisição de dados para células de carga que, tanto quanto foi investigado, é inovador. Este dispositivo permite efetuar o condicionamento de sinal, digitalização e comunicação numa estrutura atómica. A ideia vai de encontro ao paradigma dos sensores inteligentes onde um único dispositivo eletrónico, associado a uma célula de carga, executa um conjunto de operações de processamento de sinal e transmissão de dados. Em particular permite a criação de uma rede ad-hoc utilizando o protocolo de comunicação IIC. O sistema é destinado a ser introduzido numa plataforma de carga, desenvolvida na Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Bragança, local destinado à sua implementação. Devido à sua estratégia de conceção para a leitura de forças em três eixos, contém quatro células de carga, com duas saídas cada, totalizando oito saídas. O hardware para condicionamento de sinal já existente é analógico, e necessita de uma placa de dimensões consideráveis por cada saída. Do ponto de vista funcional, apresenta vários problemas, nomeadamente o ajuste de ganho e offset ser feito manualmente, tornando-se essencial um circuito com melhor desempenho no que respeita a lidar com um array de sensores deste tipo.

Otimização dos parâmetros de maquinagem no processo de fresagem

Cada vez mais, os principais objetivos na indústria é a produção a baixo custo, com a máxima qualidade e com o tempo de fabrico o mais curto possível. Para atingir esta meta, a indústria recorre, frequentemente, às máquinas de comando numérico (CNC), uma vez que com esta tecnologia torna se capaz alcançar uma elevada precisão e um tempo de processamento mais baixo. As máquinas ferramentas CNC podem ser aplicadas em diferentes processos de maquinagem, tais como: torneamento, fresagem, furação, entre outros. De todos estes processos, o mais utilizado é a fresagem devido à sua versatilidade. Utiliza-se normalmente este processo para maquinar materiais metálicos como é o caso do aço e dos ferros fundidos. Neste trabalho, são analisados os efeitos da variação de quatro parâmetros no processo de fresagem (velocidade de corte, velocidade de avanço, penetração radial e penetração axial), individualmente e a interação entre alguns deles, na variação da rugosidade num aço endurecido (aço 12738). Para essa análise são utilizados dois métodos de otimização: o método de Taguchi e o método das superfícies. O primeiro método foi utilizado para diminuir o número de combinações possíveis e, consequentemente, o número de ensaios a realizar é denominado por método de Taguchi. O método das superfícies ou método das superfícies de resposta (RSM) foi utilizado com o intuito de comparar os resultados obtidos com o método de Taguchi, de acordo com alguns trabalhos referidos na bibliografia especializada, o RSM converge mais rapidamente para um valor ótimo. O método de Taguchi é muito conhecido no setor industrial onde é utilizado para o controlo de qualidade. Apresenta conceitos interessantes, tais como robustez e perda de qualidade, sendo bastante útil para identificar variações do sistema de produção, durante o processo industrial, quantificando a variação e permitindo eliminar os fatores indesejáveis. Com este método foi vi construída uma matriz ortogonal L16 e para cada parâmetro foram definidos dois níveis diferentes e realizados dezasseis ensaios. Após cada ensaio, faz-se a medição superficial da rugosidade da peça. Com base nos resultados obtidos das medições da rugosidade é feito um tratamento estatístico dos dados através da análise de variância (Anova) a fim de determinar a influência de cada um dos parâmetros na rugosidade superficial. Verificou-se que a rugosidade mínima medida foi de 1,05m. Neste estudo foi também determinada a contribuição de cada um dos parâmetros de maquinagem e a sua interação. A análise dos valores de “F-ratio” (Anova) revela que os fatores mais importantes são a profundidade de corte radial e da interação entre profundidade de corte radial e profundidade de corte axial para minimizar a rugosidade da superfície. Estes têm contribuições de cerca de 30% e 24%, respetivamente. Numa segunda etapa este mesmo estudo foi realizado pelo método das superfícies, a fim de comparar os resultados por estes dois métodos e verificar qual o melhor método de otimização para minimizar a rugosidade. A metodologia das superfícies de resposta é baseada num conjunto de técnicas matemáticas e estatísticas úteis para modelar e analisar problemas em que a resposta de interesse é influenciada por diversas variáveis e cujo objetivo é otimizar essa resposta. Para este método apenas foram realizados cinco ensaios, ao contrário de Taguchi, uma vez que apenas em cinco ensaios consegue-se valores de rugosidade mais baixos do que a média da rugosidade no método de Taguchi. O valor mais baixo por este método foi de 1,03μm. Assim, conclui-se que RSM é um método de otimização mais adequado do que Taguchi para os ensaios realizados. Foram obtidos melhores resultados num menor número de ensaios, o que implica menos desgaste da ferramenta, menor tempo de processamento e uma redução significativa do material utilizado.

Estudo do comportamento biomecânico de aneurismas cerebrais

Os aneurismas cerebrais são dilatações patológicas das artérias cerebrais e são conhecidos como um dos eventos cerebrovasculares mais comuns e graves. A maioria dos aneurismas cerebrais não provocam sintomas até que se tornem grandes, começando a vazar sangue ou a romperem-se. O principal objetivo deste trabalho é a caracterização do comportamento biomecânico de aneurismas, tendo em consideração diferentes parâmetros geométricos e fisiológicos, de forma a analisar o comportamento da parede de um vaso sanguíneo aquando a formação de um aneurisma. O estudo numérico foi efetuado considerando diferentes modelos constitutivos híper-elásticos, que é o caso dos vasos sanguíneos, com intuito de verificar qual o que melhor se adequa a este tipo de estudos e de analisar e calcular os deslocamentos e as deformações ocorridas no aneurisma cerebral. Os diferentes modelos constitutivos foram aproximados por uma curva de tensão/deformação que contém valores experimentais de um ensaio de tração até à rutura de uma mucosa vaginal. Foram utilizados dois módulos do software Ansys®, sendo estes o Fluent e o Static Structural. O primeiro utilizou-se determinar a pressão exercida pelo fluido na parede interior do canal, sendo este resultado exportado para o Static Structural, permitindo assim fazer o estudo estrutural do canal com aneurisma. Concluiu-se que a nível qualitativo, qualquer modelo constitutivo estudado pode ser utilizado, pois todos mostram o mesmo tipo de distribuição de deslocamentos e deformações. No entanto, os modelos mais fiáveis a nível quantitativo é o modelo de Mooney-Rivlin 5 Parameter e o Polynomial 2nd Order, pois apresentam os mesmos resultados.