BR112020019445A2

BR112020019445A2 - Estruturas porosas tridimensionais para crescimento interno ósseo e métodos de produção

Info

Publication number: BR112020019445A2
Application number: BR112020019445-0A
Authority: BR
Inventors: Weidong Tong; Andrew T. Rosenberger; Robert J. Kane; Bryan J. Smith; Luke C. Ice
Original assignee: DePuy Synthes Products, Inc.
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2021-01-05
Also published as: US20190290441A1; JP7480057B2; US20220323225A1; US20220117742A1; JP2021519157A; EP3773342A1; WO2019186405A1; AU2019244702A1; CA3095118A1; CN112004500A; AU2019244702B2; RU2020134676A; US11364123B2

Abstract

a presente invenção fornece um componente protético ortopédico. o componente protético ortopédico compreende uma estrutura porosa tridimensional formatada para ser implantada no corpo de um paciente. a estrutura porosa tridimensional compreende uma pluralidade de células unitárias. pelo menos uma célula unitária compreende uma primeira estrutura geométrica que tem uma primeira geometria e que compreende uma pluralidade de primeiras escoras, e uma segunda estrutura geométrica que tem uma segunda geometria e que compreende uma pluralidade de segundas escoras conectadas a várias escoras dentre a pluralidade de primeiras escoras para formar a segunda estrutura geométrica.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ESTRUTURAS POROSAS TRIDIMENSIONAIS PARA CRESCIMENTO INTERNO ÓSSEO E MÉTODOS DE PRODUÇÃO".

[001] O presente pedido reivindica prioridade do pedido provisório US n° 62/648.353, que foi depositado em 26 de março de 2018 e que está expressamente incorporado à presente invenção por referência.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] As modalidades reveladas na presente invenção são, em geral, direcionadas a estruturas de metal poroso e métodos para a fabricação das mesmas e, mais especificamente, a estruturas de metal poroso em dispositivos médicos que têm configurações de retícula geométrica adequadas para permitir o controle exato da porosidade e do tamanho de poro em uma estrutura de metal poroso.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] As modalidades reveladas na presente invenção são, em geral, direcionadas a estruturas porosas tridimensionais para o crescimento interno ósseo e métodos para a produção das ditas estruturas.

[004] O campo de prototipagem rápida e fabricação aditiva tem avançado muito ao longo dos anos, particularmente referente à prototipagem rápida de artigos como peças de protótipo e matrizes de molde. Esses avanços têm reduzido o custo e o tempo de fabricação ao mesmo tempo que aumentam a precisão do produto acabado em comparação com processos de usinagem convencionais, como aqueles nos quais os materiais (por exemplo, metal) começam como um bloco de material e são consequentemente usinados para formar o produto final.

[005] Entretanto, o foco principal das estruturas tridimensionais de prototipagem rápida tem sido a densidade crescente das estruturas de prototipagem rápida. Exemplos de técnicas modernas de prototipagem rápida/fabricação aditiva incluem laminação de folhas, ligação por adesão, sinterização a laser (ou sinterização a laser seletiva), fusão a laser (ou sinterização a laser seletiva), fotopolimerização, deposição de gotícula, estereolitografia, impressão 3D, modelagem por deposição fundida e plotagem em 3D. Em especial nas áreas de sinterização a laser seletiva, fusão a laser seletiva e impressão 3D, o aprimoramento na produção de peças de alta densidade tornou essas técnicas úteis para o design e a produção precisa de artigos como peças de metal de alta densidade.

[006] Nos últimos anos, algumas empresas no campo da fabricação aditiva vêm tentando criar soluções que forneçam a resistência mecânica, o design de canal interconectado, a porosidade e o tamanho de poro em estruturas porosas necessários para aplicação na promoção do crescimento e regeneração de células de mamíferos. Entretanto, os métodos e as geometrias atuais têm controle limitado sobre a distribuição de tamanho de poro, o que exerce uma forte influência sobre o comportamento do crescimento interno de células de mamíferos, como osso. Além disso, os métodos e as geometrias atuais frequentemente falham em produzir estruturas porosas que tenham geometrias de célula unitária com tamanhos de poro e porosidades simultaneamente na faixa que se acredita ser benéfica para o crescimento interno mantendo, ao mesmo tempo, a integridade estrutural durante o processo de fabricação (por exemplo, impressão 3D). Como resultado, as estruturas geométricas da célula unitária atuais devem possuir um tamanho de poro muito grande ou uma porosidade muito baixa. Além disso, os métodos e as geometrias atuais evitam, de modo geral, uma estreita correlação entre um comprimento de escora selecionado e um diâmetro de uma célula unitária, dentro de uma geometria da estrutura, e as características geométricas resultantes desejadas na estrutura porosa.

[007] Os métodos atuais de fabricação de materiais metálicos porosos para o crescimento interno ósseo têm um controle limitado sobre a distribuição de tamanho de poro, o que exerce uma forte influência sobre o comportamento de crescimento interno ósseo. Um melhor controle simultâneo do tamanho de poro máximo, do tamanho de poro mínimo e da porosidade possibilitaria um melhor crescimento interno ósseo. As técnicas de fabricação aditiva possibilitam conceitualmente a produção de estruturas de retícula com perfeito controle sobre a geometria, mas são praticamente limitadas ao diâmetro de escora de retícula mínimo que a máquina pode construir e pela necessidade de qualquer estrutura de retícula ser autossuportada. O diâmetro de escora mínimo para as impressoras 3D atuais é aproximadamente de 200 a 250 mícrons, o que significa que muitas estruturas geométricas devem possuir um tamanho de poro muito grande ou uma porosidade muito baixa.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] De acordo com um aspecto da descrição, são reveladas estruturas geométricas, e seus correspondentes processos de fabricação, que possibilitam um melhor controle simultâneo do tamanho de poro máximo, do tamanho de poro mínimo e da porosidade para possibilitar um melhor crescimento interno ósseo. O processo de fabricação inclui modificar os comprimentos e/ou os diâmetros de escoras independentes para se obter as características geométricas desejadas (por exemplo, tamanho de poro, porosidade, tamanho de janela) nas células unitárias da estrutura porosa. As geometrias de célula unitária reveladas na presente invenção possibilitam tamanhos de poro menores em altas porosidades enquanto fornecem uma estrutura geral mais homogênea (isto é, um vão menor entre o tamanho dos poros e o tamanho de janela). Estruturas que têm células unitárias com tais geometrias robustas permitem a fabricação de estruturas porosas robustas amplamente independentes da tecnologia de fabricação usada.

[009] De acordo com um outro aspecto, é revelado um componente protético ortopédico. O componente protético ortopédico compreende uma estrutura porosa tridimensional formatada para ser implantada no corpo de um paciente. A estrutura porosa tridimensional compreende uma pluralidade de células unitárias conectadas, e pelo menos uma célula unitária compreende uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. A pelo menos uma célula unitária inclui uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula. Cada segunda estrutura geométrica tem um volume interno que é substancialmente igual aos volumes internos das outras segundas estruturas geométricas.

[0010] Em algumas modalidades, a estrutura porosa tridimensional pode ter uma porosidade entre cerca de 50% e cerca de 75%.

[0011] Em algumas modalidades, o componente protético ortopédico pode compreender uma base sólida. A estrutura porosa tridimensional pode ser fixada à base sólida. Adicionalmente, em algumas modalidades, a base pode incluir uma plataforma e uma haste que se estende na direção contrária à plataforma. A haste se estende através da estrutura porosa tridimensional.

[0012] Em algumas modalidades, várias escoras de retícula e a pluralidade de escoras internas podem definir uma pluralidade de aberturas na estrutura porosa tridimensional. Cada abertura dentre a pluralidade de aberturas pode ter um tamanho de janela. O volume interno de cada estrutura geométrica pode ter um tamanho de poro, e a razão entre o tamanho do poro de cada estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da estrutura geométrica pode se situar em uma faixa de 1,00 a 2,90.

[0013] Em algumas modalidades, a razão entre o tamanho de poro de cada estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da estrutura geométrica pode se situar em uma faixa de 1,50 a 1,60. Adicionalmente, em algumas modalidades, a razão entre o tamanho de poro de cada estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da estrutura geométrica pode se situar em uma faixa de 1,00 a 1,10.

[0014] Em algumas modalidades, a primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Adicionalmente, em algumas modalidades, cada uma dentre a pluralidade de segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Em algumas modalidades, a pluralidade de segundas estruturas geométricas pode consistir em quatro trapezoedro trigonais.

[0015] Em algumas modalidades, cada uma dentre a pluralidade de segundas estruturas geométricas pode ser um octaedro.

[0016] De acordo com outro aspecto, um componente protético ortopédico compreende uma estrutura porosa tridimensional formatada para ser implantada no corpo de um paciente, e a estrutura porosa tridimensional compreende uma pluralidade de células unitárias. Cada célula unitária compreende uma primeira estrutura geométrica que tem uma primeira geometria e que compreende uma pluralidade de primeiras escoras, e uma segunda estrutura geométrica que tem uma segunda geometria e que compreende uma pluralidade de segundas escoras conectadas a várias escoras dentre a pluralidade de primeiras escoras para formar a segunda estrutura geométrica.

[0017] Em algumas modalidades, cada segunda estrutura geométrica pode ter um tamanho de poro, e as várias escoras de retícula e a pluralidade de escoras internas definem uma pluralidade de aberturas na estrutura porosa tridimensional. Cada abertura dentre a pluralidade de aberturas pode ter um tamanho de janela. A razão entre o tamanho do poro de cada segunda estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da segunda estrutura geométrica pode se situar em uma faixa de 1,00 a 2,90.

[0018] Em algumas modalidades, a razão entre o tamanho do poro de cada segunda estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da segunda estrutura geométrica pode se situar em uma faixa de 1,50 a 1,60. Em algumas modalidades, a razão entre o tamanho do poro de cada segunda estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da segunda estrutura geométrica pode se situar em uma faixa de 1,00 a 1,10.

[0019] Em algumas modalidades, a estrutura porosa tridimensional pode ter uma porosidade que se situa entre cerca de 20% e cerca de 95%.

[0020] Em algumas modalidades, a estrutura porosa tridimensional pode ter uma porosidade que se situa entre cerca de 50% e cerca de 75%.

[0021] De acordo com outro aspecto, é revelado um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional. O método compreende a deposição e a varredura de camadas sucessivas de pós metálicos com um feixe para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária compreende uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária inclui uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula dentre a pluralidade de escoras de retícula.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0022] Para uma compreensão mais completa dos princípios aqui revelados, e das vantagens dos mesmos, é feita referência às seguintes descrições tomadas em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais:

[0023] Figura 1 é uma vista em elevação simplificada de um componente protético ortopédico;

[0024] Figura 2 é uma vista em perspectiva simplificada do componente protético ortopédico da Figura 1;

[0025] Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma célula unitária da estrutura porosa do componente protético ortopédico das Figuras 1 a 2;

[0026] Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma estrutura geométrica da célula unitária da Figura 3;

[0027] Figura 5 é uma vista em perspectiva simplificada de uma outra estrutura geométrica da célula unitária da Figura 3;

[0028] Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma outra modalidade de uma célula unitária de uma estrutura porosa para o componente protético ortopédico das Figuras 1 a 2;

[0029] Figura 7 é uma vista em perspectiva simplificada de uma outra estrutura geométrica da célula unitária da Figura 3;

[0030] Figura 8 ilustra um gráfico da porcentagem de porosidade em comparação com o comprimento/diâmetro de escora para várias geometrias de célula unitária, de acordo com várias modalidades;

[0031] Figura 9 ilustra um gráfico do tamanho de poro e do tamanho da abertura de janela de poro mínimo em comparação com a porcentagem de porosidade para várias geometrias de célula unitária, de acordo com várias modalidades;

[0032] Figura 10 ilustra uma associação do tamanho de janela com uma estrutura de célula unitária, de acordo com várias modalidades; e

[0033] Figura 11 ilustra um fluxo de trabalho para produzir uma estrutura porosa tridimensional, de acordo com várias modalidades.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0034] Este relatório descritivo descreve modalidades exemplificadoras e aplicações da descrição. A descrição, entretanto, não se limita a essas modalidades exemplificadoras e aplicações ou à maneira em que as modalidades exemplificadoras e as aplicações operam ou são descritas na presente invenção. Além disso, as figuras podem mostrar vistas simplificadas ou parciais, e as dimensões dos elementos nas figuras podem ser exageradas ou de outro modo desproporcionais. Além disso, como os termos "sobre", "fixado a", "conectado a", "acoplado a" ou palavras similares são usadas na presente invenção, um elemento (por exemplo, um material, uma camada, uma base, etc.) pode estar "sobre", "fixado a", "conectado a", "acoplado a" outro elemento independentemente de o um elemento estar diretamente sobre, fixado a, conectado a ou acoplado ao outro elemento, havendo um ou mais elementos intercalados entre o um elemento e o outro elemento, ou os dois elementos são integrados como uma única peça. Além disso, a menos que o contexto indique o contrário, as direções (por exemplo, acima, abaixo, topo, fundo, lado, para cima, para baixo, debaixo, sobre, superior, inferior, horizontal, vertical, "x", "y", "z", etc.), se fornecidas, são relativas e são fornecidas somente a título de exemplo e para facilidade de ilustração e discussão, e não a título de limitação. Além disso, quando é feita referência a uma lista de elementos (por exemplo, elementos a, b, c), tal referência se destina a incluir qualquer um dos elementos mencionados por si só, qualquer combinação de menos que todos os elementos mencionados e/ou uma combinação de todos os elementos mencionados. As divisões de seção no relatório descritivo são apenas para facilidade de revisão e não limitam qualquer combinação de elementos discutidos.

[0035] Para uso na presente invenção, "unido a" ou "ligação" significam uma fixação de metal a metal devido a uma variedade de mecanismos fisioquímicos, incluindo, mas não se limitando a: ligação metálica, atração eletrostática e/ou forças de adesão.

[0036] A não ser que sejam definidos de outra maneira, os termos científicos e técnicos usados juntamente com os presentes ensinamentos aqui descritos devem ter os significados que são comumente entendidos por aquelas pessoas habitualmente versadas na técnica.

[0037] A presente descrição se refere a estruturas metálicas tridimensionais porosas e a métodos para a fabricação das mesmas para aplicações médicas. Conforme descrito com mais detalhes abaixo, as estruturas metálicas porosas promovem entrelaçamentos de tecido mole ou duro entre componentes protéticos implantados no corpo de um paciente e o tecido mole ou duro circundante do paciente. Por exemplo, quando incluída em um componente protético ortopédico configurado para ser implantado no corpo de um paciente, a estrutura metálica porosa tridimensional pode ser usada para fornecer uma camada externa porosa do componente protético ortopédico para formar uma estrutura de crescimento interno ósseo. Alternativamente, a estrutura metálica porosa tridimensional pode ser usada como um implante com a necessária integridade estrutural para cumprir a função pretendida do implante e fornecer porosidade interconectada para o entrelaçamento do tecido (por exemplo, crescimento interno ósseo) com o tecido circundante. Em várias modalidades, os tipos de metais que podem ser usados para formar as estruturas metálicas podem incluir, mas não se limitam a, titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo, tântalo ou nióbio.

[0038] Agora com referência às Figuras 1 e 2, um implante ortopédico ou componente protético 100 é ilustrado. O componente protético 100 inclui uma base 110, uma estrutura ou camada porosa tridimensional 120 e um cone ou uma haste 130 que se estende na direção oposta à base 110. Na modalidade ilustrativa, a estrutura porosa 120 circunda uma porção da base 110 e uma porção da haste 130. Deve-se entender que a estrutura porosa 120 pode ser fornecida como uma camada separada da base 110 e/ou da haste 130. A estrutura porosa 120 pode ser também fornecida como um revestimento que circunda toda a base 110 e/ou toda a haste 130. Conforme descrito com mais detalhes abaixo, a estrutura porosa inclui uma pluralidade de células unitárias que definem espaços vazios ou espaços que permitem o crescimento interno ósseo, promovendo, assim, a fixação do componente protético 100 ao osso do paciente.

[0039] O implante ortopédico 100 pode ser implantado em um osso tibial. Por exemplo, a haste 130 pode ser inserida no osso tibial, com uma porção de saliência 140 do implante 100 repousando contra uma porção proximal do osso tibial. Deve ser entendido que as várias estruturas porosas descritas na presente invenção podem ser incorporadas a diversos designs de implantes ortopédicos, incluindo, por exemplo, um componente protético tibial ou um componente protético femoral similar aos componentes tibial e femoral mostrados na Patente US n° 8.470.047, que está expressamente incorporada a este documento a título de referência. As estruturas porosas podem ser também incluídas em outros designs de implantes ortopédicos, incluindo um componente de patela formatado para engatar um componente protético femoral e componentes protéticos para uso em uma cirurgia de quadril ou ombro.

[0040] Também deve ser notado, referente às informações supracitadas e mencionadas mais adiante, que a base 110 pode ser qualquer tipo de estrutura capaz de, por exemplo, contatar, sustentar, conectar a ou com, ou ancorar em componentes de várias modalidades da presente invenção. A base 110 pode incluir, por exemplo, uma bandeja de metal ou não metal, uma placa de base de metal ou não metal, uma estrutura de metal ou não metal que assenta em uma bandeja, e assim por diante. Os tipos de metais que podem ser usados para formar a base 110 incluem, mas não se limitam a, titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo, tântalo ou nióbio.

[0041] Na modalidade ilustrativa, a haste 130 inclui uma região sólida 150, que é revestida por uma região porosa 160 da estrutura porosa 120. A região sólida 150 da haste 130 é ancorada à base 110 e se estende para fora a partir da estrutura porosa 120 de modo que a estrutura porosa 120 circunda a região da haste 130 proximal à base

110. Em outras modalidades, a haste 130 pode ser ancorada à estrutura porosa 120. Os tipos de metais que podem ser usados para formar a haste 130 incluem, mas não se limitam a, titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo, tântalo ou nióbio.

[0042] Agora com referência à Figura 3, a estrutura porosa 120 do implante 100 inclui uma pluralidade de células unitárias conectadas, e cada célula unitária tem, ilustrativamente, a estrutura da célula unitária 200 mostrada na Figura 3. Os tipos de metais que podem ser usados para formar as estruturas da célula unitária mostradas incluem, mas não se limitam a, titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto- cromo, tântalo ou nióbio. Conforme mostrado na Figura 3, cada estrutura 200 inclui uma pluralidade de escoras de retícula 210 e uma pluralidade de escoras internas 220, que formam uma primeira estrutura geométrica 230 e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas 240 que estão dentro da primeira estrutura geométrica 230. Na modalidade ilustrativa, a primeira estrutura geométrica 230 compreende a pluralidade de escoras de retícula 210. Conforme mostrado na Figura 4, a pluralidade de escoras de retícula 210 cooperam para formar um dodecaedro rômbico.

[0043] Cada uma dentre a pluralidade de segundas estruturas geométricas 240 tem um volume interno 250 que é substancialmente igual aos volumes internos 250 das outras segundas estruturas geométricas 240. Conforme mostrado na Figura 5, cada segunda estrutura geométrica 240 é formada por várias escoras internas 220 e várias escoras de retícula 210. Cada segunda estrutura geométrica 240 é ilustrativamente um trapezoedro trigonal. Conforme ilustrado na Figura 3, a pluralidade de segundas estruturas geométricas 240 dentro da primeira estrutura geométrica 230 inclui quatro trapezoedros trigonais de modo que a estrutura de célula unitária 200 é um trapezoedro trigonal rômbico.

[0044] Deve ser entendido que cada estrutura de célula unitária pode incluir outros tipos de segundas estruturas geométricas. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 6, uma estrutura de célula unitária 300 inclui uma pluralidade de escoras de retícula 310 e uma pluralidade de escoras internas 320, que formam uma primeira estrutura geométrica 330 e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas 340 que estão dentro da primeira estrutura geométrica 330. Na modalidade ilustrativa, a primeira estrutura geométrica 330, como a primeira estrutura geométrica 230, compreende a pluralidade de escoras de retícula 310 e é um dodecaedro rômbico.

[0045] Conforme mostrado na Figura 7, cada segunda estrutura geométrica 340 é formada por várias escoras internas 320 e várias escoras de retícula 310. Cada segunda estrutura geométrica 340 é ilustrativamente um octaedro (por exemplo, uma estrutura em formato de diamante). Conforme ilustrado na Figura 6, a pluralidade de segundas estruturas geométricas 340 dentro da primeira estrutura geométrica 330 inclui seis octaedros de modo que a estrutura de célula unitária 300 é um octaedro rômbico.

[0046] Dentro das estruturas de célula unitária da estrutura porosa tridimensional descritas acima, pelo menos um dentre um comprimento e um diâmetro de pelo menos uma escora dentro de cada célula unitária pode ser modificado para satisfazer as propriedades geométricas predeterminadas ou desejadas da retícula. Estas propriedades geométricas podem ser selecionadas do grupo que consiste em porosidade, tamanho de poro, tamanho mínimo da janela, e combinações dos mesmos. Descobriu-se vantajosamente que determinadas estruturas geométricas (discutidas abaixo) da estrutura de célula unitária poderiam otimizar uma ou mais dessas propriedades geométricas para fornecer uma geometria mais robusta e homogênea. A geometria resultante fornece um crescimento interno ósseo mais ideal, ao mesmo tempo que mantém a estabilidade de estrutura porosa necessária.

[0047] Com referência à porosidade, a estrutura porosa 120 tem uma porosidade entre cerca de 50% e cerca de 75%. Conforme usado na presente invenção, o termo "cerca de" se refere a uma faixa associada a tolerâncias de fabricação típicas. Dessa forma, uma porosidade de "cerca de 50%" pode ser uma porosidade de 50% mais ou menos uma tolerância de fabricação típica como, por exemplo, 2% (isto é, uma faixa de 48% a 52%). Em outras modalidades, a porosidade da estrutura porosa tridimensional se situa entre cerca de 20% e cerca de 95%. Em outras modalidades, a porosidade se situa na faixa entre cerca de 35% e cerca de 85%. Geometricamente, a porosidade da estrutura da célula unitária depende da razão entre o comprimento da escora (a) e o diâmetro da escora (d). A Figura 8, por exemplo, fornece um gráfico 800 da porcentagem de porosidade em comparação com o comprimento/diâmetro de escora para várias geometrias de célula unitária, de acordo com várias modalidades. Conforme mostrado no gráfico 800, três geometrias/estruturas de célula unitária específicas foram examinadas, a saber, um dodecaedro rômbico (RD) (vide, por exemplo, a Figura 4), um dodecaedro rômbico dotado de quatro escoras internas (RD+4) (ou um trapezoedro trigonal rômbico) (vide, por exemplo, a Figura 3) e um dodecaedro rômbico dotado de oito escoras internas (RD+8) (ou um octaedro rômbico) (vide, por exemplo, a Figura 6). Para cada uma das estruturas, as porosidades foram obtidas em diversas razões a/d a partir de um perfil de design para cada estrutura de célula unitária e a relação de cada estrutura de célula unitária modelada pelo ajuste dos dados para uma equação polinomial de quarto grau da forma: 4 3 2 𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 = 𝐴 ∗ (𝑎⁄𝑑 ) + 𝐵 ∗ (𝑎⁄𝑑 ) + 𝐶 ∗ (𝑎⁄𝑑 ) + 𝐷 ∗ (𝑎⁄𝑑 ) + 𝐸 (1)

[0048] Sendo que A, B, C, D e E são constantes. Nesta comparação, as dimensões da estrutura foram derivadas geometricamente a partir do comprimento de escora e do diâmetro de cada estrutura de célula unitária.

[0049] Conforme observado no gráfico 800 da Figura 8, a estrutura RD possui genericamente uma porosidade maior a uma dada razão a/d, o que é esperado devido à sua falta de escoras internas em comparação com as estruturas RD+4 e RD+8. A porosidade para a estrutura RD é ilustrada pela linha 802. No entanto, essa diminuição na porosidade nas estruturas RD+4 e RD+8, ilustrada pelas linhas 804, 806, respectivamente, possibilita designs feitos com as mesmas para chegar a combinações de porosidade relativamente menor, menor tamanho de poro e tamanho de janela relativamente mais alto em um diâmetro de escora constante (fixado pela resolução de construção da impressora) não possíveis com o RD, conforme descrito com mais detalhes abaixo.

[0050] Com relação agora à Figura 9, é fornecido um gráfico 900 do tamanho de poro e do tamanho mínimo da janela em comparação com a porcentagem de porosidade para várias geometrias/estruturas de célula unitária, de acordo com várias modalidades. Como na Figura 8,

três estruturas de célula unitária específicas foram examinadas, a saber, um dodecaedro rômbico (RD) (vide, por exemplo, a Figura 4), um dodecaedro rômbico dotado de quatro escoras internas (RD+4) (ou um trapezoedro trigonal rômbico) (vide, por exemplo, a Figura 3) e um dodecaedro rômbico dotado de oito escoras internas (RD+8) (ou octaedro rômbico) (vide, por exemplo, a Figura 6). O tamanho de poro do dodecaedro rômbico, por exemplo, foi tomado como o diâmetro equivalente de uma esfera dentro do volume delimitado dentro da célula unitária do dodecaedro rômbico, e o volume foi calculado tomando-se o volume do dodecaedro rômbico de comprimento de escora (a) e subtraindo-se o volume de cada escora dentro de ou delimitada pelo dodecaedro rômbico. As equações aqui fornecidas para calcular o tamanho de poro (PS) dependem do comprimento (a), do diâmetro (d) e da porosidade da escora em unidades decimais (p). As equações são as seguintes:

[0051] Para a estrutura RD: 3 3 2 16∗√3∗𝑝 4𝑑 √2𝑑 𝑃𝑆 = 𝑎 ∗ √6⁄𝜋 ∗ √ − ∗ (1 − ) (2) 9 𝑎 2𝑎

[0052] Para a estrutura RD+4: (3)

[0053] Para a estrutura RD+8: 3 6 16 2 2 2 𝑃𝑆 = √8𝜋 ∗ [(1 − {1 − 𝑝}) ∗ ( 9 ∗ √3 ∗ 𝑎3 ) − 𝜋 ∗ 𝑑2 ∗ {2𝑎 − 𝑑} + 4.5𝑑3 ∗ {2 √2 − √6}] (4)

[0054] A linha 902 do gráfico 900 ilustra a relação entre o tamanho de poro e a porcentagem de porosidade para o dodecaedro rômbico (RD). A linha 904 mostra a relação entre o tamanho de poro e a porcentagem de porosidade para o trapezoedro trigonal rômbico (RD+4), e a linha 906 ilustra a relação entre o tamanho de poro e a porcentagem de porosidade para o octaedro rômbico (RD+8).

[0055] Conforme observado no gráfico 900 da Figura 9, em porcentagens de porosidade menores, as três estruturas forneceram geralmente tamanhos de poro necessários similares. No entanto, à medida que a determinada porcentagem de porosidade aumenta (e supondo que os diâmetros de escora permanecem substancialmente iguais), o tamanho de poro necessário na estrutura RD para acomodar a porcentagem de porosidade se torna significativamente maior que as outras estruturas, colocando, assim, mais requisitos rigorosos sobre as estruturas do RD conforme a porosidade necessária aumenta, fazendo com que o tamanho de poro aumente além do que pode ser eficaz para o crescimento interno ósseo. Em outras palavras, conforme a porcentagem de porosidade aumenta, menos eficaz a estrutura de RD se torna, o que é digno de nota quando se projeta estruturas porosas tridimensionais como aquelas discutidas na presente invenção.

[0056] Agora com referência à Figura 10, cada estrutura de célula unitária 200 tem uma pluralidade de faces externas 1002 e as escoras de retícula 210 cooperam para definir várias aberturas 1004 nas faces externas 1002. As escoras internas 220 da estrutura da célula unitária 200 cooperam com várias escoras de retícula 210 para formar várias aberturas internas 1006. A abertura ou o tamanho de janela mínimos de cada uma das aberturas 1004, 1006 podem ser definidos como o diâmetro 1008 de um círculo 1010 posicionado na abertura correspondente (de modo ilustrativo, uma das aberturas 1004 na Figura 10) de modo que cada escora 210 (ou escora 220) é posicionada em uma linha tangente do círculo 1010. Os comprimentos e diâmetros das escoras determinam, assim, o tamanho de cada uma das aberturas 1004, 1006 e, por extensão, o diâmetro da maior esfera que pode se encaixar em seu interior. Por exemplo, para um dado comprimento de escora, conforme o diâmetro da escora aumenta, a abertura de janela mínima diminui.

[0057] Essas associações são fornecidas pela seguinte equação, que foi usada para calcular a abertura de janela mínima para todas as estruturas (por exemplo, RD, RD+4, RD+8, etc.) e gerar as linhas 908, 910, 912 na Figura 9: 2 𝑚 = √2 ∗ 𝑎 − 𝑑 (5) 3

[0058] Para os objetivos do gráfico 900, a abertura de janela mínima é o diâmetro do maior círculo 1010 que pode encaixar em cada abertura. Em outras palavras, ela é o diâmetro do círculo inscrito e, assim, depende do comprimento de escora (a) e do diâmetro (d). A relação entre tamanho de janela e porcentagem de porosidade para várias geometrias de célula unitária. A linha 908 do gráfico 900 ilustra a relação entre abertura de janela mínima e porosidade para o dodecaedro rômbico (RD). A linha 910 ilustra a relação entre abertura de janela mínima e a porosidade para o trapezoedro trigonal rômbico (RD+4), e a linha 912 ilustra a relação entre a abertura de janela mínima para o octaedro rômbico (RD+8).

[0059] Conforme observado no gráfico 900 na Figura 9, geralmente em todas as porcentagens de porosidade, existe um intervalo genericamente uniforme na abertura de janela mínima entre cada estrutura de célula unitária. Dessa forma, independentemente da porcentagem de porosidade necessária para uma dada estrutura porosa tridimensional com um diâmetro de escora substancialmente constante, a estrutura RD+8 terá uma abertura de janela mínima maior que as estruturas RD+4 e RD, e ambas as estruturas RD+8 e RD+4 terão uma abertura de janela mínima maior que a estrutura RD, para uma dada porcentagem de porosidade.

[0060] Os resultados na Figura 9 estabelecem que as estruturas com escoras internas, a saber, RD+4, e em uma extensão menor RD+8, são vantajosos em relação à estrutura RD. O RD+4 e o RD+8 possibilitam um tamanho de poro menor em uma dada porosidade e em um determinado diâmetro de escora. Qualquer vantagem que a estrutura RD pareça ter sobre a porosidade como uma função da razão a/d quase diminui totalmente à medida que a razão a/d necessária aumenta. Finalmente, as estruturas RD+4 e RD+8 (ou estruturas com escoras internas) fornecem a estrutura mais homogênea mediante o fornecimento de uma diferença menor entre tamanho de poro e tamanho de janela do que a estrutura RD.

[0061] Na estrutura porosa 120, a razão entre o tamanho de poro de uma célula unitária e qualquer um de seus tamanhos de janela correspondentes se situa na faixa de 1,50 a 1,60. Em outras modalidades, a razão pode se situar na faixa de 1,00 a 1,10. Em ainda outras modalidades, a razão pode se situar na faixa de 1,00 a 2,90. Conforme mostrado na Figura 9, a diferença entre o tamanho de poro e o tamanho de janela é substancialmente menor para a estrutura RTT das Figuras 3 e 6 do que para a estrutura RD. Como consequência, a estrutura RTT fornece vantajosamente uma estrutura mais homogênea, com uma diferença menor entre tamanho de janela de poro e tamanho de poro total, especialmente em altos níveis de porosidade, o que promove o crescimento interno ósseo mediante o fornecimento de tamanhos de janelas em estreita proporção em relação ao tamanho de poro. Embora apenas o RTT seja mencionado nesta figura, a conclusão seria válida para várias estruturas que incluem escoras internas, por exemplo, estruturas com escoras internas em múltiplos de quatro.

[0062] De acordo com várias modalidades, é fornecido um implante ortopédico. O implante pode incluir uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma retícula de células unitárias conectadas, conforme ilustrado, por exemplo, pela estrutura de célula unitária das Figuras 3 a 5. A pelo menos uma célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula. A pelo menos uma célula unitária pode compreender adicionalmente uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma segunda estrutura geométrica que compartilha um subconjunto da pluralidade de escoras de retícula da primeira estrutura geométrica e que tem uma geometria diferente da primeira estrutura geométrica (consulte as Figuras 3 e 6). Adicionalmente, pelo menos uma porção do subconjunto da pluralidade de escoras de retícula na segunda estrutura geométrica pode realizar uma intersecção para formar ângulos substancialmente iguais aos ângulos formados pelas intersecções da pluralidade de escoras de retícula da primeira estrutura geométrica.

[0063] Conforme discutido acima, a primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico conforme ilustrado, por exemplo, na Figura 4. A segunda estrutura geométrica pode ser um trapezoedro trigonal (vide Figura 5). O trapezoedro trigonal pode ser formado mediante a inserção de quatro escoras dentro da primeira estrutura geométrica conforme ilustrado, por exemplo, na Figura 3. Adicionalmente, a pelo menos uma célula unitária pode incluir quatro estruturas geométricas de trapezoedros trigonais dentro da primeira estrutura geométrica conforme ilustrado, por exemplo, na Figura 3.

[0064] Dentro da estrutura porosa tridimensional, pelo menos um dentre um comprimento e um diâmetro de pelo menos uma escora dentro da retícula pode ser modificado para satisfazer as propriedades geométricas predeterminadas da retícula. Conforme discutido acima, estas propriedades geométricas podem ser selecionadas do grupo que consiste em porosidade, tamanho de poro, tamanho de abertura mínimo e combinações dos mesmos. Por exemplo, a porosidade se situa entre cerca de 20% e cerca de 95%. A porosidade pode se situar também entre cerca de 35% e cerca de 85%. A porosidade pode se situar entre cerca de 50% e cerca de 75%. Além disso, os comprimentos de escora individuais podem ser modificados para serem, por exemplo, de cerca de 25% a cerca de 175% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras. Os comprimentos de escora de retícula individuais também podem ser modificados para serem, por exemplo, de cerca de 50% a cerca de 150% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras de retícula. Os comprimentos de escora de retícula individuais também podem ser modificados para serem, por exemplo, de cerca de 75% a cerca de 125% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras de retícula.

[0065] De acordo com várias modalidades, é fornecido um implante ortopédico. O implante pode incluir uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias repetidas, com cada célula unitária compreendendo uma pluralidade de escoras. Cada célula unitária pode incluir uma estrutura geométrica de base e uma estrutura geométrica secundária formada a partir de uma porção da estrutura geométrica de base e que têm uma geometria diferente da estrutura geométrica de base. Adicionalmente, para uma dada porosidade de estrutura porosa tridimensional, pelo menos uma célula unitária pode ter um tamanho de poro que é diferente do tamanho de poro médio da estrutura geométrica da estrutura porosa tridimensional e um tamanho de janela que é diferente do tamanho de janela médio da estrutura geométrica da estrutura porosa tridimensional.

[0066] Dentro da estrutura porosa tridimensional, pelo menos um dentre um comprimento e um diâmetro de pelo menos uma escora dentro da célula unitária pode ser modificado para satisfazer as propriedades geométricas predeterminadas da célula unitária. Conforme discutido acima, as propriedades geométricas podem ser selecionadas do grupo que consiste em porosidade, tamanho de poro, tamanho de abertura mínimo e combinações dos mesmos. Por exemplo, a porosidade se situa entre cerca de 20% e cerca de 95%. A porosidade pode se situar também entre cerca de 35% e cerca de 85%. A porosidade pode se situar entre cerca de 50% e cerca de 75%. Além disso, os comprimentos de escora podem ser modificados para serem de cerca de 25% a cerca de 175% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras. Os comprimentos de escora de retícula individuais também podem ser modificados para serem, por exemplo, de cerca de 50% a cerca de 150% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras de retícula. Os comprimentos de escora de retícula individuais também podem ser modificados para serem, por exemplo, de cerca de 75% a cerca de 125% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras de retícula.

[0067] Conforme discutido acima, a primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. A segunda estrutura geométrica pode ser um trapezoedro trigonal. O trapezoedro trigonal pode ser formado mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Adicionalmente, a pelo menos uma célula unitária pode incluir quatro estruturas geométricas de trapezoedros trigonais dentro da primeira estrutura geométrica.

[0068] De acordo com várias modalidades, é fornecido um implante ortopédico. O implante pode incluir uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias. Cada célula unitária pode compreender uma estrutura geométrica externa que tem uma primeira geometria e que compreende uma pluralidade de primeiras escoras. Cada célula unitária pode compreender adicionalmente uma estrutura geométrica interna que tem uma segunda geometria e compreende adicionalmente uma pluralidade de segundas escoras conectadas a uma porção da pluralidade de primeiras escoras para formar a estrutura geométrica interna dentro da estrutura geométrica externa.

[0069] De acordo com várias modalidades, a estrutura geométrica externa pode ser um dodecaedro rômbico. A estrutura geométrica interna pode ser um trapezoedro trigonal. O trapezoedro trigonal pode ser formado mediante inserção de quatro escoras na estrutura geométrica externa. Adicionalmente, a pelo menos uma célula unitária pode incluir quatro estruturas geométricas de trapezoedros trigonais dentro da estrutura geométrica externa. Processos de fabricação

[0070] As estruturas porosas metálicas tridimensionais reveladas acima podem ser produzidas com o uso de uma variedade de diferentes técnicas de fabricação de componentes metálicos, incluindo, mas não se limitando a: processos de fundição (processos de fundição envolvem verter o metal fundido em uma cavidade de molde na qual o metal, uma vez sólido, pode assumir o formato da cavidade. Exemplos incluem fundição com molde dispensável, fundição com molde permanente e metalurgia de compactação de pó), processos de deformação (os processos de deformação incluem processos de metalurgia de folha e formação de metal que envolvem o uso de uma ferramenta que aplica tensões mecânicas ao metal que excedem o limite elástico do metal), processos de remoção de material (esses processos removem o material extra da peça de trabalho a fim de se obter o formato desejado. Exemplos de processos de remoção de material incluem usinagem de ferramenta e usinagem abrasiva) e processos de fabricação aditiva (esses processos envolvem o uso de dados de design 3D digital para construir um componente de metal em camadas mediante a deposição de camadas sucessivas de material). Os processos de fabricação aditiva podem incluir, somente a título de exemplo, um método de impressão por fusão em cama de pó (por exemplo, fusão e sinterização), impressão 3D por aspersão a frio, impressão 3D com filamento, impressão 3D por deposição fundida, impressão 3D por extrusão, impressão 3D com metal líquido, impressão 3D por estereolitografia, impressão 3D por binder jetting, impressão 3D por moldagem de cera (material jetting), e assim por diante. Deve ser entendido, entretanto, que os processos de fabricação aditiva oferecem algumas vantagens exclusivas em relação às técnicas de fabricação de outros componentes metálicos com respeito à fabricação de estruturas porosas metálicas tridimensionais (reveladas acima) devido às complexidades das geometrias e dos elementos estruturais das células unitárias que compreendem esses tipos de estruturas.

[0071] De acordo com várias modalidades, é fornecido um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional, por exemplo, pelo método 1100 ilustrado na Figura 11. O método pode compreender a deposição e a varredura de camadas sucessivas de pós metálicos com um feixe para formar uma estrutura porosa tridimensional. A estrutura porosa tridimensional pode compreender uma pluralidade de células unitárias que têm propriedades geométricas predeterminadas e cada célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária inclui adicionalmente uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de elétrons. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de laser.

[0072] Conforme apresentado na Figura 11, o método 1100 pode começar com uma etapa 1110, que inclui a deposição de uma camada de pó metálico. O método pode continuar com a etapa 1120, que inclui a varredura de uma camada de pó metálico. Conforme fornecido em uma etapa 1130, as etapas 1110 e 1120 são repetidas até que uma estrutura porosa tridimensional seja formada e compreenda uma pluralidade de células unitárias que têm propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária compreende uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária inclui uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir de várias escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula.

[0073] Com referências aos vários métodos aqui descritos, os pós metálicos podem ser sinterizados para formar a estrutura porosa tridimensional. Alternativamente, os pós metálicos podem ser fundidos para formar a estrutura porosa tridimensional. As camadas sucessivas de pós metálicos podem ser depositadas sobre uma base sólida (consulte as informações acima para uma discussão sobre a base). Em várias modalidades, os tipos de pós metálicos que podem ser usados incluem, mas não se limitam a, pós de titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo, tântalo ou nióbio.

[0074] Com referência aos vários métodos aqui descritos, as propriedades geométricas podem ser selecionadas do grupo que consiste em porosidade, tamanho de poro, tamanho de abertura mínimo e combinações dos mesmos. A porosidade pode se situar entre cerca de 20% e cerca de 95%. A porosidade pode se situar entre cerca de 40% e cerca de 80%. A porosidade pode se situar entre cerca de 50% e cerca de 75%. Além disso, os comprimentos de escora podem ser modificados para serem de cerca de 25% a cerca de 175% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras. Os comprimentos de escora de retícula individuais também podem ser modificados para serem, por exemplo, de cerca de 50% a cerca de 150% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras de retícula. Os comprimentos de escora de retícula individuais também podem ser modificados para serem, por exemplo, de cerca de 75% a cerca de 125% do comprimento de escora médio da pluralidade de escoras de retícula. Adicionalmente, a célula unitária pode ter um tamanho de poro menor que o tamanho de poro da primeira estrutura geométrica. Além disso, a célula unitária pode ter um tamanho de janela maior que o tamanho de janela de cada uma dentre a pluralidade de segundas estruturas geométricas.

[0075] Com referência aos vários métodos descritos, a primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. O trapezoedro trigonal pode ser formado mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Adicionalmente, a pelo menos uma célula unitária pode incluir quatro estruturas geométricas de trapezoedros trigonais dentro da primeira estrutura geométrica.

[0076] Em várias modalidades, um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional é fornecido, sendo que o método compreende a aplicação de um fluxo de partículas metálicas em uma velocidade predeterminada sobre uma base para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas, sendo que cada célula unitária compreende uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária pode incluir uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica. Em várias modalidades, os tipos de partículas metálicas que podem ser usadas incluem, mas não se limitam a, partículas de titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo e tântalo ou nióbio.

[0077] A velocidade predeterminada pode ser uma velocidade crítica necessária para que as partículas metálicas se liguem por ocasião do impacto com a base. A velocidade crítica é maior que 340 m/s.

[0078] O método pode incluir adicionalmente a aplicação de um laser em uma configuração de energia predeterminada sobre uma área da base que o fluxo de partículas metálicas está impactando.

[0079] A primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Em algumas modalidades, cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Ou seja, quatro trapezoedros trigonais podem ser formados mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Em algumas modalidades, os octaedros podem ser formados, por exemplo, pela inserção de oito escoras internas em uma primeira estrutura geométrica. Neste caso, seis estruturas geométricas em formato de octaedro podem ser fornecidas dentro da primeira estrutura geométrica.

[0080] De acordo com várias modalidades, um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional é fornecido, sendo que o método compreende introduzir uma alimentação contínua de fios metálicos sobre uma superfície de base e aplicar um feixe em uma configuração de energia predeterminada em uma área onde o fio metálico entra em contato com a superfície de base para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas, sendo que cada célula unitária inclui uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de elétrons. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de laser. Em várias modalidades, os tipos de fio metálico que podem ser usadas incluem, mas não se limitam a fio de titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo e tântalo ou nióbio.

[0081] A primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Em algumas modalidades, cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Ou seja, quatro trapezoedros trigonais podem ser formados mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Em algumas modalidades, os octaedros podem ser formados, por exemplo, pela inserção de oito escoras internas em uma primeira estrutura geométrica. Ou seja, seis estruturas geométricas em formato de octaedro podem ser fornecidas dentro da primeira estrutura geométrica.

[0082] De acordo com várias modalidades, um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional é fornecido, sendo que o método compreende introduzir uma alimentação contínua de um material polimérico embutido com elementos metálicos sobre uma superfície de base. O método pode compreender adicionalmente aplicar calor a uma área na qual o material polimérico entra em contato com a superfície de base para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária inclui uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir de várias escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula. Os elementos metálicos podem ser um pó metálico. Em várias modalidades, a alimentação contínua do material polimérico pode ser fornecida através de um bocal aquecido, eliminando, assim, a necessidade de aplicar calor à área onde o material polimérico entra em contato com a superfície de base para formar a estrutura porosa tridimensional. Em várias modalidades, os tipos de elementos metálicos que podem ser usados para encapsular o material polimérico podem incluir, mas não se limitam a, titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto e cromo, tântalo ou nióbio.

[0083] O método pode compreender adicionalmente varrer a estrutura porosa tridimensional com um feixe para queimar o material polimérico. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de elétrons. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de laser.

[0084] A primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Em várias modalidades, cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Ou seja, quatro trapezoedros trigonais podem ser formados mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Em várias modalidades, os octaedros podem ser formados, por exemplo, pela inserção de oito escoras internas em uma primeira estrutura geométrica. Ou seja, seis estruturas geométricas em formato de octaedro podem ser fornecidas dentro da primeira estrutura geométrica.

[0085] De acordo com várias modalidades, um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional é fornecido, sendo que o método compreende introduzir uma pasta fluida de metal através do bocal sobre uma superfície de base para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária pode incluir uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir de várias escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula. Em várias modalidades, o bocal é aquecido a uma temperatura necessária para unir os elementos metálicos da pasta aquosa de metal à superfície de base. Em várias modalidades, a pasta fluida de metal é uma suspensão aquosa contendo partículas metálicas juntamente com um ou mais aditivos (líquidos ou sólidos) para melhorar o desempenho do processo de fabricação ou a estrutura porosa tridimensional. Em várias modalidades, a pasta fluida de metal é uma suspensão de solvente orgânico contendo partículas metálicas juntamente com um ou mais aditivos (líquidos ou sólidos) para melhorar o desempenho do processo de fabricação ou a estrutura porosa tridimensional. Em várias modalidades, os tipos de partículas metálicas que podem ser usados na pasta fluida incluem, mas não se limitam a partículas de titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo e tântalo ou nióbio.

[0086] A primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Em algumas modalidades, cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Ou seja, quatro trapezoedros trigonais podem ser formados mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Em várias modalidades, os octaedros podem ser formados, por exemplo, pela inserção de oito escoras internas em uma primeira estrutura geométrica. Ou seja, seis estruturas geométricas em formato de octaedro podem ser fornecidas dentro da primeira estrutura geométrica.

[0087] De acordo com várias modalidades, um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional é fornecido, sendo que o método compreende introduzir camadas sucessivas de metal fundido sobre uma superfície de base para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária pode incluir uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula. Adicionalmente, o metal fundido pode ser introduzido como um fluxo contínuo sobre a superfície de base. O metal fundido pode ser também introduzido como um fluxo de gotículas de metal fundido distintas sobre a superfície de base. Em várias modalidades, os tipos de metais fundidos que podem ser usados incluem, mas não se limitam a, titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo e tântalo ou nióbio.

[0088] A primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Em várias modalidades, cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Ou seja, quatro trapezoedros trigonais podem ser formados mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Em várias modalidades, os octaedros podem ser formados, por exemplo, pela inserção de oito escoras internas em uma primeira estrutura geométrica. Ou seja, seis estruturas geométricas em formato de octaedro podem ser fornecidas dentro da primeira estrutura geométrica.

[0089] De acordo com várias modalidades, um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional é fornecido, sendo que o método compreende aplicar e fotoativar camadas sucessivas de polímero fotosensível embutido com elementos metálicos sobre uma superfície de base para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária pode incluir uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula. Em várias modalidades, os tipos de elementos metálicos que podem ser usados para encapsular o material polimérico podem incluir, mas não se limitam a, titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto e cromo, tântalo ou nióbio.

[0090] A primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Em algumas modalidades, cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Ou seja, quatro trapezoedros trigonais podem ser formados mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Em algumas modalidades, os octaedros podem ser formados, por exemplo, pela inserção de oito escoras internas em uma primeira estrutura geométrica. Ou seja, seis estruturas geométricas em formato de octaedro podem ser fornecidas dentro da primeira estrutura geométrica.

[0091] De acordo com várias modalidades, um método para a produção de uma estrutura porosa tridimensional é fornecido, sendo que o método compreende a deposição e a ligação de camadas sucessivas de pós metálicos com um material aglutinante para formar uma estrutura tridimensional porosa que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária pode incluir uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula. Em várias modalidades, os tipos de pós metálicos que podem ser usados incluem, mas não se limitam a, pós de titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo, tântalo ou nióbio.

[0092] O método pode incluir ainda a sinterização do pó metálico ligado com um feixe. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de elétrons. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de laser.

[0093] O método pode incluir adicionalmente a fusão do pó metálico ligado com um feixe. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de elétrons. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de laser.

[0094] A primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Em algumas modalidades, cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Ou seja, quatro trapezoedros trigonais podem ser formados mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Em algumas modalidades, os octaedros podem ser formados também, por exemplo, pela inserção de oito escoras internas em uma primeira estrutura geométrica. Ou seja, seis estruturas geométricas em formato de octaedro podem ser fornecidas dentro da primeira estrutura geométrica.

[0095] De acordo com várias modalidades, um método para produzir uma estrutura porosa tridimensional é fornecido, sendo que o método compreende a deposição de gotículas de um material metálico sobre uma superfície de base e aplicar calor a uma área onde o material metálico entra em contato com a superfície de base para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas. Cada célula unitária pode compreender uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas. Cada célula unitária pode incluir uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula. O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de elétrons.

O feixe (ou feixe de varredura) pode ser um feixe de laser. Em várias modalidades, os tipos de materiais metálicos que podem ser usados incluem, mas não se limitam a titânio, ligas de titânio, aço inoxidável, ligas de cobalto-cromo e tântalo ou nióbio.

[0096] As gotículas de material metálico depositadas podem ser uma pasta fluida metálica embutida com elementos metálicos. O material metálico podem ser um pó metálico.

[0097] A primeira estrutura geométrica pode ser um dodecaedro rômbico. Em algumas modalidades, cada uma dentre as segundas estruturas geométricas pode ser um trapezoedro trigonal. Ou seja, quatro trapezoedros trigonais podem ser formados mediante a inserção de quatro escoras na primeira estrutura geométrica. Em algumas modalidades, os octaedros podem ser formados, por exemplo, pela inserção de oito escoras internas em uma primeira estrutura geométrica. Ou seja, seis estruturas geométricas em formato de octaedro podem ser fornecidas dentro da primeira estrutura geométrica.

[0098] Embora modalidades específicas e aplicações da mesma tenham sido descritas neste relatório descritivo, essas modalidades e aplicações são apenas exemplificadoras, e muitas variações são possíveis.

[0099] Embora os presentes ensinamentos sejam descritos em conjunto com várias modalidades, não se pretende que os presentes ensinamentos fiquem limitados a tais modalidades. Ao contrário, os presentes ensinamentos abrangem várias alternativas, modificações e equivalentes, conforme será entendido pelos versados na técnica.

[00100] Adicionalmente, ao descrever várias modalidades, o relatório descritivo pode ter apresentado um método e/ou um processo como uma sequência específica de etapas. No entanto, apesar de o método ou o processo não dependerem da ordem específica de etapas aqui apresentadas, o método ou o processo não devem ser limitados à sequência específica de etapas descritas.

Como um versado na técnica compreenderá, outras sequências de etapas podem ser possíveis.

Portanto, a ordem específica das etapas apresentadas no relatório descritivo não deve ser interpretada como uma limitação às reivindicações.

Além disso, as reivindicações direcionadas ao método e/ou ao processo não devem ser limitadas à realização de suas etapas na ordem escrita, e um versado na técnica pode compreender facilmente que as sequências podem ser variadas e ainda permanecerem no espírito e escopo das várias modalidades.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Componente protético ortopédico, caracterizado por o fato de compreender: uma estrutura porosa tridimensional formatada para ser implantada no corpo de um paciente, sendo que a estrutura porosa tridimensional compreende uma pluralidade de células unitárias conectadas, sendo que pelo menos uma célula unitária compreende uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas, sendo que a pelo menos uma célula unitária inclui: uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula, e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias das escoras de retícula, sendo que cada segunda estrutura geométrica tem um volume interno que é substancialmente igual aos volumes internos das outras segundas estruturas geométricas.

2. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a estrutura porosa tridimensional ter uma porosidade entre cerca de 50% e cerca de 75%.

3. Componente protético ortopédico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma base sólida, sendo que a estrutura porosa tridimensional é fixada à base sólida.

4. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a base incluir uma plataforma e uma haste que se estende na direção contrária à plataforma, sendo que a haste se estende através da estrutura porosa tridimensional.

5. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: o número das escoras de retícula e a pluralidade de escoras internas definirem uma pluralidade de aberturas na estrutura porosa tridimensional, sendo que cada abertura dentre a pluralidade de aberturas tem um tamanho de janela, e o volume interno de cada estrutura geométrica ter um tamanho de poro, e a razão entre o tamanho do poro de cada estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da estrutura geométrica se situar em uma faixa de 1,00 a 2,90.

6. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a razão entre o tamanho do poro de cada estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da estrutura geométrica se situar em uma faixa de 1,50 a 1,60.

7. Componente protético ortopédico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a razão entre o tamanho do poro de cada estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da estrutura geométrica se situar em uma faixa de 1,00 a 1,10.

8. Componente protético ortopédico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a primeira estrutura geométrica ser um dodecaedro rômbico.

9. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma dentre a pluralidade de segundas estruturas geométricas ser um trapezoedro trigonal.

10. Componente protético ortopédico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a pluralidade de segundas estruturas geométricas consistir em quatro trapezoedros trigonais.

11. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada uma dentre a pluralidade de segundas estruturas geométricas ser um octaedro.

12. Componente protético ortopédico, caracterizado por o fato de compreender: uma estrutura porosa tridimensional formatada para ser implantada no corpo de um paciente e por a estrutura porosa tridimensional compreender uma pluralidade de células unitárias, sendo que cada célula unitária compreende uma primeira estrutura geométrica que tem uma primeira geometria e que compreende uma pluralidade de primeiras escoras, e uma segunda estrutura geométrica que tem uma segunda geometria e que compreende uma pluralidade de segundas escoras conectadas a várias escoras dentre a pluralidade de primeiras escoras para formar a segunda estrutura geométrica.

13. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por: cada segunda estrutura geométrica ter um tamanho de poro, o número das escoras de retícula e a pluralidade de escoras internas definirem uma pluralidade de aberturas na estrutura porosa tridimensional, sendo que cada abertura dentre a pluralidade de aberturas tem um tamanho de janela, e a razão entre o tamanho do poro de cada segunda estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da segunda estrutura geométrica se situar em uma faixa de 1,00 a 2,90.

14. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a razão entre o tamanho do poro de cada segunda estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da segunda estrutura geométrica se situar em uma faixa de 1,50 a 1,60.

15. Componente protético ortopédico de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a razão entre o tamanho do poro de cada segunda estrutura geométrica e o tamanho de janela de cada abertura da segunda estrutura geométrica se situar em uma faixa de

1,00 a 1,10.

16. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a estrutura porosa tridimensional ter uma porosidade que se situa entre cerca de 20% e cerca de 95%.

17. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por a estrutura porosa tridimensional ter uma porosidade que se situa entre cerca de 50% e cerca de 75%.

18. Componente protético ortopédico de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a primeira estrutura geométrica ser um dodecaedro rômbico.

19. Componente protético ortopédico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a segunda estrutura geométrica ser um trapezoedro trigonal.

20. Método para produzir uma estrutura porosa tridimensional, sendo o método caracterizado por compreender: depositar e varrer camadas sucessivas de pós metálicos com um feixe para formar uma estrutura porosa tridimensional que compreende uma pluralidade de células unitárias e que tem propriedades geométricas predeterminadas, sendo que cada célula unitária compreende uma pluralidade de escoras de retícula e uma pluralidade de escoras internas, sendo que cada célula unitária inclui: uma primeira estrutura geométrica que compreende a pluralidade de escoras de retícula, e uma pluralidade de segundas estruturas geométricas formadas a partir da pluralidade de escoras internas dentro da primeira estrutura geométrica e várias escoras de retícula dentre a pluralidade de escoras de retícula.