Um estudo comparativo sobre a resistência à corrosão do Ti-6Al-4V produzido por extrusão de material e outras tecnologias de manufatura aditiva

Por que implantes de titânio impressos em 3D importam

Muitas próteses de quadril modernas, placas ósseas e parafusos dentários são feitas de uma liga de titânio chamada Ti-6Al-4V. Esse metal é resistente, leve e geralmente muito resistente a danos semelhantes à ferrugem dentro do corpo. Novos métodos de impressão 3D prometem implantes mais baratos e personalizados, mas também alteram a microestrutura e a porosidade do metal. Este estudo faz uma pergunta simples com grandes implicações médicas: diferentes rotas de impressão 3D tornam essa liga confiável mais suscetível à corrosão e à liberação de metal no corpo?

Diferentes maneiras de imprimir o mesmo metal

Os pesquisadores compararam três métodos avançados de impressão 3D e uma versão forjada tradicional do Ti-6Al-4V. Dois métodos, fusão por feixe de elétrons (EBM) e fusão seletiva por laser em leito de pó (LPBF), usam feixes intensos para fundir camadas de pó solto em peças densas. A rota mais recente por extrusão de material (MEX) em vez disso imprime um filamento plástico preenchido com metal em uma forma, remove o plástico e então sinteriza o pó metálico compactado até formar um sólido. Embora todas as quatro rotas partam da mesma receita de titânio, alumínio e vanádio, elas deixam superfícies, poros e padrões internos de cristais muito diferentes dentro do metal. Essas diferenças ocultas influenciam fortemente como fluidos e oxigênio dissolvido alcançam o metal quando ele está em serviço como implante.

Superfícies rugosas e vazios ocultos

Usando varreduras 3D de superfície e microscópios, a equipe constatou que todas as amostras impressas em 3D tinham superfícies externas ásperas e onduladas. Essa aspereza pode ser bênção ou maldição. Por um lado, ajuda o osso a crescer sobre os implantes, melhorando a fixação. Por outro lado, também pode abrigar bactérias. O contraste principal apareceu no interior das peças. EBM e LPBF criaram metal majoritariamente denso com apenas alguns poros pequenos e arredondados. MEX, em contraste, continha uma rede periódica de vazios maiores e alongados alinhados com os filamentos e camadas impressas. Essa rede de poros embutida não é apenas algumas falhas isoladas: ela forma caminhos que podem potencialmente permitir que o líquido penetre profundamente na peça. Todas as amostras compartilharam a mesma estrutura cristalina básica “bifásica”, mas a forma e o arranjo dessas fases diferiram, o que pode alterar sutilmente como diferentes regiões da liga respondem a condições corrosivas.

Como a liga se comporta em fluidos semelhantes aos do corpo

Para simular a exposição dentro do corpo humano, os pesquisadores imergiram as amostras em soluções salinas à temperatura corporal e monitoraram quanto corrente fluía durante testes eletroquímicos, uma medida da atividade de corrosão. Em uma solução tampão fosfato levemente agressiva e semelhante ao corpo, todas as ligas impressas em 3D — incluindo MEX — formaram um filme de óxido protetor e estável em suas superfícies, semelhante ao metal forjado tradicional. Após longas horas, as correntes estabilizaram em valores muito baixos, indicando excelente resistência geral. Pequenas diferenças surgiram quando as superfícies foram polidas até ficarem lisas. Nesse caso, as peças MEX mostraram correntes ligeiramente maiores, sugerindo que a polimento cortou em seus grandes poros e expôs superfícies internas ao líquido, aumentando a área efetiva onde a corrosão poderia começar. Ainda assim, nesse ambiente brando, mesmo o MEX se comportou de forma aceitável.

O que acontece em condições mais severas e ácidas

A história mudou em condições mais extremas, destinadas a simular ambientes locais que podem surgir ao redor de implantes, como dentro de fendas apertadas ou tecidos inflamados, onde o fluido pode ficar ácido e o oxigênio pode ser escasso. Testes curtos em soluções salinas muito ácidas mostraram que todas as versões do Ti-6Al-4V corroeram mais rápido, e que certas regiões microscópicas do metal se dissolveram mais prontamente do que outras. Os pesquisadores observaram que uma das fases da liga (a chamada fase alfa) tendia a corroer ligeiramente mais rápido que a outra (beta), criando ataques seletivos em escala fina. No entanto, as taxas de corrosão gerais das diferentes rotas de fabricação ainda pareciam semelhantes em tempos curtos. Em testes de longo prazo, com duração de várias semanas, o impacto mais profundo dos poros ficou claro. As amostras forjadas, EBM e LPBF mostraram principalmente um afinamento geral suave com apenas pequenas picadas ocasionais, e suas taxas de corrosão até desaceleraram conforme camadas protetoras se espessavam. As peças MEX, porém, perderam material de três a cinco vezes mais rápido. A microscopia revelou que, uma vez que a superfície externa foi polida, os macroporos interconectados se abriram diretamente para o fluido de ensaio. Isso permitiu que a solução ácida infiltrasse a rede de poros, ampliando os vazios e impulsionando a corrosão para o interior.

O que isso significa para futuros implantes

Para pacientes e projetistas, a conclusão principal é tranquilizadora, mas nuanceada. Quando o Ti-6Al-4V é produzido por métodos modernos de impressão 3D baseados em feixe (EBM e LPBF), sua resistência à corrosão em fluidos semelhantes aos do corpo permanece comparável ao metal forjado tradicional. A preocupação principal surge com a extrusão de material baseada em sinterização: sua rede embutida de poros grandes e conectados pode comprometer seriamente a durabilidade em ambientes ácidos e agressivos que às vezes ocorrem ao redor de implantes. Os autores concluem que, embora todas as rotas testadas possam produzir peças quimicamente robustas em condições normais, o MEX precisará de melhor controle da porosidade — por meio de otimização da impressão, sinterização ou tratamentos posteriores — antes que possa igualar com segurança o desempenho de corrosão a longo prazo exigido para as aplicações biomédicas e de engenharia mais exigentes.

Citação: Lorenzi, S., Nani, L., Persico, T. et al. A comparative study on the corrosion resistance of Ti-6Al-4V produced via material extrusion and other additive manufacturing technologies. npj Mater Degrad 10, 32 (2026). https://doi.org/10.1038/s41529-026-00745-4

Palavras-chave: implantes de titânio, impressão 3D, corrosão, biomateriais, manufatura aditiva