دستگاه پرداختکاری خودکار پروتزهای مفصل ران طراحی شد

محققان دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به طراحی، توسعه و راه اندازی دستگاه پرداختکاری خودکار پروتزهای مفصل ران در صنعت پزشکی شدند.

به گزارش مجله خبری نگار،روز شنبه دانشگاه صنعتی امیرکبیر، یحیی چوپانی دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه به سرپرستی محمدرضا رازفر و دکتر محسن خواجه‌زاده برگزیده بیست و دومین جشنواره جوان خوارزمی و مجری طرح با عنوان «دستگاه پرداختکاری خودکار ایمپلنت‌های مفصل ران» گفت: آرتروپلاستی کامل مفصل ران (THA) یکی از موفق ترین جراحی‌های ارتوپدی در سراسر دنیاست که در آن پروتزهای مصنوعی جایگزین مفصل ران طبیعی می شود.  

وی افزود: در این جراحی، زبری سطح سر فمورال نقش بسیار مهمی در بهبود خواص تریبولوژیکی، بیولوژیکی، متالورژیکی، مکانیکی و شیمیایی پروتزهای مفصل ران دارد و علاوه بر این، نانو پرداختکاری خودکار سر فمورال پروتزهای مفصل ران نه‌تنها برای فرآیندهای پرداختکاری سنتی و پیشرفته کار دشوار و پر هزینه¬ای است، بلکه یکی از دغدغه‌های هر دو جوامع صنعتی و تحقیقاتی برای اتوماسیون است.

این محقق با تأکید بر این که این برناهم نیازمند طراحی، توسعه و راه‌اندازی فناوری های جدید نانو پرداختکاری است، گفت: زیرا با توجه به پیشرفت‌های اخیر، هنوز سر فمورال پروتزهای مفصل ران به‌صورت دستی پولیشکاری می‌شوند.

چوپانی خاطرنشان کرد: به‌هرحال در پولیش کاری دستی نه‌تنها سلامت سطح، زبری سطح یکنواخت، دقت ابعادی و دقت شکل سر فمورال به خطر می‌افتد، بلکه فاقد اتوماسیون است.  

وی ادامه داد: که پولیش کاری دستی یک کار بسیار خسته‌کننده، پرهزینه و وقت‌گیر است؛ بنابراین نه‌تنها درصد خطا بالا می‌رود بلکه راندمان و کیفیت پولیشکاری بستگی به مهارت و تجربه اپراتور دارد.
وی اضافه کرد: به‌طورکلی پولیشکاری دستی از منظر بهره وری چالش اساسی دارد. ازاین‌رو، هدف کار حاضر رفع این چالش‌ها است. برای این مقصود، ابتدا دستگاه و روش پرداختکاری جریان ساینده (AFF) طراحی، توسعه و ساخته شده است. سپس، تکنیک ماکت معکوس سر فمورال به‌عنوان یک ابزار پرداختکاری مؤثر و کارآمد برای نانو پرداختکاری خودکار سر فمورال پروتزهای مفصل ران گرید ASTMF۱۳۸ (SS۳۱۶L) پیشنهاد شده است.

محقق دانشگاه صنعتی امیرکبیر با بیان این که علاوه بر این، برای انجام آزمایش‌های تجربی، یک ابزار ماشین کاری انعطاف‌پذیر ساخته شده است، گفت: مطالعه میکروسکوپی SEM و AFM از مورفولوژی و توپوگرافی سطح نمونه‌ها نشان می‌دهد که طرح حاضر نه‌تنها جهت، خراش‌ها، شیارها و علائم پیشروی ناشی از فرآیند تراشکاری CNC روی بافت سطح سر فمورال را به‌طور قابل‌توجهی از بین برده است، بلکه یک سطح پرداخت فوق صیقل و یکنواختی تا محدوده ۲۰.۳ nm با کمترین انحراف معیار ۲.۲۴ به‌دست‌آمده است.

چوپانی ادامه داد: پارامترهای توپوگرافی سطح سر فمورال Ra، Rq، Rp، Rv و Rt تحت شرایط تجربی؛ فشار اکستروژن ۱۰ MPa، تعداد سیکل¬های پرداختکاری ۱۰۰ و ساینده SiC با شماره مش ۱۰۰۰ به ترتیب به میزان ۹۱.۷۱ درصد، ۹۱.۲۱ درصد، ۸۱.۸۴ درصد، ۸۸.۴۶ درصد و ۸۵.۴۴ درصد بهبود یافته‌اند.

وی یادآور شد: همچنین این، نتایج CMM نشان می دهد که برای سر فمورال انحراف شکل کروی تا محدوده ۷ µm حاصل شده است. همچنین، نتایج آنالیز عنصری XRF نشان می دهد که ترکیب شیمیایی سر فمورال قبل و بعد از پرداختکاری تغییر نکرده است.  
وی خاطرنشان کرد: ازاین‌رو، تکنولوژی به کار رفته در طرح حاضر به‌واسطه‌ی پرداختکاری خودکار سر فمورال پروتزهای مفصل ران سبب افزایش بهره‌وری، دستیابی به زبری سطح یکنواخت و حفظ کرویت سر فمورال شده است.

این محقق اضافه کرد: دستگاه و روش ارایه شده نه‌تنها محدودیتی برای پرداختکاری قطعات از منظر هندسه، جنس و اندازه ندارد، بلکه به‌واسطه‌ طراحی یک فیکسچر قابلیت پرداختکاری خودکار چندین قطعه را به‌طور همزمان دارد، در نتیجه سبب اتوماسیون می شود.
چوپانی تصریح کرد: به‌طورکلی نتایج این مطالعه امیدبخش است و یافته‌های تجربی نشان داده‌اند فناوری به کار رفته آینده بسیار امیدوارکننده‌ای در حوزه نانو پرداختکاری خودکار قطعات صنعتی در صنایع پیشرفته همچون پزشکی، هوافضا، خودروسازی و دیگر صنایع دارد.

یادآوری می شود این طرح رتبه سوم پژوهش‌های کاربردی بیست و دومین جشنواره جوان خوارزمی را کسب کرد.

منبع: ایرنا