دستگاه پرداختکاری خودکار پروتزهای مفصل ران طراحی شد

به گزارش خبرگزاری مهر به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، یحیی چوپانی دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر به سرپرستی دکتر محمدرضا رازفر و آقای 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 می‌شود.

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 هزینه‌ای است، بلکه یکی از دغدغه‌های هر دو جوامع صنعتی و تحقیقاتی برای اتوماسیون است.

وی با تأکید بر اینکه این سناریو نیازمند طراحی، توسعه و راه‌اندازی تکنولوژی‌های جدید نانو پرداختکاری است، گفت: زیرا با توجه به پیشرفت‌های اخیر، هنوز سر فمورال پروتزهای مفصل ران به‌صورت دستی پولیشکاری می‌شوند.

افزود: به‌هرحال در پولیشکاری دستی نه‌تنها سلامت سطح، زبری سطح یکنواخت، دقت ابعادی و دقت شکل سر فمورال به خطر می‌افتد، بلکه فاقد اتوماسیون است.

چوپانی خاطرنشان کرد: که پولیشکاری 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 اینکه 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.

وی ادامه داد: پارامترهای توپوگرافی سطح سر فمورال Ra، Rq، Rp، Rv و Rt تحت شرایط تجربی؛ فشار اکستروژن ۱۰ MPa، تعداد سیکل‌های پرداختکاری ۱۰۰ و ساینده SiC با شماره مش ۱۰۰۰ به ترتیب به میزان ۹۱.۷۱%، ۹۱.۲۱%، ۸۱.۸۴%، ۸۸.۴۶% و ۸۵.۴۴% بهبود یافته‌اند. علاوه بر 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 می‌دهد که ترکیب شیمیایی سر فمورال قبل و بعد از پرداختکاری تغییر نکرده است.

چوپانی خاطر نشان کرد: از این رو، 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.

وی اضافه کرد: دستگاه و روش ارائه شده نه‌تنها محدودیتی برای پرداختکاری قطعات از منظر هندسه، جنس و اندازه ندارد، بلکه به‌واسطه‌ی طراحی یک فیکسچر قابلیت پرداختکاری خودکار چندین قطعه را به‌طور همزمان دارد، در نتیجه سبب اتوماسیون می‌شود.

چوپانی در پایان خاطر نشان کرد: به‌طورکلی نتایج این مطالعه امیدبخش است و یافته‌های تجربی نشان داده‌اند تکنولوژی به کار رفته آینده بسیار امیدوارکننده‌ای در حوزه نانو پرداختکاری خودکار قطعات صنعتی در صنایع پیشرفته همچون پزشکی، هوافضا، خودروسازی و دیگر صنایع دارد.

گفتنی است: این طرح رتبه سوم پژوهش‌های کاربردی بیست و دومین جشنواره جوان خوارزمی را کسب کرد.