طراحی و تولید دستگاه پرداختکاری خودکار پروتز‌های مفصل ران

به گزارش خبرنگار حوزه علم و فناوری گروه علمی فرهنگی هنری خبرگزاری صدا و سیما؛ آقای یحیی چوپانی دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی امیرکبیر به سرپرستی آقای 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 موفق‌ترین 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 نه تنها 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 فناوری‌های جدید نانو پرداختکاری است، گفت:، زیرا با توجه به پیشرفت‌های اخیر، هنوز سر فمورال پروتز‌های مفصل ران به صورت دستی پولیش کاری می‌شوند.

وی افزود: 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.
علاوه بر این، آقای چوپانی خاطرنشان کرد که پولیش کاری دستی یک کار بسیار خسته‌کننده، پرهزینه و وقت‌گیر است؛ بنابراین نه تن‌ها درصد خطا بالا می‌رود بلکه بازده و کیفیت پولیش کاری بستگی به مهارت و تجربه اپراتور دارد.

وی اضافه کرد: به طور کلی پولیش کاری 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 به عنوان 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 نه تن‌ها جهت، خراش‌ها، شیار‌ها و علائم پیشروی ناشی از فرآیند تراشکاری CNC روی بافت سطح سر فمورال را به طور قابل توجهی 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 درصد، ۹۱.۲۱ درصد، ۸۱.۸۴ درصد، ۸۸.۴۶ درصد و ۸۵.۴۴ درصد بهبود یافته‌اند.

علاوه بر این، نتایج CMM نشان می‌دهد 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.

آقای چوپانی خاطر نشان کرد: ازاین‌رو، فناوری 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 به واسطه‌ی طراحی یک فیکسچر قابلیت پرداختکاری خودکار چندین قطعه را به طور همزمان دارد، در نتیجه سبب اتوماسیون می‌شود.

آقای چوپانی در پایان خاطر نشان کرد: به طور کلی نتایج این مطالعه امیدبخش است و یافته‌های تجربی نشان داده‌اند فناوری به کار رفته آینده بسیار امیدوار کننده‌ای 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.