Устройство для послойной обработки пористых металлических имплантатов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОСЛОЙНОЙ ОБРАБОТКИ ПОРИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИМПЛАНТАТОВ(71) Заявитель Государственное учреждение образования Белорусская медицинская академия последипломного образования(72) Авторы Маслов Алексей Петрович Руцкий Александр Владимирович Минченя Владимир Тимофеевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение образования Белорусская медицинская академия последипломного образования(57) 1. Устройство для послойной обработки пористых металлических имплантатов, содержащее станину, вибратор, устройство горизонтального перемещения закрепленного блока пористого материала, устройство электроискровой обработки, отличающееся тем,что вибратор выполнен в виде ультразвукового преобразователя продольных колебаний, к которому закреплены концентратор, волновод-инструмент, а сам преобразователь закреплен в узле продольных колебаний на устройстве для перемещения преобразователя в направлении, перпендикулярном обрабатываемой поверхности и установленном на каретке с возвратно-поступательным перемещением в направлении, параллельном обрабатываемой поверхности, а к инструменту и обрабатываемому пористому имплантату подключают от стабилизированного источника постоянное напряжение 50-180 . 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что над кареткой с возвратно-поступательным перемещением в направлении, параллельном обрабатываемой поверхности, для фиксации изображения обработанной поверхности установлена цифровая фотокамера.(56) 1. Заявка на изобретение 2008119239, 20.11.2009, Россия, 2074066 МПК 623 1/00, 23 9/00. Устройство ультразвуковой электроискровой обработки пористых имплантатов. 83312012.06.30 Полезная модель относится к устройствам обработки блоков губчатого титана, в частности к устройству обработки пористых структур металлических имплантатов из удаленных по различным причинам протезов при проведении исследований степени объемного прорастания костной ткани в структуру пористого металлического имплантата. Необходимость такого устройства обработки поверхности возникает при проведении исследований объемного прорастания костной ткани в сквозные, извилистые и тупиковые поры пористой структуры имплантата. Это возможно осуществить только при послойном вскрытии пористой структуры удаленных протезов, путем срезания тонких слоев поверхности имплантата. Так как пористые имплантаты выполнены из блоков вспененного чистого титана, то традиционные методы и устройства механической обработки применить для послойного вскрытия поверхности практически невозможно из-за низкой прочности пористой структуры. При механическом воздействии с помощью лезвийного или абразивного инструмента происходит смятие тонких межблочных перегородок, закрытие пор, что препятствует исследованию процесса прорастания костной ткани в поры. Известно устройство для послойной резки блока губчатого титана, включающее станину, режущий инструмент, стол, предназначенный для установки блока, силовую раму,служащую для зажима блока, с гидроцилиндром и с ползуном, размещенный на столе манипулятор с захватом для горизонтального перемещения блока по столу, подвижный упор, прикрепленный к силовой раме и обеспечивающий заданную величину срезаемого слоя, при этом стол выполнен неподвижным, с одной стороны жестко прикреплен к станине, а опорная поверхность стола совмещена с рабочей поверхностью станины и снабжена боковыми стенками, между которыми установлен блок, силовая рама установлена с возможностью вертикального перемещения ползуна, на котором жестко закреплен режущий инструмент, соединенный с вибратором, и на инструмент и деталь подают напряжение 1. Недостатком известного устройства является невозможность обеспечить размерную обработку поверхности с заданным снятием припуска пористого материала с проросшей костной тканью из-за пробоя напряжения как на металлический материал, так и на токопроводящую костную структуру, и неизвестна заранее величина толщины снятого слоя металла из-за нестабильной работы колебательной системы, отсутствует фиксация изображения обработанной поверхности. Задачей заявляемого устройства является послойная обработка поверхности структуры пористых металлических имплантатов с проросшей костной тканью с заданной величиной снятия слоя металла с поверхности пористого металлического имплантата и запись изображения полученной поверхности каждого обработанного слоя. Поставленная задача решается тем, что предложено устройство для послойной обработки пористых металлических имплантатов, содержащее станину, вибратор, устройство горизонтального перемещения закрепленного блока пористого материала, устройство электроискровой обработки, при этом вибратор выполнен в виде ультразвукового преобразователя продольных колебаний, к которому закреплены концентратор, волноводинструмент, а сам преобразователь закреплен в узле продольных колебаний на устройстве для перемещения преобразователя в направлении, перпендикулярном обрабатываемой поверхности пористого металлического имплантата и установленном на каретке устройства горизонтального перемещения закрепленного блока пористого материала с возвратнопоступательным перемещением, в направлении, параллельном обрабатываемой поверхности пористого металлического имплантата, а к волноводу-инструменту и обрабатываемому пористому металлическому имплантату подключают от стабилизированного источника постоянное напряжение 50-180 В, пористый металлический имплантат погружен в ванну с жидкостью, например дистиллированной водой. При этом над кареткой устройства горизонтального перемещения закрепленного блока пористого материала с возвратно-поступательным смещением в направлении, парал 2 83312012.06.30 лельном обрабатываемой поверхности пористого металлического имплантата, установлена цифровая фотокамера для фиксации изображения обработанной поверхности. Сущность полезной модели поясняют графические материалы. На фигуре изображена конструкция устройства, состоящего из станины 1, ультразвукового преобразователя 2,подключенного к ультразвуковому генератору 3, концентратора 4, связанного с волноводом-инструментом 5, обрабатываемого пористого имплантата 6, закрепленного на подвижной каретке 7 устройства горизонтального перемещения закрепленного блока пористого материала с возвратно-поступательным перемещением, устройства 8 для перемещения ультразвукового преобразователя 2 в направлении, перпендикулярном обрабатываемой поверхности, т.е. вертикального перемещения, стойки 9, закрепленной на станине 1, источника постоянного напряжения 10, цифровой фотокамеры 11, закрепленной на стойке 9, ванны 12 с жидкостью, в которую погружен пористый имплантат 6. Принцип действия предложенного устройства заключается в следующем. Пористый металлический имплантат 6 закрепляется на подвижной каретке 7 устройства горизонтального перемещения закрепленного блока пористого материала с возвратнопоступательным перемещением под волноводом-инструментом 5 в ванне 12 с жидкостью,а цифровая фотокамера 11 устанавливается на высоте автоматической фокусировки и захвата всей обрабатываемой поверхности пористого металлического имплантата. Включается генератор 3 ультразвука, при помощи регулятора устанавливается частота резонанса волновода-инструмента в диапазоне 22-44 кГц, на пористый металлический имплантат 6 и волновод-инструмент 5 подается напряжение 50-180 от источника постоянного напряжения 10. При помощи устройства 8 вертикального перемещения ультразвуковой преобразователь 2 с концентратором 4 и волноводом-инструментом 5 медленно опускается в направлении к обрабатываемой поверхности имплантата 6 до возникновения электрических разрядов. Разряды образуются в виде узких проводящих каналов с температурой в десятки тысяч градусов. У основания этих каналов наблюдается разрушение (оплавление,испарение и т.п.) металлического материала пористого имплантата 6. Причем при погружении волновода-инструмента 5 и пористого металлического имплантата 6 в жидкость(например, дистиллированная вода) интенсивность разряда резко возрастает. При получении стабильного разряда включают привод каретки 7 устройства горизонтального перемещения закрепленного блока пористого материала для возвратно-поступательного перемещения обрабатываемого пористого металлического имплантата 6. В зависимости от длительности разряда изменяется глубина распространения тепла в объеме волноводаинструмента и пористого металлического имплантата и характер их разрушения. Так как волновод-инструмент 5 колеблется с ультразвуковой частотой, разряды получаются кратковременные, с длительностью 10-3-10-4 секунд, и распространение тепла ограничивается ничтожно малым объемом металла, что не приводит к сжиганию находящейся в порах костной структуры. Так как поверхность волновода-инструмента 5 меньше поверхности обрабатываемого пористого металлического имплантата 6, то под действием многочисленных непрерывно повторяющихся искровых разрядов происходит разрушение поверхности пористой металлической структуры в пределах площади торцевой поверхности волновода-инструмента 5. Канал разряда обычно образуется между поверхностью волновода-инструмента 5 и выступами на поверхности металлической пористой структуры обрабатываемого пористого металлического имплантата 6, лежащими на кратчайшем расстоянии. Высокая температура плавит и испаряет металл в местах приложения разряда,и капли расплавленного металла в результате развивающихся в зоне разряда динамических процессов выбрасываются за пределы волноводов и застывают в виде мелких частиц сферической формы, образующих отходы при обработке. Следующий разряд происходит в новом месте поверхности волноводов уже между двумя другими точками, оказавшимися в данный момент времени ближайшими. Таким образом, перемещая пористый металлический имплантат 6 при помощи каретки 7 устройства горизонтального переме 3 83312012.06.30 щения закрепленного блока пористого материала под волноводом-инструментом 5 вдоль обрабатываемой поверхности пористого металлического имплантата, производится удаление слоя металла. После снятия слоя металла с поверхности имплантата 6, каретка 7 устройства горизонтального перемещения закрепленного блока пористого материала с возвратно-поступательным перемещением перемещает обрабатываемый пористый металлический имплантат 6 под объектив фотокамеры 11 и осуществляется фотографирование обработанной поверхности имплантата 6. При помощи устройства 8 вертикального перемещения, ультразвуковой преобразователь 2 с концентратором 4 и волноводом-инструментом 5 медленно опускается на величину следующего слоя. После снятия следующего слоя осуществляется повторное фотографирование. Процесс обработки повторяется до снятия не менее 2/3 толщины металлического имплантата 6. Исследования послойно обработанной поверхности пористого металлического имплантата с помощью светового микроскопа показали, что все перегородки пор не деформированы, поры открыты и костная ткань, находящаяся в порах, не имеет обугленных мест, т.е. доказана возможность обеспечения обработки поверхности пористой структуры с проросшей костной тканью, повышение точности снятия припуска с поверхности пористого металлического имплантата с помощью предложенного устройства. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4