Устройство для модификации кластерным пучком поверхности трубчатого имплантируемого изделия
DEVICE FOR CLUSTER BUNDLE MODIFICATION OF SURFACE OF TUBULAR IMPLANTED PRODUCT

Изобретение относится к области применения кластерных ускорителей для обработки поверхности твердых материалов, а именно для модификации поверхности медицинских имплантируемых изделий, используемых для сердечно-сосудистой хирургии.
Известно техническое решение, в котором обеспечивается эффективное отделение мономерных или молекулярных ионов от пучка кластерных ионов газа, которые используются для модификации поверхности плоских изделий («Устройство для сглаживания пучком ионов газового кластера», патент US6486478 от 26 ноября 2002 г.).
Недостатком данного устройства является то, что с его помощью нельзя обработать изделия трубчатой конструкции с осевой ориентацией.
Наиболее близким техническим решением является решение, предложенное в патенте «Медицинское устройство для костного имплантата и способ его изготовления» по патенту US9005696 от 14 апреля 2015 года, в котором используется вакуумная камера, устройство для генерации и ускорения кластерного пучка, имплантируемое изделие, платформа. Имплантируемое изделие помещается на неподвижную платформу в вакуумной камере. Модификация поверхности осуществляется пучком кластерных ионов, сформированных и ускоренных с помощью устройства для генерации и ускорения кластерного пучка, направленных перпендикулярно поверхности имплантируемого изделия.
Недостатком данного технического решения является невозможность модификации поверхностей (внутренней и внешней) медицинских имплантируемых изделий трубчатой конструкции с осевой ориентацией и одновременной обработке более одного изделия в рамках одного процесса.
Задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение модификации внутренней и внешней поверхностей имплантируемых изделий трубчатой конструкции с осевой ориентацией и одновременной обработке более одного изделия в рамках одного процесса.
Технический результат - получение одного и более имплантируемых изделий трубчатой конструкции с осевой ориентацией, используемых для сердечно-сосудистой хирургии, с модифицированной внутренней и внешней поверхностью за один цикл обработки и сокращение времени обработки изделий.
Для исключения указанных недостатков в устройстве для модификации кластерным пучком поверхности трубчатого имплантируемого изделия, состоящего из вакуумной камеры, устройства для генерации и ускорения кластерного пучка, имплантируемое изделия и платформы, предлагается:
- платформу изготовить в виде кассеты, изготовленной из осесимметричной пластины на одинаковом расстоянии от оси симметрии которой по окружности располагаются один и более поворотных стержней для размещения обрабатываемых изделий;
- кассету соединить с электроприводом, обеспечивающим ее вращение и вращение поворотных стержней вокруг своих осей;
- кассету с электроприводом разместить в вакуумной камере с возможностью наклона оси кассеты относительно направления движения кластерного пучка;
- одно и более имплантируемых изделий трубчатой конструкции с осевой ориентацией разместить на поворотных стержнях кассеты.
В частных случаях реализации устройства предлагается:
- на пути следования кластерного пучка установить защитный экран обеспечивающий доступ к центральной поверхности и закрывающий боковую поверхность имплантируемых изделий трубчатой конструкции с осевой ориентацией;
- между кассетой и устройством для генерации и ускорения кластерного пучка установить мембранную перегородку;
- фиксация кассеты к электроприводу осуществлять посредством быстросъемного соединения.
Сущность технического решения поясняется фигурами чертежей 1, 2 и 3. На фигуре 1 представлено устройство для модификации кластерным пучком наружной поверхности трубчатого имплантируемого изделия с продольным осевым сечением защитного экрана, имплантируемого трубчатого изделия, поворотных стержней, кассеты и электропривода при расположении оси симметрии перпендикулярно направлению потока кластерного пучка; на фигуре 2 - вид сверху на устройство для модификации кластерным пучком наружной поверхности трубчатого имплантируемого изделия при расположении оси симметрии кассеты перпендикулярно направлению потока кластерного пучка; на фигуре 3 - вариант исполнения элемента устройства для модификации кластерным пучком внутренней поверхности трубчатого имплантируемого изделия, в котором поток кластерного пучка образует с осью вращения имплантируемого трубчатого изделия тупой угол.
На фигурах 1-3 приняты следующие позиционные обозначения: 1 - вакуумная камера; 2 - защитный экран; 3 - имплантируемое изделие трубчатой конструкции; 4 - кассета; 5 - мембранная перегородка; 6 - поворотный стержень; 7 - устройство для генерации и ускорения кластерного пучка; 8 - электропривод.
Сущность технического решения состоит в следующем: устройство для модификации кластерным пучком поверхности трубчатого имплантируемого изделия включает вакуумную камеру 1, защитный экран 2, имплантируемое изделие трубчатой конструкции 3, кассету 4, мембранную перегородку 5, поворотный стержень 6, устройство для генерации и ускорения кластерного пучка 7, электропривод 8.
Имплантируемое изделие трубчатой конструкции 3 в количестве одна и более штук устанавливается на поворотные стержни 6, расположенные по окружности на одинаковом расстоянии от оси симметрии кассеты 4.
Поворотные стержни 6 закреплены на кассете 4 с возможностью вращения вокруг своей оси.
Поворотные стержни 6 с имплантируемыми изделиями трубчатой конструкции 3 располагаются на пути следования кластерного пучка.
В частном случае на пути следования кластерного пучка устанавливается защитный экран 2, обеспечивающий доступ к центральной поверхности и закрывающий боковую поверхность имплантируемых изделий трубчатой конструкции 3. Введение защитного экрана 2 позволяет производить обработку внутренней и внешней поверхностей имплантируемых изделий трубчатой конструкции в разных режимах, что позволяет обеспечить различные свойства поверхностей.
Вращение кассеты 4 и поворотных стержней 6 обеспечивается за счет электропривода 8.
Кассета 4 с размещенными на ней имплантируемыми изделиями трубчатой конструкции 3 располагается внутри вакуумной камеры 1 с возможностью наклона оси кассеты относительно направления движения кластерного пучка (фигура 3).
В частном случае между кассетой 4 и устройством для генерации и ускорения кластерного пучка 7 устанавливается мембранная перегородка 5. Установка мембранной перегородки 5 позволяет производить замену имплантируемых изделий трубчатой конструкции 3 или кассеты 4 с установленными на ней имплантируемыми изделиями трубчатой конструкции 3 без разгерметизации основной вакуумной камеры 1 с устройством для генерации и ускорения кластерного пучка 7, что приводит к сокращению времени одного цикла обработки не менее чем на 10%.
В частном случае фиксация кассеты 4 к электроприводу 8 осуществляется посредством быстросъемного соединения. Такое соединение позволяет сократить не менее чем на 30% время перезагрузки имплантируемых изделий трубчатой конструкции 3.
Устройство для модификации кластерным пучком поверхности трубчатого имплантируемого изделия работает следующим образом.
вн
вн
Имплантируемые изделия трубчатой конструкции 3 в количестве одна и более штук устанавливаются на поворотные стержни 6, расположенным по окружности на одинаковом расстоянии от оси симметрии кассеты 4. Кассета 4 с имплантируемыми изделиями трубчатой конструкции 3 помещается в вакуумную камеру 1 и закрепляется на электроприводе 8. Вакуумная камера 1 герметизируется и вакуумируется. После достижения рабочих параметров вакуума включается электропривод 8, который равномерно вращает кассету 4 и поворотные стержни 6 вокруг своих осей соответственно. Затем включается устройство для генерации и ускорения кластерного пучка 7. Обработка внешней поверхности имплантируемых изделий трубчатой конструкции 3 осуществляется при расположении оси симметрии кассеты 4 перпендикулярно направлению потока кластерного пучка (фигуры 1 и 2). Обработка внутренней поверхности имплантируемых изделий трубчатой конструкции 3 осуществляется при наклоне оси симметрии кассеты 4 на угол не менее arctg(d/h), где d и h - внутренний диаметр и высота имплантируемых изделий трубчатой конструкции 3 соответственно (фигура 3). Экспериментально показана возможность обработки внутренней и внешней поверхностей имплантируемых изделий трубчатой конструкции 3 в количестве одной и более штук в идентичных условиях.
Пример конкретного исполнения устройства
Кассета 4 изготовлена из листа нержавеющей стали толщиной 3 мм и диаметром 120 мм, в котором на местах установки поворотных стержней 6 просверлены посадочные отверстия диаметром 4 мм.
Восемь отверстий для установки поворотных стержней 6 в кассете 4 просверлены на расстоянии 50 мм от оси ее симметрии.
Имплантируемые изделий трубчатой конструкции 3 представляет собой полый цилиндр из титана ВТ-1-0 высотой 25 мм, диаметром 10 мм, толщиной стенки 1 мм.
Соединение кассеты 4 с электроприводом 8 осуществляется с помощью шлицевого соединения с фиксацией стопорным винтом.
Вращение поворотных стержней 6 вокруг своей оси обеспечивается за счет шестеренчатого привода от центральной оси кассеты.
Шестеренчатый привод располагается в нижней части кассеты 4 под листом из нержавеющей стали.
Поворотные стержни 6 изготовлены из стержней из нержавеющей стали диаметром 5 мм, с проточкой диаметром 4 мм для установки в лист кассеты 4.
Защитный экран 2 изготовлен из листа нержавеющей стали толщиной 1,5 мм и диаметром 150 мм.
Мембранная перегородка 5 изготовлена из листа нержавеющей стали толщиной 1 мм.
В качестве электропривода 8 был использован электрический двигатель с преобразователем частоты, обеспечивающий вращение кассеты 4 от 0 до 40 об/мин.
Поворотные стержни 6 установлены в кассете 4 на шайбы из тефлона.
Вакуумная камера 1 представляет собой изделие, состоящее из соединенных между собой отсеков разной геометрии, включающих форвакуумный и турбомолекулярные насосы. Линейный размер участка вакуумной камеры 1 для размещения кассеты 4 с защитным экраном 2 и имплантируемыми изделиями трубчатой конструкции 3 диаметр 160 мм, высота 40 мм.
2
Устройство для генерации и ускорения кластерного пучка 7 представляет собой последовательно подключенные в вакуумной камере генератор и электромагнитный ускоритель кластерного пучка. Устройство для генерации и ускорения кластерного пучка 7 обеспечивает следующие параметры потока газовых кластерных ионов: газ - аргон, размер кластерных ионов аргона - от 1 до 3000 атомов на кластер, энергия газовых кластерных ионов варьируется в пределах от 2 до 20 кэВ, плотность ионного тока - не менее 4 мкА/см. Остаточное давление газа - не более 0,2 мПа.
Экспериментальным путем показано, что созданная конструкция устройства для модификации кластерным пучком поверхности трубчатого имплантируемого изделия позволяет произвести одновременную обработку как внешней, так и внутренней поверхностей одного и более изделий в идентичных условиях, при этом получаемые параметры поверхностей (площадь, шероховатость и пр.) у всех изделий совпадают.