| Abstract |
Šajā inženierprojektā ir izstrādāta pozicionēšanas sistēma titāna sakausējuma ortopēdisko skrūvju, plākšņu un fiksācijas elementu lāzera virsmas apstrādei. Darbā risināts būtisks esošo lāzerapstrādes iekārtu ierobežojums: tradicionālās fiksētās vai manuāli regulējamās platformas nav pietiekami piemērotas stabila lāzera fokusa uzturēšanai uz implantu virsmām ar izliekumiem, malām un lokāliem nelīdzenumiem. Tā kā lāzerapstrādes kvalitāte lielā mērā ir atkarīga no fokusa stāvokļa un efektīvā enerģijas blīvuma, projektā izstrādāta specializēta pozicionēšanas apakšsistēma, kas apstrādes laikā spēj uzturēt implanta virsmu optimālajā fokusa apgabalā.
Darbā apskatītas titāna sakausējumu implantu prasības, lāzera virsmas apstrādes principi, fokusa nobīdes ietekme uz apstrādes kvalitāti, esošās analoģiskās pozicionēšanas sistēmas, kā arī fokusēšanas kontroles mērīšanas un atgriezeniskās saites metodes. Balstoties uz šo analīzi, tika salīdzināti trīs konstrukcijas varianti: artikulētās rokas sistēma, divu vadsliežu portāla sistēma un 6 brīvības pakāpju platforma. Svērtais inženiertehniskais salīdzinājums parādīja, ka artikulētās rokas koncepcija nodrošina vislabāko līdzsvaru starp fokālās plaknes uzturēšanu, mehānisko stabilitāti, kustības precizitāti, pielāgojamību implantu ģeometrijai, izgatavojamību un praktisku ekspluatāciju. Tādēļ gala ierīce tika izstrādāta kā četru asu artikulēta rotācijas sistēma, izmantojot vienu XRT-U-60, divus XRT-U-40 un vienu XRT-U-30 pozicionēšanas moduli ar Xeryon XD-M vadību.
Izstrādātā koncepcija apvieno virsmas topogrāfijas iegūšanu pirms apstrādes ar implanta turētāja slēgtas kontūras rotācijas pozicionēšanu, ļaujot pozicionēšanu balstīt uz izmērīto virsmas ģeometriju, nevis tikai uz nominālajiem iestatījumiem. Inženiertehniskie aprēķini tika veikti, lai pārbaudītu galvenos ierīces parametrus. Aprēķinātā fokusa pozicionēšanas izšķirtspēja bija 2,196 µm, smalkās regulēšanas diapazons bija 1000 µm, virsmas topogrāfijas iegūšanas diapazons bija 1000 µm, bet no paraugpozīcijām iegūtā lietderīgā darba zona bija 518,378 mm X virzienā, 612,149 mm Y virzienā un 101,175 mm Z virzienā. Reprezentatīvas mērķpozīcijas apgrieztās kinemātikas risinājumā kopējā atlikuma kļūda bija 0,2565 µm. Aprēķinātā mehānisko svārstību amplitūda, kas iegūta no statiskās izlieces, bija 1,959 µm, sliktākā gadījuma termiskā novirze bija 7,918 µm, novērtētā pašsvārstību frekvence bija 562,424 Hz, bet barošanas avota rezerve bija 2,368. Rezultāti parādīja, ka artikulētais mehānisms vislabāk ir piemērots rupjai pozicionēšanai un leņķiskai orientācijai, savukārt ātrdarbīga mikrometru līmeņa korekcija piemērotāk piešķirama lokālam smalkās fokusēšanas izpildmehānismam.
Darbā ietverti arī tehnoloģiskie aprēķini reprezentatīvas detaļas izgatavošanai, darba vides izvietojuma projekts, ierīces konstrukcijas un vadības koncepcijas tehniskie apraksti, ekonomiskais izvērtējums un ekspluatācijas risku analīze. Tehnoloģiskā daļa parādīja, ka reprezentatīvos konstrukcijas elementus iespējams izgatavot no 6061-T6 alumīnija, izmantojot lāzergriešanu, iegremdēšanu, atskabargu noņemšanu un izmēru kontroli. Izvietojuma projekts parādīja, ka ierīci iespējams integrēt laboratorijas tipa lāzerapstrādes vidē ar atbilstošu iekārtu izvietojumu un drošības pasākumiem. Ekonomiskais izvērtējums parādīja, ka kopējās prototipa izgatavošanas izmaksas ir 21 837,21 €, savukārt prognozētās ikgadējās ekspluatācijas izmaksas ir 1 840,74 € gadā. Risku analīzē tika identificēti galvenie ekspluatācijas riski: elektriski bojājumi, pārkaršana, saspiešanas zonas un neparedzētas straujas kustības, kā arī noteikti atbilstoši aizsardzības pasākumi.
Kopumā projekta rezultātā tika izstrādāta tehniski pamatota pozicionēšanas sistēmas koncepcija titāna ortopēdisko implantu komponentu lāzera virsmas apstrādei, kas nodrošina piemērotu pamatu turpmākai prototipa izgatavošanai, mērīšanas un vadības aparatūras integrācijai, kā arī eksperimentālai pārbaudei reālā lāzerapstrādes vidē. |
| Keywords |
lāzera virsmas apstrāde, pozicionēšanas sistēma, titāna sakausējums, ortopēdiskie implanti, artikulēts rotācijas mehānisms, fokusa kontrole, slēgtas kontūras pozicionēšana, virsmas topogrāfijas iegūšana, inženiertehniskie aprēķini, medicīnas inženierija |
| Keywords in English |
laser surface treatment, positioning system, titanium alloy, orthopedic implants, articulated rotary mechanism, focus control, closed-loop positioning, surface topography acquisition, engineering calculations, medical engineering |
