Задать вопрос:





Статьи

Статьи>> АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАВНОМЕРНЫХ ПЛАЗМОНАПЫЛЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДЕНТАЛЬНЫХ ИМПЛАНТАТАХ

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАВНОМЕРНЫХ ПЛАЗМОНАПЫЛЕННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДЕНТАЛЬНЫХ ИМПЛАНТАТАХ

Приведено устройство и алгоритм для автоматизации процесса нанесения плазменных покрытий на цилиндрические детали (имплантаты) с использованием шаговых приводов, применение которых обеспечивает получение заданной толщины покрытия по всей напыляемой поверхности, а также повышение производительности за счет максимальной скорости позиционирования

Опыт разработки плазменного оборудования и применения его в серийном производстве позволяет заключить, что создание высокоэффективного на-пылительного оборудования невозможно без комплексных работ по исследованию свойств покрытий, разработке технологий оборудования и оптимальных алгоритмов управления оборудованием [1].

Основные физико-технические критерии, используемые при модернизации и проектировании высокоэффективного плазменного технологического оборудования, включают в себя [2]:

гарантированное получение физико-технических характеристик покрытий в широком диапазоне (пористость — от 5 до 60 %, шероховатость — от 5 до 100 мкм, толщина слоя — от 5 до 300 мкм и более);

автоматизацию процесса напыления;

автоматический контроль толщины и качества покрытия.

Исследования, проведенные в Саратовском государственном техническом университете, обнаружили значительную неравномерность получаемых плазмонапыленных титан-гидроксиапатитных покрытий на титановых заготовках дентальных имплантатов и ее влияние на остеоинтеграцион-ные процессы. В связи с этим представляется необходимым повысить равномерность распределения напыляемых частиц порошкового покрытия по поверхности титановой основы имплантатов, так как это способствовало бы лучшему прорастанию костной ткани по всей плазмонапыленной поверхности и, как следствие, увеличению суммарной реакции на действие знакопеременных жевательных нагрузок, которые испытывает имп-лантат в костных структурах челюсти [3]. С этой целью разработано устройство, позволяющее повысить степень равномерности плазмонапыленных покрытий на титановых заготовках имплантатов (рис. 1). Устройство состоит из шаговых электродвигателей 1 и 2, механизма 3 осевого вращения заготовок титановых имплантатов 9, закрепленных в специальных стаканах 8, диска 4 кругового позиционного перемещения заготовок.

Рис. 1. Устройство для получения равномерных плазмонапыленных титан-гидроксиапатитных покрытий на имплантатах

Шаговые электродвигатели обеспечивают круговое позиционное и осевое вращение заготовок имплантатов 9 по всей зоне пятна напыления плазменной струи 11. Электродвигатель 1 с помощью системы зубчатых колес 5 и 6 обеспечивает работу механизма осевого вращения заготовок, который за счет зацепления с зубчатыми колесами 7 вращает стаканы S, предназначенные для фиксирования заготовки титановых имплантатов. Крепежные стаканы вмонтированы в диск 4 позиционного перемещения, движение которого происходит по часовой стрелке. Диск 4, в свою очередь, вращается с помощью шагового двигателя 2, который передает ему движение через вал 12, вращающийся в подшипниках 13.

Равномерность напыления обеспечивается изменением скорости осевого вращения и скорости позиционного перемещения заготовок относительно различных областей пятна напыления плазменной струи 11, исходящей из сопла плазмотрона 10.

Распределение напыляемых частиц по сечению плазменной струи может быть неравномерным (в зависимости от способа подачи порошкового материала — через полый катод, на срез сопла плазмотрона и т.д.), в результате чего достаточно трудно сформировать однородное покрытие с заданным комплексом свойств по всем участкам обрабатываемой поверхности. Различная плотность скопления напыляемых частиц в разных областях плазменной струи обеспечивает значительную неравномерность получаемого покрытия. Регулируя скорости осевого и позиционного вращения заготовок на различных участках пятна напыления, можно с достаточной степенью эффективности формировать плазмонапыленные порошковые покрытия, равномерно распределенные по поверхности и толщине.

Если частицы порошка поступают в плазменный поток через полый катод плазмотрона, то их распределение в струе сосредоточено, в основном, на центральном этом участке. В этом случае толщина покрытия увеличивается интенсивнее именно на этом участке напыления. На периферийных участках плотность частиц незначительна, и рост толщины покрытия характеризуется низкой скоростью формирования. Следовательно, снижая скорость осевого вращения и скорость позиционного перемещения заготовок на периферии плазменной струи и повышая ее по мере приближения заготовок к центру, можно сформировать достаточно равномерное покрытие.

При подаче порошка на срез сопла плазмотрона плотность распределения частиц на периферии плазменной струи значительно выше, чем в ее центральной области. Проникновение частиц порошкового материала к центру струи затруднено из-за высокой плотности плазмы в этой области. В этом случае скорости осевого вращения и позиционного перемещения заготовок имплантатов при прохождении ими периферийных областей плазменной струи увеличиваются, а по мере приближения к ее центру снижаются, что повышает однородность формируемого покрытия по всей поверхности заготовки.

Если плотность напыляемых частиц одинакова, что достигается применением специальных экранов, отсекающих часть потока частиц с малой плотностью, то при входе заготовки в зону напыления ее скорость вращения увеличивается до значения, необходимого для получения требуемой толщины покрытия, и остается постоянной до выхода заготовки из зоны напыления.

Таким образом, управление скоростью осевого вращения и скоростью позиционного перемещения заготовок титановых дентальных имплантатов относительно различных участков области напыления позволяет формировать однородное и равномерное по толщине плазмонапыленное покрытие.

Блок-схема устройства управления осевым вращением и позиционным перемещением заготовок представлена на рис. 2. Устройство состоит из датчиков 9 и 10 положения заготовок, программируемых делителей частоты 1 и 2, счетчиков длины перемещения и одного оборота заготовки 7 и 8, модулей коммутации фаз 3 и 4, модулей усилителя мощности 5 и 6, генератора частоты 11, шагового электродвигателя вращения заготовок 12 и шагового электродвигателя вращения диска 13.

Работа устройства управления начинается после установки всех заготовок имплантатов в крепежные стаканы позиционного диска. Включается двигатель вращения заготовок, и они начинают перемещаться по окружности. При достижении какой-либо заготовкой края плазменной струи срабатывает первый датчик (D1) и в счетчике 7 записывается число импульсов, соответствующее расстоянию от заготовки до центра струи, а в счетчике 8 — число импульсов, соответствующих одному обороту обрабатываемой заготовки. Для осевого вращения заготовок включается шаговый двигатель 12. По завершении одного оборота заготовки на выходе счетчика 8 возникает сигнал, по которому в делитель частоты 2 записывается новый коэффициент деления, что изменяет частоту импульсов, поступающих с его выхода на шаговый двигатель, и, следовательно, изменяется скорость вращения заготовки. Этот цикл повторяется, и после каждого оборота скорость вращения заготовки будет увеличиваться либо уменьшаться в зависимости от способа подачи порошка. При достижении обрабатываемой заготовкой центра плазменной струи счетчик 7вырабатывает сигнал, по которому происходит изменение скорости перемещения и вращения заготовки в соответствии со способом подачи напыляемого порошка. При выходе заготовки из зоны плазменной обработки срабатывает второй датчик (D2), и происходит увеличение скорости позиционного перемещения с целью снижения межоперационного времени до начала обработки следующей заготовки. Процесс продолжается до завершения обработки всех деталей, установленных в устройстве.

Рис. 2. Блок-схема устройства управления перемещением заготовок при напылении

Алгоритмы работы устройства управления осевым и позиционным вращением титановых заготовок дентальных имплантатов для различных способов подачи порошкового материала в плазменную струю представлены на рис. 3 и 4.

Описанное устройство и алгоритм его функционирования позволяют в автоматическом режиме получать равномерные покрытия необходимой толщины с заданными физико-техническими характеристиками напыленной поверхности; для повышения производительности выполнить позиционирование в исходное положение на максимально возможной скорости.

Список литературы

  1. Лясников Н.В., Большаков А.Ф., Емельянов B.C. Плазменное напыление. Саратов: Из-во Саратовского государвственного университета им. Чернышевского, 1992.
  2. Лясников В.Н.,Бекренев Н.В., Сперанский С.К. Оптимизация процесса остеоинтеграции плазмонапы-ленных стоматологических эндоосальных имплантатов путем формирования регулярной пористой структуры покрытия. Клиническая имплантология и стоматология. 1998. № 2.
  3. Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е. и др. Нанесение покрытий плазмой. М.: Наука, 1990.

С. К. Сперанский, И. В. Родионов
Справочник. Инженерный журнал. №12, 2004, с. 9-13

Статьи партнеров