Юрчук Ю.А., студент, Сохань С.В., доцент, д.т.н.

НТУУ «Київський політехнічний інститут», м. Київ, Україна

ПЕРСПЕКТИВИ ВИГОТОВЛЕННЯ ГОЛОВОК КУЛЬШОВИХ ЕНДОПРОТЕЗІВ З ТИТАНУ

У статті розглядаються шляхи виготовлення кульових головок з титану для кульшових ендопротезів за допомогою лезової обробки інструментом з надтвердого композиційного матеріалу борсініт і сучасних 4-координатних верстатів з ЧПК.

Для виготовлення імплантатів використовують різні матеріали: сплави металів, кераміку, склокераміку, полімери та ін. Для операцій заміни тазостегнового суглоба в світовій практиці використовують ендопротези з парами тертя метал – поліетилен, кераміка – поліетилен, кераміка - кераміка. На жаль, вживані сплави металів не мають повної біологічної сумісності з людським організмом і мають недостатню зносостійкість, що приводить до утворення продуктів зносу, які викликають запалення тканин. Керамічні матеріали відрізняються високою біоінертністю, проте низька ударна в’язкість кераміки обмежує її застосування.

Порівняльний аналіз ендопротезів тазостегнового суглоба різних конструкцій показує можливості тривалого функціонування (25 років і більше) пар тертя метал – метал. Знос компонентів такого вузла складає 0,004-0,006 мм на рік. Конструкції ендопротезів з парою тертя сплав Co-Cr-Mo – сплав Co-Cr-Mo до останнього часу широко використовувалися у медичній практиці. Проте збільшений відсоток онкологічних захворювань серед пацієнтів з такими ендопротезами порівняно із загальним населенням стримує розповсюдження пари тертя метал – метал на основі Co-Cr-Mo сплавів.

Новий клас титанових сплавів системи Ti-Si, розроблений в Інституті проблем матеріалознавства під керівництвом акад. НАН України С.О. Фірстова, задовольняє більшості вимог з виготовлення ендопротезів кульшового суглоба. В даних сплавах, на відміну від широкого вживаного в теперішній практиці сплаву Ti6Al4V, що містить небажані для організму елементи V і Al, використовуються легуючі елементи, які повністю біологічно інертні до організму людини. Але через тверді включення – силіциди, обумовлені наявністю у складі цього сплаву кремнію, він є важкооброблюваним і при застосуванні твердосплавного лезового інструменту призводить до його швидкого зношування.

Завдання виготовлення кульових головок з титанового сплаву системи Ti-Si для кульшових ендопротезів лезовою обробкою може бути вирішене, по-перше, застосуванням зносостійкого лезового інструменту (наприклад, інструментом з надтвердого композиційного матеріалу борсініт), який до того ж забезпечує відповідну високу якість обробки, і, по-друге, застосуванням 4-координатної обробки сфери висотою 3/4 діаметра. Борсініт – це різновид кіборіту, тобто композиційний матеріал з безперервним каркасом кубічного нітриду бору, що відрізняється високою твердістю, термостійкістю, механічною міцністю і високими електроізоляційними властивостями, що дозволяє використовувати його в різних областях техніки.

Для виготовлення деталей такого типу можна використати сучасні 4-координатні верстати з ЧПК (рис.1-3).

Рисунок 1 – OKUMA LU-15-2SC-600 4-ох осьовий токарно-фрезерний центр з ЧПК.

Рисунок 2 – Takisawa TMX 2000 S токарно-фрезерний верстат з ЧПК.

Рисунок 3 – HAAS ST-10Y токарний центр з ЧПК.

Висновок: за наявності цих умов можна забезпечити створення нового конкурентоспроможного продукту медичного застосування.