Дисертації (ККМ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Технологічне забезпечення виготовлення індивідуальних деталей ендопротезів на базі адитивних технологій(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Бурбурська, Світлана Валеріївна; Пасічник, Віталій АнатолійовичБурбурська С.В. Технологічне забезпечення виготовлення індивідуальних деталей ендопротезів на базі адитивних технологій. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Дисертація присвячена дослідженню складу, причинно-наслідкові зв'язків та впливу параметрів технологічних операцій комп'ютерно-інтегрованої технології підготовки даних, проектування, технологічного підготовлення та виготовлення деталей індивідуальних ендопротезів та супутнього технологічного оснащення на часові та економічні показники. В дисертації вирішено науковопрактичні завдання: визначення складових комплексної комп’ютерноінтегрованої технології проектування і виготовлення кастомного ендопротезу та супутньої хірургічної технологічної оснастки; встановлено причинно-наслідкові зв'язки між ними та визначено їх параметри, що впливають на якість і продуктивність; запропоновано математичний опис такої технології з позицій системного підходу у виді, придатному для створення комп'ютерно-інтегрованої технології, що включає проектування та виготовлення індивідуальних деталей ендопротезу та хірургічної технологічної оснастки, яка забезпечує вирішення завдання максимуму продуктивності за умови гарантування якості ключових результатів - індивідуального ендопротезу та хірургічної технологічної оснастки; досліджено практичні особливості окремих етапів для окремих клінічних випадків, що потребують кастомного ендопротезування з точки інтеграції до загальної комп’ютерно- інтегрованої технології; здійснено широке практичне впровадження комп’ютерно-інтегрованої технології у практику технологічного підготовлення до операції індивідуального ендопротезування, підтверджено її результативність та ефективність. Зміст роботи складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі проведено аналіз літературних джерел з дослідження існуючих проблем за напрямками. Зокрема визначено різновиди і можливості застосування ендопротезів, складові процесу ендопротезування, які станом на сьогодні застосовуються у вітчизняній та світовій хірургічній практиці. Проведено аналіз сучасних технології та матеріалів для пришвидшеного виготовлення індивідуальних ендопротезів та супутніх елементів. Показані можливості та переваги застосування сучасних адитивних технологій у виготовленні кастомних ендопротезів. Проведено систематизацію сучасного програмного забезпечення для комп’ютерної інтеграції процесів виготовлення індивідуальних імплантатів, а також можливості кожного для реалізації різних етапів створюваної комп’ютерно-інтегрованої технології проєктування і виготовлення пацієнт-специфічних ендопротезів та хірургічної технологічної оснастки. Розкриті техніко-економічні аспекти кастомного ендопротезування та перспективи ринку. У другому розділі наведено опис нової концепції технологічного забезпечення виготовлення індивідуальних деталей ендопротезів на базі адитивних технологій. Для основних етапів такої технології, яка включає Preprocessing, Processing, Post-processing, визначено їхній склад в контексті проектування і виготовлення індивідуальних ендопротезів та хірургічної технологічної оснастки, а також склад обладнання, необхідного для реалізації такої технології. Визначено, що: на етапі Preprocessing необхідним є комп'ютерний томограф, магнітно-резонансний томограф, комп'ютерна техніка зі спеціалізованим програмним забезпеченням для оброблення зображень; на етапі Processing необхідним є комп'ютерна техніка зі спеціалізованим програмним забезпеченням для проєктування та підготовлення моделей для різних типів адитивних технологіях FDM, SLA, SLM/EBM з супутнім обладнанням, відповідні адитивні машини, хірургічний інструментарій для резекції та установки; на етапі Post-processing необхідним є є комп'ютерна техніка зі спеціалізованим програмним забезпеченням, необхідне для забезпечення підготовлення керуючих програм верстатів з ЧПК для механічного оброблення та самих верстатів з відповідним інструментальними забезпеченням, обладнання для термічної обробки, обладнання для нанесення покриттів, обладнання для стерилізації та упаковки. В розділі наведено опис формування віртуальної і натурної моделі анатомічного об’єкту, який передбачає об'єднання моделей, отриманих за допомогою КТ та МРТ, а також їх наступну матеріалізацію за допомогою адитивної технології FDM у масштабі 1:1. Описано процес та особливості планування хірургічної операції з використанням натурних моделей анатомічних об’єктів, виготовлених з використанням адитивних технологій. Для етапу конструювання кастомного ендопротезу визначена його послідовність за зонами - робочою, первинної фіксації, вторинної фіксації-остеоінтеграції, допоміжної. Розглянуті регулярні та стохастичні структури, які можуть відтворюватись в пацієнт-специфічних імплантатах і суттєво розширити можливості інженерного забезпечення з точки зору зниження маси, покращення остеоінтеграції та підвищення ефективності адитивної технології. Визначено, що інженерна перевірка працездатності конструкції кастомного імплантату має включати визначення механічних характеристик виробу, оптимізацію конструкції, розміщення елементів первинної фіксації. Розглянуті та проаналізовані особливості вибору і застосування технологій на етапі виготовлення та при простобробленні, а також забезпечення їх якості шляхом технічного контролю. У третьому розділі представлено результати досліджень, спрямованих на формалізацію і математичний опис комп'ютерно-інтегрованої технології проєктування і виготовлення індивідуальних деталей ендопротезу та хірургічної технологічної оснастки. Тут основними складовими є модель такої технології, створена на базі системного підходу та математичний опис взаємозв'язків етапів такої технології з точки зору ймовірності досяжності запланованого результату. Зокрема, представлена нова модель комп'ютерно-інтегрованого процесу технологічного підготовлення і виготовлення індивідуальних ортопедичних імплантів, яка за допомогою нотації BPMN дозволяє математично описати різні аспекти виробничого процесу – від звернення замовника до відвантаження упакованого виробу. Виділені п’ять послідовних етапів: 1. Ініціювання розробки і отримання вхідних даних; 2. Реверс-інжиніринг і підготовка технічного завдання; 3. Проєктування; 4. Прототипування і виготовлення хірургічних навігаторів; 5. Виробництво кастомного імплантату. На кожному з цих етапів визначені ключові виконавці - Медичний заклад, Розробник (Лабораторія), Субпідрядник(и) виробництва. Узагальнено взаємодія ключових виконавців на кожному з етапів конструкторсько-технологічного підготовлення і виготовлення імплантатів. Визначені групи і підгрупи ресурсів, які мають забезпечувати реалізацію запропонованої технології. Обґрунтовано, що: до складу людських ресурсів мають входити медичні, проєктні, виробничі; до складу інформаційних ресурсів мають входити ті, що забезпечують розробку та виготовлення; до складу матеріальних ресурсів мають входити медичні, проєктні, виробничі. Для кожного виду визначено їх деталізований склад. В кожному з 5-ти етапів технології визначені ролі, які виконують певні задачі, а також взаємодіють між собою шляхом обміну даними та результатами прототипування і виготовлення. Це в сукупності для кожного етапу окремо і для всієї технології в цілому дозволило визначати перелік необхідних ресурсів, тривалість виконання, вартість використання ресурсів. Показано, що після того, як визначені основні ресурси, які безпосередньо впливають на час виготовлення кастомного імплантату від звернення пацієнта до доставки готового виробу і медичний заклад, може бути вирішена задача оптимізації процесу розробки, яка в якості цільової функції може визначити мінімізацію часу або мінімізацію вартості. Для вирішення задачі прогнозування тривалості набору робіт побудована Баєсова мережа комп'ютерно-інтегрованої технології проєктування та виготовлення індивідуальних ортопедичних імплантів та хірургічно технологічної оснастки, яка представляє собою орієнтований ациклічний граф = в якому кожній вершині відповідає випадкова змінна, а дуги графа кодують відношення умовної незалежності між цими змінними. Визначено етапи, події та причини, що впливають на ймовірність події, побудовано граф зв'язків між подіями, на основі практичного досвіду визначено ймовірності настання відповідних подій. У четвертому розділі наведені описи прикладів практичної реалізації комп'ютерно-інтегрованої технології проєктування та виготовлення пацієнтспецифічних імплантів та хірургічної технологічної оснастки. Зокрема подана інформація про 4-и практичні випадки практичного застосування системи інженерної підтримки при виготовленні індивідуальних імплантатів ацетабулярного компоненту на базі адитивних технологій. Наведені приклади передові інженерно-технічні рішення кастомного ендопротезування, реалізовані в широкому контексті можливостей, зокрема ті, що стосуються окремо ендопротезування зони кульшового суглобу, а також заміни діафізу кістки, кастомного ендопротезування колінного суглобу. Окрема увага приділена системі управління якістю, яка забезпечує реалізацію комп'ютерно-інтегрованої технології проєктування та виготовлення кастомних імплантів та хірургічної технологічної оснастки, реалізованої в ТОВ “Остеоніка” цілим набором робочих інструкції. Подано опис і приклади практичної реалізації системи забезпечення якості виготовлення кастомних ендопротезів. Визначено вимоги до основного документу - робочої інструкції, яка має містити: вимоги до вхідних даних; правила узгодження систем координат; вимоги до конструктивних елементів; обмеження та застереження; вимоги до контролю вихідних даних. Виділено основні показники якості імпланту: показники ергономічності; показники надійності; показники технологічності; показники безпеки. Визначено елементи, які можуть стати основою для подальшої автоматизації процесу контролю якості виробу. Результати дисертаційного дослідження широко впроваджені у практику хірургічного втручання у понад 300 випадків, інженерно-технологічне забезпечення яких виконано здобувачкою.Документ Відкритий доступ Формування інструментального середовища при магнітно абразивному обробленні в великих магнітних зазорах(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Заставський, Костянтин Олегович; Майборода, Віктор СтаніславовичЗаставський К.О. Формування інструментального середовища при магнітно абразивному обробленні в великих магнітних зазорах. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 13 – Механічна інженерія за спеціальністю 131 – Прикладна механіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. В дисертаційній роботі розроблено методики визначення сил, що діють на деталь з боку магнітного інструменту (МАІ), які дозволяють встановити особливості формування МАІ в процесі магнітно-абразивного оброблення (МАО). В перше встановлено реальну величину сил при МАО, а також визначено процеси та явища, що на них впливають з урахуванням зміни технологічних факторів, таких як індукція магнітного поля, швидкість рухів при обробленні, типу, форми та розміру частинок МАП та матеріалу деталі. Розроблено рекомендації щодо інтенсифікації процесу МАО з огляду на особливості формування МАІ та реальну величину сил. Експеримент виконували на установці для МАО виготовленій на базі вертикально фрезерного верстату типу ОЦ – Іжевськ, що забезпечує оброблення деталей у великому магнітному зазорі кільцевого типу. Зразками для проведення дослідження були циліндричні квадратні та трикутні призми висотою 30 мм і характерним розміром 8, 12 та 16 мм з феропара- та діамагнітних матеріалів, а також лопатка ГТД товщиною 1 мм та висотою 30 мм зі сплаву титану. Для вимірювання сил при МАО було використано методики вимірювання ефективного крутного моменту на валу двигуна, що обертає деталь, та вимірювання сили опору за допомогою тензодатчика. Розроблено відповідне обладнання, що дозволило виконувати дослідження з врахуванням необхідних факторів. Для формування МАІ використовували порошки: оскольчастий Полімам-Т з розміром зерен 200/100 мкм, 400/315 мкм, та округлий Полімам-М 200/100 мкм, 400/315 мкм. Для визначення інтенсивності оброблення було використано квадратні призматичні зразки висотою 5 мм та розміром сторони 8, 12 та 20 мм. Параметром інтенсивності у цьому дослідженні виступав радіус заокруглення кромок деталі, що вимірювався за допомогою профілометра. Встановлено, що ефективний момент тертя при обробленні феромагнітної деталі (при даних зразках та технологічних умовах) становить до 1,4 Нм, при обробленні немагнітних деталей – до 0,9 Нм. Показано, що ефективний момент тертя прямо залежить від величини магнітної індукції, швидкостей руху деталі в робочій зоні та навколо своєї осі. Встановлено області МАО при яких відбувається: формування квазістабільного МАІ (при швидкості обертання навколо власної осі 0 – 10 рад/с), область стійкого МАІ (10 – 65 рад/с) та область з аномальним ростом/падінням сил тертя (більше 65 рад/с). Показано, відмінності в характері взаємодії між МАП та деталлю при використанні порошків з округлої форми, що спричиняє переважно пластичне деформування поверхневого шару оброблюваної поверхні. Визначено, що сила опору при обробленні циліндричних деталей має лінійну залежність від величини магнітної індукції та становить 720 Н/Тл для порошку з зернистістю 200/100 мкм та 960 Н/Тл для 400/315 мкм. Показано, що сила опору при обробленні немагнітних матеріалів Д16Т, ВТ8, БрОц не має суттєвих відмінностей. Встановлено, що сили лобового опору при МАО феромагнітних зразків як і для немагнітних зразків не залежать від швидкості оброблення і змінюються в діапазоні від 160 до 220 Н, це в 1,2-1,5 разів вище, ніж для немагнітних деталей (80 – 180 Н). Роз’яснено відмінність сили опору при оброблені магнітних та немагнітних деталей за рахунок особливостей взаємодії структурних елементів МАІ з оброблюваними поверхнями та формуванням зон заклинювання порошку. Зростання зернистості порошку з 200/100 до 400/315 мкм спричиняє зростання сили опору в 1,2 – 1,3 рази. За результатами аналітичного представлення функцій зміни величин питомих сил тертя і сил лобового опору розраховано співвідношення між питомими силами тертя і опору –Fтер/Fоп = n – параметр коефіцієнту тертя при МАО. За характером зміни величини η встановлено, що зі збільшенням швидкості руху деталей навколо осі кільцевої ванни, переважно, має місце монотонне зменшення параметру коефіцієнту тертя. Зростання швидкості обертання деталей навколо власної осі призводить в досліджуваному діапазоні практично до пропорційного збільшення величини n. В перше визначено, що при обробленні парамагнітних деталей приріст сили опору зі зростанням діаметру не пропорційний зростанню діаметру (при збільшенні діаметра в 2 рази відбувається приріст сили опору в 1,5 рази), що пояснюється відмінностями характеру оброблення різними структурними елементами МАІ. Натомість, оброблення феромагнітних деталей характеризується пропорційним приростом сили опору від зростання розміру деталей. Підтверджено, що середовище МАІ можна віднести до типу бінгамівського через характер впливу швидкості на процес оброблення, особливо при малих значеннях магнітної індукції (0,2 – 0,22 Тл). Тобто МАІ має ознаки «квазірідкого» середовища при малих значеннях магнітної індукції (малій жорсткості) та «квазітвердого» - при великих значеннях індукції (більше 0,22 Тл). Визначено, що при оброблені малих діаметрів (8 мм), феромагнітні властивості матеріалу деталі створюють умови для псевдо розрідження магнітно-абразивного середовища, через яке значення сили опору при обробленні сталевого зразку нижче ніж при обробленні титанового на 10 – 20%. Натомість при обробленні деталей великого розміру сила опору сталевої деталі була на 10 – 30 % більшою ніж для титанової деталі через значний вплив магнітних властивостей деталі при її взаємодії з формоутвореннями МАІ. Встановлено, що співвідношення питомого опору, що має місце між деталями різної формами і МАІ (відносно площі безпосередньо оброблюваної поверхні) може бути описане коефіцієнтом форми деталі. Де найбільший коефіцієнт відповідає деталі з квадратним перерізом, а найменший – у вигляді циліндру. Визначено, що при обробленні феромагнітних деталей великого розміру (16 мм) присутнє явище розширення мертвої зони з МАП, яка формується на магнітних наконечниках, що суттєво (від 20 до 70 %) підвищує силу опору. Явище зумовлене магнітною взаємодією між деталлю та МАІ при безпосередній близькості полюсних наконечників до поверхонь деталі. Запропоновано схему взаємодії МАІ з феро- та парамагнітними деталями, що враховує напрямок переміщення МАП в робочій зоні зумовлений силами магнітного притягнення. Підтверджено, що при обробленні тонких деталей типу лопатки ГТД на великих швидкостях оброблення 3 – 3,5 м/с виникає явище розриву веретеноподібного утворення МАІ, що супроводжується різким (до 25%) зниженням сили опору (це явище є характерним тільки для відносно тонких деталей та відносно крупного порошку). Розглянуто явище періодичних коливань сили опору та вплив технологічних параметрів на величину цих коливань. Визначено, що періодичні коливання залежать від швидкості оброблення, тобто збільшенні швидкості оброблення з 1 до 3,5 м/с відбувається зменшення коливань з 40% до 15% відносно середнього значення сили опору. Визначено, що наближення оброблюваних поверхонь феромагнітних деталей до робочих поверхонь полюсних наконечників не тільки підвищує величину сили опору на 20 – 70 %, але й інтенсифікує процес різання на 20 – 30%. Це відбувається через взаємодію оброблюваних поверхонь деталі з ущільненими формуваннями МАІ (такі як «мертва» зона та конусоподібні формоутворення). З огляду на це було запропоновано враховувати наявність ущільнених зон МАІ при розробці технологічних процесів МАО. Робота дозволила вперше дослідити вплив реологічних властивостей МАІ в умовах великого магнітного зазору на процеси силової взаємодії, що відбуваються між МАІ і реальною деталлю при МАО з урахуванням характеристик оброблюваної деталі та магнітно-абразивних порошків. В ході роботи було експериментально підтверджено теоретичні припущення, щодо впливу характеристик МАІ та технологічних факторів на силову взаємодію деталі з МАІ при МАО у великих магнітних зазорах. Визначено зв'язок сил, що виникають між оброблюваною деталлю та МАІ та процесами видалення матеріалу при МАО. Результати роботи дозволили уточнити механізм формування МАІ і особливості його взаємодії з поверхнями деталей складної форми в умовах великих магнітних зазорів кільцевого типу, що зробило можливим розширення можливостей методу МАО і підвищення його ефективності і продуктивності.Документ Відкритий доступ Дискові обкатні фрези для обробки відрізних пил з нерівномірним кроком(2019) Парненко, Валерія Сергіївна; Равська, Наталія СергіївнаДокумент Відкритий доступ Комп’ютерно-інтегрована система забезпечення формоутворення зубчастих коліс(2018) Воронцов, Борис Сергійович; Пасічник, Віталій АнатолійовичДокумент Відкритий доступ Підвищення якості отворів при свердлінні тонкостінних виробів з ортотропних вуглепластиків(2016) Милокост, Ірина Олександрівна; Глоба, Олександр Васильович; інтегрованих технологій машинобудування; Механіко-машинобудівний інститут; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"