BỘ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ VÀ MÔI TRƯỜNG VIÊN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ LASER ~~ BAO CAO TONG KET NGHIEM THU DE TAI CAP BO - Tén dé tai: _ “© Ché tao va thy nghiém cac cau kién chan gia va dung cu chinh hinh bang composite soi hop ” Mã số: Ị 01-98 CB/VCN Chi nhiém dé tai: Hoc ham, hoc vi: Thời gian thực hiện: PHAN VAN AN TS KHKT từ 1/2000 đến 12/2001 HÀ NỘI 12-2001 A NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH Họ tên Bùi Cơng Khê Học hàm, học vị, chuyên môn KS Công nghệ vật liệu 2:Phan Văn An „3, Phạm Kim Chi _*' Trần Hùng Thuận “ Tưởng Thị Nguyệt Ánh ` — Đỗ Việt Hưng TS KHKT Cơ quan TTCN Laser - KSHoá - KSHoá - - KSHoá - KS Cơ khí Nguyễn Viết Thắng KS Hố Đặng Việt Hưng KS Hoa - - - 9, Nguyén dang Minh KS Vién Chinh hinh & PHCN - 10 Nguyễn Quang Long GS Bệnh viénChg Ray N mà MỤC LỤC Giới thiệu Mục tiêu đề tài ˆ Nội dung nghiên cứu Kết đạt 4.1 Kết khoa học công nghệ 4.2 Kết ứng dụng _4.3 Triển vọng Kết luận kiến nghị NHŨNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH Ho tên * , - Bùi Cơng Khê «2 Phan Văn An “2; Phạm Kim Chi ` 4: Trần Hùng Thuận Học hàm, học vị, chuyên môn KS Công nghệ vật liệu TS KHKT KS Hoá _ ˆ-# Tưởng Thị Nguyệt Ánh ` "6, Đễ Việt Hưng Nguyễn Viết Thắng KS Hoá TTCN Laser - - KSHoá KSHoá KSCokhi Cơ quan _ - - Đặng Việt Hưng KS Ho4 Nguyễn đăng Minh KS Vién Chinh hinh & PHCN “1Ô: Nguyễn Quang Long GS Bệnh việnChợ Rẫy _ 1.GIỚI THIỆU: Chiến tranh qua đi, hậu lại- hậu nặng nể mà dân tộc ta phải giải để phần bù đấp mát khơng so sánh mà bao hệ cha , anh phải gánh chịu độc lập tự dân tộc, bình n ngày hơm Khoảng triệu người tàn tật tồn quốc, đó: e Số người cụt chi chiến tranh, tai nạn bệnh tật Việt nam khoảng 200.000 người, 60% cụt chân «` SỐ lượng người tàn tật cần loại đụng cụ chỉnh hình HNEƯỜI, ` Với trạng Bộ lao động- Thương binh - Xã hội - xuất dụng cụ chỉnh hình hàng năm loại dụng cụ chỉnh ne ‘san 3xuất không dap ứng đủ nhu cầu sử dụng -, Ví dụ: Năm 1998, tổng số dụng cụ chỉnh hình sản xuất được: 18.721 - _ Số chân giả gối: 3082 - _ Số chân giả gối: 8635 -_ - SỐ tay giả: Sốnepchỉinhhình: khoảng 1.200.000 có nhiều sở sản hình liên tục 1814 926 Đặc điểm việc sản xuất dụng cụ chỉnh hình Việt nam là: - _ Sản xuất nguyên liệu rẻ tiền, chất lượng chưa cao: PP, gỗ (hình 1,2) - ˆ -_ Tuy giá thành thấp độ bền, độ ổn định thấp, thời gian làm việc dụng cụ chỉnh hình ngắn 1-3 năm Cơng nghệ sản xuất thủ cơng đ) b) Hình! :a Chân giả Polipropilen(PP) ( TT chỉnh hình TP HCM) b ống chân giả nhôm nhập ngoại gỗ (TT chỉnh hình Bavì-Hà nội) HẸP ATEN DIEU CHIN BAR TAY SINH HOAT (APRL hong) (Component for #ociion spkini) C6 Gaze) SAN CHAN TRUC (ingle axis food & KHUỶU TAY Co Gre) 23 (Prosthalic elbow ~ joini) HEP ATEN THUONG @race components) Cỡ Gue) 23 Ca Size} A B c ỐNG RỐ - DẦU BI THƯỜNG (Single axis knee shin component - wood) BAN CHAN EB-1 8-1 foot) REP MORE (Caliper brace) 16-18 Cô (Sze) | 20-22 C& Size} | Inch Inch Inch Inch 12 Inch ONG G6 - BAU Gf) CO KHOA (Single axis knee shin component with lock - wood) HEP CHAN DƯỚI (Knee joint for 8K prosthesis) NEP BAN E (Ankle joint for brace) Cé Gize) B le ` Hình 2: Một số cấu kiện chân tay gỉ ava dung cụ chỉnh hình SX nước(TT Chỉnh hình Bavì Hà nội) BAN CHAN Ngồi tổ chức nhân đạo giới hàng năm thường xuyên cung cấp - số cấu kiện chỉnh hình cao cấp, giá thành đắt Vật liệu Composite sợi cacbon loại vật liệu cao cấp, độ bền cao, nhẹ trọng lượng, năm gần ứng dụng ngành mũi nhọn như: hàng không, vũ trụ vật liệu phát triển, ứng dụng cho ngành ' chấn thương chỉnh hình phục hồi chức Các sở sản xuất dụng cụ chỉnh hình nước phát triển Mỹ, Anh, Pháp, Nhật, Đức sử đụng chủ yếu _ loại vật liệu làm dụng cụ chỉnh hình Với đặc điểm nhẹ, bền tính chất - độc đáo khác nên hệ dụng cụ chỉnh hình thuận tiện cho người tàn tật cài vận động lao động Nhiều loại chân tay giá “linh hoạt” (flexible) cho phép - người tàn tật lại, chạy nhảy đễ dàng dùng cho thi đấu thể thao :., người tàn tật Thương bệnh binh chiến, người tàn tật tai nạn Tủi rọ, người bệnh mát chân tay trang bị ngày nhiều " “ loại chân tay giả cao cấp, dụng cu chỉnh hình tiện ích cho việc phục hồi sức khoẻ, khả lao động để tìm lại hạnh phúc cho thân có ích cho xã hội Một số chủng loại ta thấy hình Brought to you by the makers of the Alpha® Liner Hình Các loại ống bàn chân cácbon thịnh hành @ 1" GCATS #: GOLSG7S) PAGE NOL * , er « « - Ft ot oEE ui ; - 24053 É TEENNDLOGY CIRCLE - TỐ Sport eet * ¬ woot CỐ Pa we ltin responte te * your “inquiry “ —L1/28/1888_ mting : Đoàn TEMPE, a2 88284 ‡ " -ATTM: GBORGE FRONSKE-” _ re The following tmeresien epee eta _ woe UNITED STATES DEPARTMENT OF COMMERCE BUREAU OF EXPORT ADMINISTRATION WASHINGTON, D.C 20230 ies) | th Op EXPORT ‘OF A TECHNICAL Data PACRAGE ‘CONSISTING OF PATENT AND OPEN SOURCE | PARORMaTION TO VIETWAm FOR {toupee - Emmptigne Guantieacton “ae ber `, ‘eve Perea eph ý wey ie i: Ls , |° Hownsing infarmation tor: Gaumtry- - curt tory ` (am $er contre1} : us dei tar * Vai Lite p » * OSE Dv MARGPACTURING AKTIYTCTAE LIHEB,: (DATA PACKAGE SENT TO Bi TEER UNDER SEFARATZ COVER) , , : i | : COMMENTS FROM LICENSENG OFFICER: TIEN #d- \ Dv BY ` es See ‘ : | - xen the other sige a Ge For ĐhịpRZnte tạ thị Stew otberwiae alg lout NI davetrao Orsi TAgs, oi c* \s+~~ CU SY tỊ ‘ ViMie pequire a tiene ter thet abaya ita a Breas of Deport icninintestion, re or WER (he Viner Paguirwd) xong em PC regiire apd Used (n the )icetem tạp FOK INFORMATION CONCEANTIG THIS CLASSIFICATION CONTACT "¬ - TANYA MOTTLEY DIVISION ao ~ ROBERT TEER PHONE #: (202) 482-4749 DIRECTON BAa/STC/NS Hinh Gidy phép chuyén giao công nghệ Bộ thương mại Mỹ cho Nacentech chế tạo chân tay giả Thời gian qua, Viện nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ Bộ thương mại Mỹ cấp giấy phép chuyển giao số “know-how” công nghệ làm chân tay giả hãng Cytec-Fiberite (hình 4), hợp tác với tổ chức chỉnh hình ngoại tuyến Mỹ sản xuất, thử nghiệm, phát triển dụng chỉnh hình cao cấp sở sợi Composite cacbon loại sợi khác cho thị trường Việt nam Đề tài phần : đối ứng để thực thi dự án đó, nhằm cung cấp cho Việt nam số - công nghệ cao cấp cho sản xuất chân tay giả dụng chỉnh hình ‘ Từ 1999, nhóm làm viéc (Development team) (hinh 5) gém chuyên gia vật liệu (Viện NCUD Công nghệ-Bộ KHCN&MT), nhà chỉnh hình thử nghiệm (Viện Chỉnh hình phục hồi chức năng- Bộ LÐ TB & Xã hội) hình _ thành Một số hội thảo Việt-Mỹ chế tạo ứng dụng chân tay giả, dụng cụ chỉnh hình vật liệu Composite cao cấp tiến hành Đề án phát triển sản phẩm _ lâu đài sọan thảo Dự kiến vịng 2-5 năm hoạt động nhóm -_ làm việc triển khai, công nghệ chế tạo số cấu kiện chân tay - giả, dung cụ chỉnh hình chuyển giao cho trung tâm chỉnh hình a nước để thay công nghệ lạc hậu sở bán thành phẩm gỗ „Trong trình phát triển sản phẩm, nhóm làm việc hổ trợ tích cực : - „Viện chỉnh hình phục hồi chức năng, Tổ chức chỉnh hình ngoại tuyến Mỹ No thiết kế thử nghiệm Người tha tật a CHÍNH PHỦ VIỆT NAM ‘Thuong binh Been #Kứnh phí Phân phối nội địa *Xuất ®Phân phối trong, nước + Phân phối nội địa Hình 5: Nhóm làm việc phát triển sản phẩm chỉnh hình phục hồi chức năngkết nối Bộ Ngoài ra, từ năm 2000, Dự án MedTech phủ Bỉ tỏ thiện chí hợp tác hỗ trợ chương trình phát triển chân tay giả sở vật liệu Composite Việt nam Chương trình năm 2002: Dự án hỗ trợ đào tạo chuyên gia thiết kế CAD-CAM khớp chân giả, bàn chân “linh hoạt” chế tạo sản phẩm phục vụ Paragame người tần tật Tháng 8-2002 Hà nội, Viện NCUD Công nghệ tổ chức hội thảo quốc tế vấn dé Đây bước khởi đầu thuận lợi đề tài nội dung bước phát triển công nghệ cho ngành chỉnh hình, phục hồi chức cho người tần tật 10 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI: ~ _ Tiếp nhận công nghệ chế tạo từ hãng Cytec - _ Chế tạo thử nghiệm ống chân tay giả chịu lực vật liệu Composite — từ hỗn hợp sợi cacbon số loại sợi khác Chế tạo thử nghiệm nẹp chỉnh hình Ilizarov - _ Đưa vào ứng dụng thực tiễn 3, NOI DUNG NGHIEN CUU: "3.1 Khảo sát số phận chân tay giả tương tự POF-Mỹ Xác định kết ¬ cấu chúng ` 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Hoàn chỉnh thiết bị công nghệ: dệt, kết cấu đan ống Nghiên cứu ứng dụng công nghệ chế tạo ống, khớp nối Thiết kế sản phẩm, chế tạo khuôn Đánh giá vật liệu sản phẩm Ứng dụng chỉnh hình phục hồi chức 4, KET QUA - 4.1 Khảo sát cấu kiện bán thành phẩm sản xuất nước: * Ong chén chiu luc: Có cấu kiện quan trọng chân gia cd thé 4p dung Composite soi hợp: ống chân chịu lực, khớp chuyển động, bàn chân phản lực đầu nối Nhiệm vụ chế tạo ống chịu lực, thử nghiệm độ bền vật liệu cho cấu kiện thử nghiệm động sản phẩm ống chân Hiện nước sử dụng nguồn công nghệ từ nước khác thiết kế chân phụ thuộc vào nguồn Chúng tơi định hướng phát triển cấu kiện cao cấp dựa thiết kế tương đối phổ biến POF Dự án VIETCOT Ở trung tâm chỉnh hình phục hồi chức tỉnh phía Bắc, nhiều cấu kiện cho chân giả hoàn chỉnh sản xuất từ vật liệu gỗ, PP: e_ Nhờ trợ giúp POF, ban chan BK dang sản xuất sử dung lâm sàng (hình 2) e _ Ống chân chịu lực phần sản xuất từ gỗ, chất lượng thấp Một số lớn từ trước đến tổ chức chỉnh hình quốc tế nhập ngoại cung cấp chủ yếu loại ống chân hợp kim nhôm (hợp kim chế tạo VN đất nhập ngoại) (hình 1) Khớp nối: gần 100% nhập ngoại Socket có xưởng chế tạo e _ Các khớp nối cấu kiện sản xuất trung tâm chỉnh hình hợp kim nhôm 11 e Ban chân nhẹ với độ cao: nước chưa nơi làm - Để cấu kiện làm sử dụng thay hàng nhập ngoại, _` thiết kế ống chân chịu lực Cormposite với kích thước phù hợp, kết nối với cấu kiện khác (như bàn chân BK, đầu nối nhôm) sản xuất nước : - _ Yêu cầu kĩ thuật với ống chan Composite chiu luc: + Độ bền cao, nhẹ + Độ bên va đập, độ bên mỏi cao + Khớp nối với cấu kiện khác sẵn xuất nước (bàn chân, ổ khớp +: - Yêu cầu kĩ thuật độ bền mỏi tổ chức chỉnh hình ngoại tuyến Mỹ đặt ra.Tải 150- -200kg: triệu chu kỳ (gấp lần tải trọng thể người) mà cấu kiện ols khong bi gay vs Sau.khi phân tích, đánh giá cấu kiện ống chân nhập ngoại chúng tơi thiết kế m hình đáng ống chân hình 6a, 6b Hình Các loại ống chân Composite sợi cácbon * Hệ nẹp chỉnh hinh Ilizarov: Hệ nẹp Iizarov hệ nẹp chỉnh hình dùng phổ biến điều trị kéo đài xương Trước nẹp chế tạo từ hợp kim nhôm, thép không gỉ, năm gần người ta sử dụng Composite sợi cácbon để chế tạo hệ nẹp Vật liệu Composite sợi cácbon sử dụng cho mục đích ngồi độ bền cao nhẹ, cịn vật liệu khơng cần quang, dùng hệ nẹp người ta chụp Xquang để kiểm tra trình phát triển xương cách dễ đàng Nghiên cứu mẫu hệ nẹp nước sở nghiên cứu thị hiếu nhà phẫu thuật nước, tính vật liệu có chúng tơi thiết kế chế tạo kiểu nẹp sau: Hệ nẹp cho chỉnh hình xương đùi - _ Đường kính vịng nẹp: 180mm 210mm - _ Độ dày vòng nẹp: 7mm - S616: 48 Hé nep cho chinh hinh xuong tay: - _ Đường kính vịng nẹp: 150mm 12 - an “cớ Độ dày vòng nẹp: 7mm '= $616: 12 Hệ nẹp nửa vịng: '- Đường kính: 230 mm - Dé day: mm _ Implants dùng cố định xương loại implants titan nhập ngoại (đường kính 2mm va 6mm) Hình số loại nẹp kéo đài xương thiết kế chế thử - phịng thí nghiệm ¬- 15 thử nghiệm bệnh nhân bệnh viện 108, Cho Ray Khi dùng nẹp dạng 7a, xương cố dinh bang implant titan đường kính mm, dùng nẹp dạng 7b, xương cố định đỉnh titan `»: đường kính mm Hình Các hệ nẹp kéo dài xương 4.2 Cơng nghệ 4.2.1.Vật liệu: 'u cầu sản phẩm: e©_ Bền uốn, nén, chịu va đập e Nhe e Cầng rẻ tốt * Chọn vật liệu: Vật liêu gia cường: Composite gia cường tổ hợp sợi bon, sợi aramid, sợi bazan thuỷ tinh Đặc tính chúng ghi bảng 13 Bảng ï: Đặc tính kĩ thuật loại soi gia cường Sợi cac bon* | Soi aramid |’ Soi bazan | -— " ‘Tinh nang Tưong lượng riêng Soi thuy tinh 1.69 1.44 : Độ bên đặc trưng(GPa) + 1.77 1.8 _ | Dệt ống/góc sợi Thiết kế sản phẩm ——>' a Chế tạo vét xi (Biadder) ' Kết cấu gia cường | ép áp lực nóng Ỷ Sản phẩm 4.2.2 Kết cấu sợi: Để chế tạo cấu kiện chân giả trước hết cần phải có kết cấu vật liệu Qua nghiên cứu cấu kiện chân giả nước số mẫu kết cấu loại sợi lựa chọn số dạng kết cấu vật liệu dùng chế tạo cấu kiện chân giả đạt yêu cầu tối ưu chất lượng và.(Hình 8): 14 (c) (a), ~«- Filling (Weft) Warp Interlaced a b Hình a Kết cấu vải b sợi dệt ống gia cường Sợi gia cường ống Composite kết cấu hình 8b Góc đan sợi xác định tương đối theo độ bền xoắn độ bền uốn Composite Góc tối ưu chọn khoảng 45° Hình máy đan ống sợi dệt theo chiều chế tạo để phục vụ dé tài Máy có 48 cọc sợi đảm bảo chế tạo ống đường kính tử 10-40 mm tuỳ theo số cọc sợi sử dụng 15 Hình 9: Máy dệt ống dùng làm cấu kiện Composite -_ -_ Kết cấu sợi tổng hợp: cacbon - bazan hay kevlar sợi thuỷ tỉnh Xếp xen kẽ, đảm bảo đồng tính cho sản phẩm (Hình 10) Hình 10 Kết cấu sợi xen kế ống chân Composite 4.2.3 Xử lý bề mặt sợi Bề mặt sợi xử lý hoá học theo “know - how” cuia hãng Cytec — fiberite 16 BC “|* th | OSX : Ky weep Naty aed Khuôn Bản ống compecriie ve Wien + khu tđYẦU ` 17 4.2.4 TỷIés , , “8 : 89t ỢI + Hình 10 Thiết kế khn ống - nhựa : 60 40 Panh caves ~ N yo mo, 4.2.5: Khuôn ép: ».-`" Khuôn ép ống, khuôn sản phẩm: cấu kiện châ n đưới thiết kế chế tạo máy CNC Hình 11 Khn ép sản phẩm chân giả Composite sợi cacbon 4.2.6 Céng nghé Composite a Sơ đồ công nghệ chế tạo ống chân : PYLON TU8E 2¿AOLDING * Ép áp lực nhiệt độ cao: 240°C, thời gian 30 phút, làm nguội nhanh 18 :.* Kết cấu sợi gia cường: lớp sợi cácbon + lớp sợi bazan Sợi bazan chọn , - thay sợi thuỷ tỉnh độ hút ẩm sợi bazan thấp, thích hợp cho sản phẩm ` ống chân làm việc môi trường nhiệt đới, miền biển nóng ẩm b Vịng nẹp Composite IHizarov chế tạo theo phương pháp ép nóng hổn hợp ` nhựa-sợi ngắn- sợi liên tục (dệt chiều chiều) nhiệt độ cao Phương pháp , sử dụng để chế tạo khớp nối `_ Các vịng nẹp hợp kim nhơm anốt hố phương pháp plasma - dụng địch _ Sau chế tạo, loại vòng nẹp thử nghiệm phịng thí nghiệm -.„:gan đưa vào thử nghiệm lâm sang - 4,3 Đo thử nghiệm _-4.3.1 Thiết bị ảo: e e e May tinh chat co ly van nang INTRON 5569 (50 KN) May d6 bền động vật liệu May dac trung tinh, dong ống chan giả 4.3.2 Phương pháp do: ` Hình 11 Thiết bị ảo đặc trưng tĩnh ống chân Composite ống nhơm nhập ngoại 19 Hình 12 Thiết bị ảo độ bên động ống chân C omposite ( Thiết bị Trung tâm chỉnh hình - Viện khoa học chỉnh hình phục chúc năng) - 4.3.3 Kết áo tính chất vật liệu sẵn phẩm Bảng Các đặc trưng Composite sợi cacbon (dùng làm vòng nẹp 1]izarov) Phương pháp thử Thử kéo Thu nén _ Thử uốn Đặc trưng Dệt chiều Dệt đa chiều Do bén (Ksi) 180 +10 80 +5 Modul (Msi) 15 +0,6 7,5 +0,2 D6 bén (Ksi) 85 £2,5 48 + 5,0 Modul (Msi) 13+ 0,4 7,4+0,2 D6 bén (Ksi) 125 +1,0 76 + 3,2 Modul (Msi) 13 £0,5 6,0 + 0,15 - 20 _; Bảng Kết đo độ bền tính ống chan Composite ` Độ biến dạng (zzn) TT Mẫu thử tà |2 lép soi Cy, + lép f [TSP S08 hwy Cyga + 16p bazan /° 2°12 - lớp 40 60 psi |psi l6 soi ®Ð®⁄' sợi Cựy + lớp sợi fo} x EP SOR Remy ws | -bazan FOP |1 1ép soi Cy, + lép OP SOK bazan SMD soi 31; 80 100 |120 | psi |psi la 22 |2,7 |3 3,5 |4,2 |2s la 33 136 l4 |44 27 |34 136 |42 |46 | 4,2 | psi |150 |180 | psi | psi - Bảng Kết đo độ bền động ống chân Composite TT Mẫu thử | 16p sqi Cy, + lớp sợi Cqạạ+2 | Lực } Chiều | Tốc Số tác cao độ | vòng dụng | thử | thử | thử (kg) | (mm) | (vif) | (vong) 255 85 | TY Tra Kết luận Lực thử 255kg, gấp lần 2550 | trọng lượng thể người, thử lớp bazan thời gian 30 phút, đạt kết tốt | lớp sợi Cựụ¿ + “psu lớp sợi bazan | lớp sợi Cự; +Š 3S! kg lớp sợi bazan 255 85 | 2550]; 255 | 85 | 2550 Trên sở kết đo đạc kết luận: Thử thời „ gian 30 kết tốt Thử thời kết tốt gian 30 P mes phút, đạt phút, đạt Composite sợi cacbon - bazan /PA hồn tồn sử dụng làm cấu kiện chịu lực đụng cụ chỉnh hình 21 ... phải có kết cấu vật liệu Qua nghiên cứu cấu kiện chân giả nước số mẫu kết cấu loại sợi lựa chọn số dạng kết cấu vật liệu dùng chế tạo cấu kiện chân giả đạt yêu cầu tối ưu chất lượng và. (Hình 8):... nhà chỉnh hình thử nghiệm (Viện Chỉnh hình phục hồi chức năng- Bộ LÐ TB & Xã hội) hình _ thành Một số hội thảo Việt-Mỹ chế tạo ứng dụng chân tay giả, dụng cụ chỉnh hình vật liệu Composite cao cấp. .. kế kết cấu Vat liêu | ———> | Dệt ống/góc sợi Thiết kế sản phẩm ——>'' a Chế tạo vét xi (Biadder) '' Kết cấu gia cường | ép áp lực nóng Ỷ Sản phẩm 4.2.2 Kết cấu sợi: Để chế tạo cấu kiện chân giả