Ứng dụng công nghệ CAD CAM CNC vào sản xuất chân tay giả

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sỹ khoa học Ngành: Công nghệ khí 0B ứng dụng công nghệ CAD/cam - cnc vào sản xuất chân tay giả Nguyễn Duy chiến Hà nội - 2006 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sü khoa häc øng dơng c«ng nghƯ CAD/cam - cnc vào sản xuất chân tay giả Ngành: Công nghệ khÝ 1B Ngun Duy chiÕn Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: PGS TS Trần Xuân Việt Hà nội - 2006 Luận văn thạc sỹ khoa học ứng dụng công nghệ CAD/cam - cnc vào sản xuất chân tay giả Ngành: Công nghệ khí 2B Mà số: Nguyễn Duy chiến Hà nội - 2006 B Mục lục Mở đầu 8B Chương Tổng quan chân tay giả 1.1 Tình hình sản xuất chân tay giả Việt Nam 9B Trang 5B 1.1.1 T×nh h×nh hiƯn ……………………………… 0B 1.1.2 Hướng phát triển ngành sản xuất dụng cụ 1B chỉnh hình 1.2 Đặc tính kỹ thuật chân giả 6B 1.2.1 Đặc tính chung chân giả 2B 1.2.2 Những đặc tính Socket 3B Chương ứng dụng CAD/CAM CNC vào 12 14 sản xuất Socket Tình hình ứng dụng CAD/CAM CNC vào sản 14 1.3 Phương pháp chế tạo Socket truyền thống 1.4 Phương pháp chế tạo Socket øng dơng CAD/CAM 7B 10B xt 2.1.1.Tỉng quan vỊ CAD/CAM CNC 2.1.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng công nghệ CAD/CAM CNC 2 ứng dụng phần mềm ShapeMaker44 vào sản xuất Socket 2.2.1 Giới thiệu phần mềm ShapeMaker44 4B 2.2.2 Cơ sở ứng dụng phần mềm ShapeMaker44 20 21 21 2.2.2.1 Đặc điểm Socket chân giả 13B 2.2.2.2 Nghiên cứu phần mềm ShapeMaker44 14B Chương Trình tự Thiết kế chế tạo 1B socket phần mềm ShapeMaker44 65 3.1 Chuẩn bị mẫu 65 3.1.1 Chuẩn bị mẫu cốt âm 3.1.2 Quét biên dạng máy quét 3.2 Thiết kế mẫu 66 3.2.1 Đánh dấu điểm mốc 3.2.2 Đưa mô hình vµo mÉu thiÕt kÕ 3.2.3 HiƯu chØnh mÉu 3.2.4 Dãng dựng chân giả 3.3 Thiết lập chế độ gia công gia công mẫu cốt dương 72 3.3.1 Thiết lập chế độ gia công 3.3.2 Gia công mẫu cốt dương Chương Kết luận kiến nghị 4.1 Kết luận 12B 4.2 Kiến nghị Tài liệu tham khảo 76 76 76 78 Tài liệu tham khảo TS Vũ Hoài Ân Công nghệ CAD/CAM CNC gia công cắt gọt kim loại TS Trần Vĩnh Hưng MasterCAM 9.1 - Nhà xuất khoa học kü thuËt 2006 SoftWare ShapeMaker 44 Seattle ShapeMaker Help Sách hướng dẫn quản lý cung cấp chân giả - Những thông tin chân giả cho nhóm PHCN- Trung tâm Đào tạo Kỹ thuật viên chỉnh hình Việt Nam Bộ lao động Thương hinh xà hội - Báo cáo nghiên cứu khả thi đầu tư cải tạo nâng cấp trung tâm kỹ thuật chỉnh hình Luận văn tốt nghiệp môn công nghệ chế tạo Mở đầu Môi trường điều kiện sống người bao gồm yếu tố tự nhiên yếu tố vật chất nhân tạo, chóng quan hƯ mËt thiÕt víi nhau, ¶nh h­ëng trùc tiếp tới đời sống, tồn phát triển người Trong công đấu tranh giành độc lập xây dựng Chủ nghĩa xà hội nước ta sách xà hội thương binh người tàn tật (sau gọi chung người tàn tật) nhiệm vụ quan trọng Đảng Nhà nước quan tâm tới sách người tàn tật, tạo điều kiện để người tàn tật có điều kiện hoà nhập vào cộng đồng, làm giảm nhẹ nỗi bất hạnh cho số lượng lớn người tàn tật để họ tạo lập sống gia đình Số lượng người tàn tật nước ta lớn, theo báo cáo điều tra năm gần đây, ước tính Việt Nam có khoảng triệu người tàn tật, chiếm khoảng 6,8 % dân số Trong người tàn tật có nhu cầu dụng cụ chỉnh hình chiếm khoảng 68 % tổng số người tàn tật, số người tàn tật vận động (cụt chân, tay) chiếm 40 %; độ tuổi lao động, học tập chiếm khoảng 62 % Từ năm 70, Nhà nước đà đầu tư xây dựng hệ thống ngành chỉnh hình phục hồi chức cho người tàn tật Nhu cầu sử dụng nhiều hàng năm sản xuất, lắp ráp khoảng cung cấp 4000 đến 5000 dụng cụ chỉnh hình cho người tàn tật Theo số liệu thống kê thời gian từ năm 1992 đến năm 1997 hành năm có tới 15 000 đến 20 000 dụng cụ chỉnh hình lắp ráp cung cấp cho xà hội nước ta đời sống người dân ngày nâng cao, người tàn tật ngày có nhu cầu trợ giúp vận động dụng cụ chỉnh hình có chất lương cao, mẫu mà đẹp, đáp ứng nhu cầu người tàn tật Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp môn công nghệ chế tạo Trước việc chế tạo dụng cụ chỉnh hình nói chung chân tay giả nói riêng dựa hoàn toàn thủ công: đẽo, gọt, đúcnhư nạng chống, chân gỗVì sản phẩm không đáp ứng mong muốn người tàn tật: không thuận tiện sinh hoạt, lao động; độ bền không cao, nặng, không đẹp Hiện khoa học kỹ thuật nói chung công nghệ CAD/CAM CNC nói riêng đà thâm nhập vào lĩnh vực đời sống người Một số đơn vị sản xuất dụng cụ chỉnh hình đà ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC vào việc chế tạo chân tay giả Bước đầu đà phần đạt mong đợi người tàn tật Xuất phát từ đòi hỏi thực tế dụng cụ chỉnh hình, tiến hành nghiên cứu đề tài: ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC vào sản xuất chân tay giả với mục tiêu: - Sản xuất bán thành phẩm chân tay giả cho người tàn tật có độ xác cao - Sản suất thời gian ngắn với số lượng lớn - Có hình dáng mẫu mà đẹp Chân tay giả cấu tạo nhiều bán thành phẩm khác như: Socket, khớp gối, bàn chân, phạm vi đề tài tập trung nghiên cứu bán thành phẩm mang tính định tới chất lượng chân tay giả là: Socket Đề tài sở để sở sản xuất chân tay giả tham khảo, ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC vào sản xuất dụng cụ chỉnh hình tiền đề cho việc ứng dụng vào sản xuất bán thành phẩm khác Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp môn công nghệ chế tạo Chương Tổng quan chân tay giả 1.1 Tình hình sản xuất chân tay giả ViƯt Nam 1.1.1 T×nh h×nh hiƯn Trong st thêi gian dài, bán thành phẩm dụng cụ chỉnh hình nước ta thiết kế sản xuất, chế tạo công nghệ thiết bị từ năm 1970, thiết đà lạc hậu Nguyên vật liệu dùng chủ yếu gỗ nhựa lỏng, cao su tự nhiên, vải bố Trong năm gần nước ta đà có nhiều sở sản xuất bán thành phẩm dụng cụ chỉnh hình, số lượng nhiều hơn, kiểu cách chủng loại đa dạng hơn, mẫu mà đẹp Tuy nhiên công nghệ gia công hạn chế chưa đáp ứng nhu cầu người tàn tật 1.1.2 Hướng phát triển ngành sản xuất dụng cụ chỉnh hình Dân số nước ta khoảng 80 triệu người, tỷ lệ người tàn tật khoảng 6,5 ữ % dân số, tương đương khoảng ữ triệu người Tỷ lệ người tàn tật vận động (thiếu chân tay) cần dụng cụ chỉnh hình xấp xỉ 0,8 % dân số, tương đương khoảng 700 000 người Ngoài nước Đông Nam á: Lào, Campuchia nước đông dân, chịu hậu chiến tranh lâu dài, nhu cầu cần dụng cụ chỉnh hình lớn Trên giới tỷ lệ người tàn tật vận động có nhu cầu cần dụng cụ chỉnh hình vào khoảng 0,5 % dân số giới Các số liệu cho thấy nhu cầu cần dụng cụ chỉnh hình lớn, cần tập trung vào vấn đề sau: Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp môn công nghệ chế tạo - Tập trung đầu tư nâng cấp trung tâm kỹ thuật chỉnh hình, nâng cấp công suất chất lượng sản phẩm Đồng thời trang bị công nghệ đại cho trung tâm kỹ thuật chỉnh hình, áp dụng công nghệ sản xuất vào sản xuất chân tay giả, nghiên cứu sử dụng vật liệu phù hợp để sản xuất bán thành phẩm dụng cụ chỉnh hình đạt chất lượng cao: độ xác cao, linh hoạt, nhẹ, bền, đẹp - Bán thành phẩm dụng cụ chỉnh hình phải đăng ký theo tiêu chuẩn thống - Đẩy mạnh nghiên cứu, thiết kế chế tạo áp dụng công nghệ trang thiết bị tiên tiến, tạo sản phẩm nhằm dáp ứng nhu cầu lắp ráp, sử dụng dụng cụ chỉnh hình nước cho tầng lớp, đối tượng có điều kiện sinh hoạt kinh tế khác Tiến tới xuất bán thành phẩm dụng cụ chỉnh hình nước khu vực giới 1.2 Đặc tính kỹ thuật chân giả 1.2.1 Đặc tính chung chân giả Một chân lành tạo hoá cho người để thực chức sau: - Trợ giúp trọng lượng thể 50 % khung chậu phần thân - Chức vận động di chuyển - Một phần vòng kiểm soát Control loop để giữ thể thăng định vị ba chiều - Là phận để phản ánh lại tình trạng bề mặt mặt đất bề mặt - Là phận kiểm soát tự động hoàn thiện cao, tự điều chỉnh phù hợp với điều kiện xung quanh - Là phần hệ thống điều tiết nhiệt - Là phận cứu nguy tự phát lúc gặp nguy hiểm thân thể Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 63 môn công nghệ chế tạo ShapeMaker44 dịch bề mặt chiều sau yêu cầu người sử dụng chọn kiểu bề mặt đà quét Below-Knee: Chân gối Above-Knee: Chân gối Spinal: Nẹp xương sống Knee Brace: Nẹp chân Chọn xong nhấn OK, xuất hộp thoại Nếu hình dạng hình dạng chân trái phải chọn Left hay Right, bề mặt không đối xứng chọn None Digitizer Setup Cho phép bạn chọn chế độ máy quét hình mà bạn muốn sử dụng để cài đặt cho trình quét hình Digitizer Type: Chọn kiểu máy số hoá Points Per Slice: Số điểm lát cắt Cap End Automatically: Tự động tính cộng thêm vào mỏm cuối Baud Rate: Đơn vị báo tốc độ truyền máy số hoá Port: cổng trao đổi thông tin với máy số hoá Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 64 môn công nghệ chế tạo Carve Resolution Để thay đổi độ phân giải trình cắt Xuất hộp thoại cho phép bạn thay đổi bước tiến số điểm vòng để cài đặt cho chế độ cắt Points per Rev: số điểm(đoạn) vòng Pitch (mm): Bước tiến Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 65 môn công nghệ chế tạo Chương Trình tự Thiết kế chế tạo socket phần mềm ShapeMaker44 3.1 ChuÈn bÞ mÉu 3.1.1 ChuÈn bÞ mÉu cèt âm Dựa mỏm cụt bệnh nhân, phương pháp truyền thống ta tạo mẫu cốt âm cách bó bột mỏm cụt Sau tháo bột để lấy mẫu âm mỏm cụt 3.1.2 Quét biên dạng máy quét Mẫu cốt âm đưa lên máy quét hình Seattle ShapeMaker, Mở phần mềm ShapeMaker44 cách nháy đúp vào biểu tượng hình HardWare Menu > Digitize Ctrl - D để quét biên dạng Kết thúc trình quét ta hình dạng mẫu cốt âm (hình dạng bên mỏm cụt hình dạng bên Socket) Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 66 môn công nghệ chế tạo ShapeMaker yêu cầu đặt tên vào thư mục Patients thông tin như: tên bệnh nhân, chân trái hay phải, chân hay 3.2 Thiết kế mẫu 3.2.1 Đánh dấu điểm mốc - Landmark Đây điểm, đường mốc mà theo y học điểm khả chịu lực hay phải chịu lực trình bị đau đớn Vì điểm đánh dấu để làm mốc Vị trí điểm mốc thay đổi tuỳ thuộc vào Socket chân hay chân d­íi Tools Menu > Landmark > Apply Xt hiƯn hép thoại Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 67 môn công nghệ chế tạo Đối với Socket chân bao gồm điểm: MID- Patellar Tendon điểm gân xương bánh chè Đường Tibial Crest - đường sống dọc xương chày Điểm Tibial End - điểm cuối xương chày Đối với Socket chân bao gồm điểm: Trochanter: đốt chuyển Femoral End: Điểm cuối đùi Femoral Shaft: Điểm bẹn (háng) - điểm mốc hai điểm ISCHIUM: đốt háng Cách đánh dấu sau: Đối với điểm mốc điểm, kích vào tên điểm mốc để chọn điểm cần đánh mốc, chọn Apply, sau tích vào vị trí tương ứng mô hình Đối với điểm mốc hai điểm ta kích chuột vào điểm đầu giữ kéo tới điểm cuối Kết thúc chọn điểm Apply Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp môn công nghệ chế tạo 68 Vị trí điểm mốc chân gối Vị trí điểm mốc chân gối 3.2.2 Đưa mô hình vµo mÉu thiÕt kÕ Tools Menu >Templates > Apply XuÊt hộp thoại Đối với chân gối chọn mẫu AK-*.TPL Đối với chân gối chọn mẫu BK -*.TPL Chọn Open Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 69 môn công nghệ chế tạo Ta mẫu Socket chân giả, Nhìn hình ta thấy hình bên phải có hai biên dạng, biên dạng màu đỏ biên dạng màu xanh Trong biên dạng màu xanh biên dạng gốc mỏm cụt biên dạng màu đỏ biên dạng hiƯu chØnh Sau hiƯu chØnh xong, chun sang m¸y phay, biên dạng cắt biên dạng màu đỏ Nhiệm vụ tạo cho hai biên dạng gần giống (trùng nhau) Độ trùng phụ thuộc vào tuỳ bệnh nhân tuỳ thuộc vào vùng Ví dụ: vùng mỏm cụt khả chịu lực ta cho lồi biên dạng gốc (màu xanh) ngược lại Cách chØnh sưa nh­ sau: VÝ dơ ta mn vïng x­¬ng bánh chè lồi ra: - Trước tiên ta chọn (kích chuột) vào vùng - Tools Menu > Region> Magnitude Ctrl - M Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 70 môn công nghệ chế tạo Ta điều chỉnh độ lớn mũi tên lên xuống nhấn OK Quan sát biên dạng cửa sổ mặt cắt bên phải hình Cứ tương tự ta chỉnh sửa tất vùng cần thay ®ỉi vỊ ®é låi lâm(Magnitude), thu hĐp hay níi rộng vùng (ReShape), vẽ thêm vùng (SprayPaint), làm nhẵn bề mặt (Shave and Fill) Sao cho mô mong muốn Đây công việc quan trọng định đến độ vừa khít Socket Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 71 môn công nghệ chế tạo 3.2.4 Dóng dựng chân giả Đây ứng dụng cho phép bạn dóng dựng chân giả trước gia công Nhằm mục đích tạo tư chân giả cân chân thật độ dang, khép, độ co duỗi Nếu dóng dùng chn, ng­êi cơt chi kh«ng thÊy bÊt ỉn ë hướng trước, sau hay bên, phân bố trọng lượng lên hai chân Tools Menu > Alignment > Edit Xuất hộp thoại yêu cầu bạn nhập chiều dài chân (chú ý chiều dài tuỳ thuộc vào độ dài ngắn chân thật, cho tổng chiều dài chân thật tổng chiều dài chân giả) Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 72 môn công nghệ chế tạo hướng nhìn từ phía trước cho phép bạn thay đổi độ dang khép chân Trên hướng nhìn từ bên cạnh cho phép bạn thay đổi độ co duỗi chân Thay đổi cho độ co duỗi dang khép chân thật chân giả tương ®èi gièng 3.3 ThiÕt lËp chÕ ®é gia c«ng gia công mẫu cốt dương 3.3.1 Thiết lập chế ®é gia c«ng ThiÕt lËp chÕ ®é gia c«ng cho máy phay nhằm tạo mẫu cốt dương có độ xác cao phù hợp với bệnh nhân Đối với vật liệu làm cốt dương thạch cao, chế độ gia công chọn theo bảng HardWare Menu > Carve Resolution Points per Rev: số điểm(đoạn) vòng Pitch (mm): Bước tiến Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 73 môn công nghệ chế tạo 3.3.2 Gia công mẫu cốt dương Tools Menu > Alignment > Carve Xt hiƯn hép tho¹i Cã bốn chế độ công nghệ cho phép bạn chọn theo mức độ: thô, nhanh, tốt tốt ứng với chế độ độ phân giải cắt đà thiết lập Carve Resolution Nếu muốn lưu liệu cắt vào đĩa, tích vào Spool to Disk Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 74 môn công nghệ chế tạo Muốn cắt thô trước tích vào Rough Cut, cho phép bạn cắt thô bề mặt Sử dụng lựa chọn cần cắt rÃnh sâu, vật liệu cứng Trước tính toán đường chạy dao Shapemaker yêu cầu bạn nhập Rough-Cut dimension Ví dụ bạn nhập mm, sau Shapemaker cắt thô bề mặt Socket rộng mm tính theo bán kính Sau cắt thô hoàn thành bạn cắt tinh Nếu muốn chuyển sang máy gia công tinh ngay, lựa chọn hình trên, nhấn OK Xuất hộp thoại cho bạn xem đường dẫn dao Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 75 môn công nghệ chế tạo Nếu đường dẫn dao xuất thông báo, có nghĩa số điểm bề mặt bị cắt cụt chúng rộng nhỏ Trên đường dẫn dao xuất đường màu đỏ Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 76 môn công nghệ chế tạo Trong trường hợp cần giảm giá trị Axial Offset đến đường dẫn dao không xuất đường dẫn màu đỏ, đường màu đen Nhấn Carve để tiến hành chuyển liệu cắt gọt hoàn chỉnh sang máy Chương Kết luận kiến nghị 4.1 Kết luận Đề tài bước đầu góp phần vào việc tiếp cận việc ứng dụng công nghệ CAD/CAM vào sản xuất chân tay giả Với công nghệ CAD/CAM, cụ thể phần mềm ShapeMaker44 việc thiết kế Socket có thuận lợi sau: Cho phép chế tạo mẫu Socket cách xác nhanh chóng Cho phép lưu giữ mẫu Socket đặc điểm bệnh nhân Cho phép dóng dựng chân giả theo ý muốn Có khả chế tạo hàng loạt Socket theo cỡ khác 4.2 Kiến nghị nghiên cứu Chế tạo dụng cụ chỉnh hình lĩnh vực tương đối phức tạp, đòi hỏi phải có đầu tư đồng sở vật chất thiết bị người làm chủ thiết bị công nghệ Trong thời gian thực tập Trung tâm Đào tạo kỹ thuật viên chỉnh hình VIETCOT thấy: Việc áp dụng công nghệ CAD/CAM chế tạo chân tay giả Việt Nam gặp nhiều hạn chế trang thiết bị đội ngũ cán kỹ thuật Các đơn vị áp dụng công nghệ CAD/CAM vào sản xuất chân tay giả dự án nước tài trợ Vì việc tiếp cận làm chủ công nghệ gặp nhiều khó khăn Trường ĐHbk hà nội khoa khí .Luận văn tốt nghiệp 77 môn công nghệ chế tạo Trong trình thực đề tài tự nhận thấy trình độ, điều kiện tiếp cận thời gian có hạn nên đề tài số hạn chế Nếu điều kiện cho phép, vấn đề cần nghiên cứu là: - Tiếp tục nghiên cứu thiết kế chế tạo: nẹp xương sống, nẹp chân phần mềm ShapeMaker - Nghiên cứu ứng dụng công nghệ CAD/CAM CNC gia công khớp gối chân giả - Nghiªn cøu øng dơng mét sè vËt liƯu míi phï hợp với dụng cụ chỉnh hình - Nghiên cứu tính toán tiến tới tiêu chuẩn hoá số chi tiết chân giả, tạo điều kiện cho việc áp dụng công nghệ CAD/CAM- CNC vào sản suất chân giả - Các quan chức cần có chiến lược đầu tư lâu dài đồng hệ thống CAD/CAM ứng dụng vào sản xuất chân tay giả Trường ĐHbk hà nội khoa c¬ khÝ ... chất lượng chân tay giả là: Socket Đề tài sở để sở sản xuất chân tay giả tham khảo, ứng dụng công nghệ CAD/ CAM CNC vào sản xuất dụng cụ chỉnh hình tiền đề cho việc ứng dụng vào sản xuất bán thành... ứng dụng công nghệ CAD/ cam - cnc vào sản xuất chân tay giả Ngành: Công nghệ khí 2B M· sè: Ngun Duy chiÕn Hµ néi - 2006 B Mục lục Mở đầu 8B Chương Tổng quan chân tay giả 1.1 Tình hình sản xuất chân. .. từ đòi hỏi thực tế dụng cụ chỉnh hình, tiến hành nghiên cứu đề tài: ứng dụng công nghệ CAD/ CAM CNC vào sản xuất chân tay giả với mục tiêu: - Sản xuất bán thành phẩm chân tay giả cho người tàn