Nghiên cứu phương pháp thiết kế chi tiết 3d cấy ghép trên xương người sử dụng vật liệu peek sinh học

Vì vậy tôi quyết định chọn đề tài” Nghiên cứu phương pháp thiết kế chi tiết 3d cấy ghép trên xương người sử dụng vật liệu PEEK sinh học “để tìm hiểu thêm cũng như góp phần vào việc hoàn

1

-

NGUYỄN THÀNH QUYẾT

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHI TIẾT 3D CẤY GHÉP TRÊN

XƯƠNG NGƯỜI SỬ DỤNG VẬT LIỆU PEEK SINH HỌC

Chuyên ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

Mã số:17BKH- C ĐT 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN VĂN VINH

HÀ NỘI – Năm 2019

Nguyễn Thành Quyết 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những kết quả có trong Luận văn là do bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Vinh, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Hà nội, ngày tháng 6 năm 2019

Người thực hiện

Nguyễn Thành Quyết

Nguyễn Thành Quyết 3

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Văn

Vinh người thầy đã tận tình hướng dẫn, động viên khích lệ, dành nhiều thời gian, tâm sức trao đổi góp ý cùng tôi trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Thị Kim Cúc cùng các bạn sinh viên trong phòng lab 307 C45- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn

Cuối cùng, nhưng rất quan trọng là lòng biết ơn xin được gửi tới Gia Đình tôi, những người thân yêu nhất đã cùng chia sẻ, gánh vác công việc để tôi yên tâm hoàn thành luận văn

Tác giả

Nguyễn Thành Quyết

Nguyễn Thành Quyết 4

MỤC LỤC

TRANG PHỤ BÌA 1

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

ĐẶT VẤN ĐỀ 11

+ Mục tiêu nghiên cứu 13

+ Phương pháp nghiên cứu 13

+ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 13

+ Cấu trúc của luận văn 14

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẤY GHÉP XƯƠNG NGƯỜI SỬ DỤNG VẬT LIỆU PEEK SINH HỌC 15

1.1 Kết quả nghiên cứu về phương pháp cấy phép xương người sử dụng vật liệu PEEK sinh học trên thế giới và ở Việt Nam 15

1.1.1 Kết quả nghiên cứu trên thế giới 15

1.1.2 Kết quả nghiên cứu tại Việt Nam 17

1.2 Vật liệu nhựa PEEK sinh học 19

1.3 Phương pháp thiết kế dựng mảnh vá xương lấy mẫu từ xương tổn thương 24

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CHI TIẾT 3D MẢNH GHÉP KHUYẾT XƯƠNG 28

Nguyễn Thành Quyết 5

2.1 Nghiên cứu xây dựng phương pháp thiết kế mảnh ghép xương từ dữ liệu

Dicom 28

2.2 Nghiên cứu thực nghiệm phương pháp thiết kế mảnh ghép xương sọ từ dữ liệu Dicom 31

2.3 Đặc điểm thiết kế một số sản phẩm theo công nghệ chế tạo gia công 3D 36

2.3.1 Đặc điểm thiết kế, chế tạo khuôn mảnh vá hộp sọ bằng công nghệ ép phun 3D 37

2.3.2 Định hướng thiết kế, chế tạo khuôn lồi cầu xương hàm dưới bằng công nghệ in 3D 40

2.4 Đo lường kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm 43

Kết luận chương II: 45

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ THỰC NGHIỆM MẢNH GHÉP XƯƠNG SỌ VÀ HỐC MẮT 46

3.1 Thiết kế thực nghiệm mảnh vá xương hộp sọ 46

3.1.1 Khái niệm về mảnh vá hộp sọ 46

3.1.2 Cách dạng hư hỏng về mảnh vá hộp sọ 46

3.1.3 Yêu cầu của mảnh vá khuyết sọ 48

3.1.4 Quy trình thiết kế 49

3.2 Thiết kế thực nghiệm mảnh vá xương hốc mắt 59

3.1.1 Khái niệm về mảnh vá xương hốc mắt 59

3.1.2 Cách dạng hư hỏng mảnh vá xương hốc mắt 60

3.1.3 Yêu cầu của mảnh vá xương hốc mắt 60

3.1.4 Quy trình thiết kế 60

Nguyễn Thành Quyết 6

3.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG THỰC TẾ 63

3.3.1 Ứng dụng thực tế phương pháp thiết kế vào một số bệnh nhân bị hội chứng khuyết xương 63

Kết luận chương III 73

Kết quả chung 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Nguyễn Thành Quyết 7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Một số tính năng của nhựa PEEK so với các loại nhựa nhiệt dẻo cao cấp khác 22 Bảng 2: So sánh phương pháp thiết kế từ dicom với phương pháp lấy mẫu trực tiếp

từ vết tổn thương 30 Bảng 3: Đặc điểm thiết kế mảnh vá khuyết xương theo công nghệ chế tạo 36

Nguyễn Thành Quyết 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Mảnh vá hộp sọ phổ thông bằng PEEK dạng tạo hình sẵn 18

Hình 1.2: Miếng vá bằng titan 19

Hình 1.3: Hình ảnh một bệnh nhân mắc hội chứng khuyết sọ 20

Hình 1.4 Phương pháp thiết kế theo công nghệ cũ 25

Hình 2.1: Phương pháp thiết kế từ dữ liệu dicom 29

Hình 2.2: Sơ đồ các bước thực hiện thiết kế mảnh khuyết xương 31

Hình 2.3: Ảnh DICOM của một bệnh nhân bị chấn thương xương sọ 33

Hình 2.4: Ảnh 3D thu được sau khi tải ảnh DICOM vào phần mềm 33

Hình 2.5: Mô hình 3D xương sọ 34

Hình 2.6: Mô hình 3D xương sọ sau khi đã loại bỏ các thông tin không cần thiết 35

Hình 2.7: Mô hình xương sọ sau khi đã được tái tạo 35

Hình 2.8 Mô hình 3D mảnh vá sọ 36

Hình 2.9 Qui trình dự kiến chế tạo mảnh vá hộp sọ 37

Hình 2.10 Qui trình dự kiến chế tạo mảnh vá lồi cầu xương hàm dưới bằng công nghệ in 3D 40

Hình 2.11 Quy trình đo lường kiểm tra đánh giá chất lượng sản phẩm 43

Hình 3.1 Hình ảnh bệnh nhân bị khuyết sọ do tai nạn 47

Hình 3.2 Hình ảnh bệnh nhân bị tiêu xương do phép xương tự thân 47

Hình 3.3: Đặc điểm của mảnh vá hộp sọ 49

Hình 3.4 Quy trình thiết kế mảnh vá hộp sọ 50

Nguyễn Thành Quyết 9

Hình 3.5 Hình ảnh dữ liệu điểm 3D của bệnh nhân chụp bệnh của bệnh nhân sau

khi chụp cắt lớp 51

Hình 3.6 Ảnh 3D tổn thương xương sọ của bệnh nhân 51

Hình 3.7 Loại bỏ phần phần mảnh vá xương tự thân 52

Hình 3.8 Phần vỏ hộp sọ của bệnh nhân sau khi loại bỏ phần ghép xương tự thân 52 Hình 3.9 Tiến hành tái tạo lại phần xương khuyết nhờ biên dạng ngoài của vỏ hộp sọ 53

Hình 3.10 Phần vỏ hộp sọ sau khi được tiến hành vá 53

Hình 3.11 Tiến hành tách phần mảnh vá hộp sọ 54

Hình 3.12 Hình ảnh mảnh vá hộp sọ 54

Hình 3.13 dạng bề mặt của mảnh vá hộp sọ 55

Hình 3.14 Lắp phần mảnh vá vào phần vỏ hộp sọ 55

Hình 3.15 Tạo độ dày cho phần mảnh vá hộp sọ 56

Hình 3.16 Mảnh vá hộp sọ sau khi tạo độ dày được lắp trở lại hộp sọ 56

Hình 3.17 Tạo phần tai bắt vít của mảnh vá hộp sọ 57

Hình 3.18 Hình ảnh mảnh vá hộp sọ sau khi thiết kế 57

Hình 3.19 Hình ảnh mảnh vá hộp sọ và vỏ hộp so in bằng công nghệ in 3D 58

Hình 3.20 Hình ảnh mảnh xương ghép bằng công nghệ ép phun 59

Hình 3.22 Tổn thương tụt sàn hốc mắt xem dưới sạng 3D 61

Hình 3.23 Tái tạo sàn hốc m 61

Hình 3.24 Tái tạo sàn hốc mắt 62

Hình 3.31 Ảnh chụp bệnh nhân 63

Nguyễn Thành Quyết 10

Hình 3.3.3: Thiết kế hai mảnh ghép từ dữ liệu phục dựng 3D 64

Hình 3.3.5 Ảnh bệnh nhân sau khi phẫu thuật ghép 65

Hình 3.3.6 Ảnh bệnh nhân trước khi điều trị 65

Hình 3.3.7 Hình ảnh mảnh vá hộp sọ 66

Hình 3.3.8 Ảnh bệnh nhân sau phẫu thuật 67

Hình 3.3.9: Ảnh phục dựng 3D tổn thương của bệnh nhân 67

Hình 3.3.10 Ảnh thiết kế mảnh ghép từ vùng tổn thương 68

Hình 3.3.11: Ảnh file thiết kế mảnh vá hộp sọ 68

Hình 3.3.12: Hình ảnh hộp sọ bệnh nhân sau khi tái tạo lại phần khuyết 69

Hình 3.3.14 : Hình ảnh dựng 3D sọ não bệnh nhân thứ hai bị bệnh khuyết sọ 70

Hình 3.3.15: hình ảnh hộp sọ bệnh nhân sau khi tái tạo lại phần khuyết sọ 70

Hình 3.3.1: Hình ảnh hộp sọ bệnh nhân sau khi tái tạo lại phần khuyết sọ 71

Hình 3.3.17: Hình ảnh dựng 3D sọ não bệnh nhân thứ ba bị bệnh khuyết sọ 72

Hình 3.3.18 Ảnh file thiết kế mảnh vá hộp sọ bệnh nhân 72

Hình 3.3.19 Ảnh chi tiết mảnh ghép được in bằng nhựa thường công nghệ in 3D 73

Nguyễn Thành Quyết 11

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay dân số ngày càng tăng nhanh kéo theo đó là các thương tật, bệnh tật và các tai nạn xảy ra trong xã hội Các tai nạn thường gặp trong lao động sản xuất, tai nạn giao thông… làm cho con người bị hư hỏng hoặc khiếm khuyết bộ phận nào đó trên cơ thể Nhưng bộ phận bị hư hỏng hay mất đi sẽ làm cho con người cảm thấy khó khăn trong sinh hoạt và ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe của họ Nếu như trước kia những bệnh nhân bị khuyết sọ hay các bệnh lý về xương … phải sống mặc cảm với mọi người xung quanh về vẻ bề ngoài của mình và khó khăn trong đời sống sinh hoạt, thì giờ đây với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật cũng với

sự hỗ trợ của các loại của các vật liệu y sinh trong y học đã giúp cho cuộc sống của

họ được trở lại giống như người bình thường khác Vì vậy tôi quyết định chọn đề tài” Nghiên cứu phương pháp thiết kế chi tiết 3d cấy ghép trên xương người sử dụng vật liệu PEEK sinh học “để tìm hiểu thêm cũng như góp phần vào việc hoàn thiện thêm công nghệ mới này sớm đưa công nghệ này vào thực tiễn cuộc sống

+ Tính cấp thiết của đề tài

Một cơ thể hoàn thiện là sự kết hợp của nhiều cơ quan Mỗi một cơ quan lại

có một nhiệm vụ khác nhau, chức năng khác nhau nhưng đều là duy trì một cơ thể hoàn thiện nhất Bộ xương người cũng vậy là một bộ phận không thể thiếu của cơ

thể, xương đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc định hình khung cơ thể, cho

phép con người di chuyển và bảo vệ các cơ quan nội tạng Có thể nói xương là một

bộ phận thiết yếu của cơ thể và con người không thể hoạt động bình thường nếu thiếu các xương của bộ phận quan trọng này

Nguyễn Thành Quyết 12

Xương người có vai trò quan trọng như vậy, tuy nhiên hiện nay có rất nhiều nguyên nhân gây ra tình trạng Khuyết xương Nguyên nhân có thể do các vấn đề về bệnh lý, cũng như các tác động của môi trường bên ngoài như các chấn thương do tai nạn lao động hay tai nạn giao thông dẫn tới tình trạng Khuyết xương hay phần xương đó không đảm bảo được chức năng, nhiêm vụ vốn có của nó

Do đó nhu cầu điều trị của bệnh nhân các chứng khuyết xương ngày càng nhiều Vật liệu và các phương pháp phẫu thuật có vai trò quan trọng trong việc tái tạo thành công phần xương bị khiếm khuyết

Hiện nay có nhiều phương pháp điều trị các bệnh lý về khuyết xương như các phương pháp ghép xương tự thân với các tổn thưởng do tại nạn mà miếng

xương bị nứt vỡ đó cơ bản còn nguyên vẹn, hoặc một số phương pháp thay thế mảnh xương ghép bằng vật liệu khác như lưới Titan, vật liệu sinh học Tuy nhiên các phương pháp này bên cạnh có nhưng ưu điểm nhất định thì vẫn còn tồn tại những hạn chế

Phương pháp điều trị bệnh lý khuyết xương bằng phương pháp sử dụng vật liệu sinh học học C-PEEK đã và đang được nghiên cứu ứng dụng trên thế giới

Tại Việt Nam phương pháp điều trị bệnh lý khuyết xương bằng vật liệu sinh học PEEK đã bước đầu được nghiên cứu và thử nghiệm và đã đạt được một số kết quả khả quan trong ứng dụng thực tế lâm sàng

Tuy nhiên hiện nay phương pháp thiết kế, chế tạo họ vật liệu C-PEEK tại việt nam còn gặp nhiều khó khăn do đặc tính của vật liệu cũng như giá thành của loại vật liệu này rất là cao Vì vậy tác giả chọn hướng nghiên cứu này góp phần làm hoàn thiện công nghệ thiết kế cũng như chế tạo loại vật liệu này để có thể ứng dụng một cách rộng rãi vào thực tế cuộc sống

Nguyễn Thành Quyết 13

+ Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu phương pháp thiết kế 3D bộ phận xương cấy ghép trên người

sử dụng vật liệu PEEK sinh học từ dữ liệu ảnh chụp cắt lớp được chế tạo bằng công nghệ 3D như in 3D, phun ép hoặc phay CNC

+ Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Bênh nhân bị các bệnh lý, khuyết tật về xương có nhu cầu thay thế xương để đảm bảo các vấn đề về sức khỏe

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là xây dựng phương pháp thiết kế các mảnh ghép từ dữ liệu chụp cắt lớp (chụp CT) một số bộ phận chính nhằm phục vụ nhu cầu thực tế của các bác sỹ bên y tế

+ Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận văn là kết hợp lý thuyết với thí nghiệm kiểm chứng, sử dụng các phần mềm thiết kế 3D, kết hợp với nghiên cứu các kết quả trong nước và trên thế giới để xây dựng phương pháp thiết kế thử nghiệm

Thực hiện thiết kế thử nghiệm trên một số mảnh ghép khuyết xương của bệnh nhân

+ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Nhu cầu nghành y về vật liệu cấy ghép, tạo hình, tái tạo khuyết hổng trong

cơ thể bằng vật liệu sinh học ngày càng tăng Đây là thị trường có nhu cầu lớn và lợi nhuận tăng tốc rất nhanh trên thế giới Tại Việt nam, nhu cầu tạo hình điều trị và thẩm mỹ có liên quan đến vật liệu sinh học tăng cao và được nhiều người biết đến Việc sử dụng mảnh vá hộp sọ trong các khoa Phẫu thuật thần kinh và lồi cầu xương hàm dưới trong các khoa Răng Hàm Mặt của các bệnh viện, thay thế xương đùi xương cánh tay các bệnh nhân ưng thư xương, thay thế các sản phẩm xương đỡ hốc mắt Tuy nhiên chủng loại sản phẩm chưa phong phú, chưa phù hợp cho từng bệnh nhân và đắt do phải nhập từ nước ngoài Vì vậy kết quả thu được từ nghiên cứu này

Nguyễn Thành Quyết 14

sẽ được ứng dụng tại các các địa chỉ trên và mở rộng cho các bệnh viện trên khắp cả nước nhằm đạt hiệu quả điều trị cũng như hiệu quả kinh tế cao Với nền tảng nghiên cứu kế thừa từ các đề tài, nghiên cứu trước của các giáo sư ngành y, vật liệu y sinh

và phối hợp thực hiện của chủ nhiệm đề tài, nhóm nghiên cứu tiếp tục phát huy thiết

kế vừa khớp với từng tổn thương của từng bệnh nhân

Ngoài ra, với việc ứng dụng công nghệ in 3D có thể chế tạo các mảnh vá nhân tạo nhanh chóng và giá thành giảm sản phẩm sẽ đến được với nhiều bệnh nhân cần cấy ghép hoặc thay thế xương hơn nữa, đặc biệt là các bệnh nhân nghèo

+ Cấu trúc của luận văn

Luận văn được trình bày theo bố cục gồm 3 chương:

CHƯƠNG I: Tổng quan về phương pháp cấy ghép xương người sử dụng vật liệu peek sinh học

CHƯƠNG II: Xây dựng phương pháp thiết kế chi tiết 3D mảnh phép khuyết xương CHƯƠNG III: Thiết kế thực nghiệm mảnh ghép xương sọ và hốc mắt

Nguyễn Thành Quyết 15

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CẤY GHÉP XƯƠNG

NGƯỜI SỬ DỤNG VẬT LIỆU PEEK SINH HỌC

1.1 Kết quả nghiên cứu về phương pháp cấy phép xương người sử dụng vật liệu PEEK sinh học trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1 Kết quả nghiên cứu trên thế giới

Tạo hình khuyết xương là một trong những phẫu thuật lâu đời nhất trong lịch

sử tạo hình y khoa Những vật liệu đầu tiên được tìm thấy khi khai quật là vỏ quả bầu, quả dừa khô Một sự kiện đáng chú ý là người ta tìm thấy một hộp sọ cổ xưa tại Peru có niên đại đến 2000 năm với mảnh vá khuyết sọ trước trán bên trái bằng vàng Vật liệu được sử dựng tạo hình khuyết sọ trong thời gian này phụ thuộc vào thứ hạng về kinh tế xã hội của bệnh nhân Các kim loại quý chỉ được sử dụng cho tầng lớp quý tộc Trải qua hàng trăm năm cho đến nay con người vẫn đang cố gắng tìm ra những vật liệu tạo hình khuyết xương lý tưởng Có hai loại tái tạo mảnh vá khuyết xương là tái tạo tự thân và tái tạo dị chất

Vào cuối thế kỷ 19 Meekeren là người đầu tiên nghiên cứu thử nghiệm tạo hình khuyết sọ bằng xương tự thân Đối với tái tạo tự thân sử dụng mảnh sọ bằng xương sọ của bệnh nhân hoặc của người hiến tặng được bảo quản lạnh sâu ở ngân hàng mô Đây là phương pháp sử dụng phổ biến đem lại kết quả khả quan cho bệnh nhân Tuy nhiên sau thời gian vài năm mảnh xương sọ tự thân có thể bị tiêu để lại di chứng có thể sập mảnh sọ ảnh hưởng đến áp lực sọ lên các bộ phận khác như mắt

Do vậy hiện nay loại ghép sọ tái tạo dị chất hay nhân tạo đang được lựa chọn khá nhiều

Trong thế chiến I và II do có nhiều thương binh có nhu cầu tạo hình khuyết

sọ nên hàng loạt các thử nghiệm với nhiều loại vật liệu được tiến hành như: Vàng, bạc, nhôm, gốm sứ và các loại vật liệu tổng hợp như cement y sinh, titan,

hydroxyapatit methyl methacrylat, polyether ether ketone (PEEK)…

Nguyễn Thành Quyết 16

Trong vài năm qua vật liệu PEEK sinh học đã thu hút rất nhiều sự quan tâm

từ các nhà khoa học vật liệu và chỉnh hình vì nó phù hợp cho cấy ghép Năm 2014

Ng Zy, Nawaz thông báo 12 bệnh nhân (75% nam giới, tuổi trung bình = 43,

khoảng 16-67) được tạo hình khuyết sọ bằng PEEK chế tạo từ chụp cắt lớp vi tính

có độ phân giải cao với kích thước phù hợp với mỗi bệnh nhân Thời gian theo dõi trung bình là 7 tháng Thời gian tạo hình lại khuyết sọ sau phẫu thuật khoảng 10 tháng Kích thước mảnh PEEK trung bình là 11 x 8 cm (khoảng 7×6 đến 14x8 cm) Kết quả không có biến chứng của sự cố vỡ cấy ghép, nhiễm trùng vết thương, hoặc

rò rỉ dịch não tủy trong thời gian theo dõi Tác giả kết luận: mảnh PEEK thiết kế bằng máy tính là một phương pháp thay thế hữu hiệu khi mảnh xương tự thân

không có hoặc không phù hợp Việc đạt độ chính xác cao của mảnh vá sẽ làm giảm thời gian phẫu thuật đáng kể, nâng cao tính thẩm mỹ cho bệnh nhân

Năm 2007 Horati u Rotaru và cộng sự thuộc trường Đại học Y dược Iuliu

Hatieganu – Romania [7] đã trình bày quy trình tạo ra các mảnh ghép thay thế cho một ca phẫu thuật bằng cách sử dụng dữ liệu thu được từ ảnh chụp cắt lớp CT, tạo mẫu nhanh và ép phun khuôn bằng thạch cao hoặc silicone cao su, sau đó sử dụng vật liệu sinh học để ép phun các mảnh sọ thay thế cho bệnh nhân từ khuôn này

Năm 2011 TS Lê Chí Hiếu và nhóm nghiên cứu của ông ở trường ĐH Tổng hợp Cadiff đã đề cập đến vấn đề thiết kế các mô hình thay thế riêng cho từng bệnh nhân, nghiên cứu cũng chỉ giới thiệu đến một số phương pháp để tạo ra mô hình thay thế y sinh [8]

Năm 2014, một bệnh nhân bị bệnh dày cấu trúc xương sọ, gây ra áp lực ngày càng tăng lên của não dẫn đến mất thị lực, suy giảm phối hợp cơ có nguy cơ tử vong Các nhà khoa học tại Đại học (UMC) ở Utrecht, Hà Lan đã nghiên cứu chế tạo một hộp sọ bằng nhựa, đúng với kích thước để thay thế toàn bộ hộp sọ cho bệnh nhân Toàn bộ hộp sọ được sản xuất với sự giúp đỡ của Anatomics, một công ty thiết bị y tế của Úc chuyên về in ấn 3D

Nguyễn Thành Quyết 17

Theo Aherwar 2015: từ 2002 đến 2010 sử dụng vật liệu cấy ghép tăng 7 lần Gãy lồi cầu xương hàm dưới là loại chấn thương gãy xương khá phức tạp ở vùng hàm mặt, chiếm tỉ lệ khá cao khoảng 30-55% trong gãy xương hàm dưới Gãy lồi cầu xương hàm dưới bao gồm gãy đầu lồi cầu và gãy cổ lồi cầu, trong đó gãy cổ lồi cầu chiếm tỉ lệ trội hơn, khoảng 59% trong gãy lồi cầu Gãy cổ lồi cầu sẽ ảnh hưởng

rõ rệt đến chức năng của hệ thống nhai, có thể để lại các di chứng như loạn năng kớp, cứng khớp, rối loạn vận động hàm dưới, rối loạn tăng trưởng hàm dưới, sai khớp cắn… Hiện nay, điều trị gãy cổ lồi cầu bằng phương pháp phẫu thuật đang được chỉ định và thực hiện rộng rãi Tuy nhiên thế giới đang có xu hướng sử dụng lồi cầu nhân tạo được làm từ vật liệu y sinh, trong đó có PEEK

Ở Mexico các mảnh ghép được chế tạo với một bộ cấy ghép tùy chỉnh bằng Titan có giá khoảng 5000 USD, những bộ cấy ghép làm từ PEEK khoảng 7000 USD trở lên tùy thuộc vào kích thước của mảnh ghép và mảnh ghép làm bằng

PMMA có giá từ 600 USD.Song những tính chất của mảnh cấy ghép từ PEEK có nhiều ưu điểm vượt trội về phù hợp sinh học

1.1.2 Kết quả nghiên cứu tại Việt Nam

Hiện nay hướng nghiên cứu chế tạo mảnh ghép thay thế trong cơ thể người

đã được các nhà nghiên cứu tại Việt Nam nghiên cứu trong chục năm trở lại đây và đạt được một số kết quả nhất định

Năm 1996, Viện ứng dụng Công nghệ bắt đầu nghiên cứu chế tạo một số sản phẩm vá khuyết hộp sọ dạng modun bằng composit carbon

Năm 2012, Bùi Công Khê chủ trì đề tài cấp Bộ Y tế: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo lồi cầu và thân xương hàm dưới bằng vật liệu y sinh C-PEEK” Tuy nhiên chưa áp dụng công nghệ 3D sản phẩm được thiết kế đơn giản chỉ có một kích thước duy nhất, không dựa vào cấu trúc tổn thương trên bệnh nhân, chế tạo bằng ép phun [11] Trước khi thử nghiệm lâm sàng, sản phẩm cũng đã thử nghiệm trên động vật

về khả năng cấy ghép tại chỗ Mặc dù đã được ứng dụng trên lâm sàng tại một số

và được ứng dụng tại một số bệnh viện phía Bắc như Bệnh viện Quân y 17 Đà Nẵng, Bệnh viện Đa khoa khu vực Bãi cháy - Quảng Ninh, Bệnh viện Đa khoa Thanh Hóa Kết quả đánh giá phẫu thuật tạo hình khuyết sọ băng tấm vá sọ trên 30 bệnh nhân tại Bệnh viện Đa khoa khu vực Bãi Cháy-Quảng ninh từ tháng 6/2011 đến tháng 10/2012 cho thấy kết quả tốt tương tự như công trình đã công bố tại Đại học Washington Mỹ, đại học Maastrich -Hà Lan các tấm vá này là bằng vật liệu y sinh PEEK đáp ứng hoàn toàn các tiêu chuẩn y học để đưa vào ứng dụng lâm sàng Tuy nhiên vì chế tạo đồng loạt và chỉ có một kích thước nên trước khi sử dụng bắt buộc phải gia công lại cho phù hợp với từng ổ khuyết của từng bệnh nhân Việc gia công lại chưa kiểm soát được quy trình và thời gian phẫu thuật tăng lên do phải gia công lại ngay trong phòng mổ chưa đảm bảo được tính an toàn cho bệnh nhân Do vậy hướng nghiên cứu tiếp theo của nhóm nghiên cứu là tạo hình viếng vá cho phù hợp với từng tổn thương của từng bệnh nhân

Hình 1.1: Mảnh vá hộp sọ phổ thông bằng PEEK dạng tạo hình sẵn

bệnh nhân tạo hình khuyết sọ tại BV Bãi Cháy

Nguyễn Thành Quyết 19

Năm 2017, nghiên cứu chế tạo bi sinh học từ vật liệu PEEK để độn hốc mắt phục hình nhãn cầu đã được Công ty cổ phần Y sinh Ngọc Bảo thực hiện

1.2 Vật liệu nhựa PEEK sinh học

Nước ta hiện nay cho thấy tỉ lệ tai nạn giao thông và tai nạn lao động liên quan đến chấn thương sọ não chiếm tỉ lệ lớn Trong số những vụ tai nạn đó, có rất nhiều trường hợp bệnh nhân gặp phải tình trạng vỡ, mất đi một phần của hộp sọ Ngoài ra còn những trường hợp bệnh nhân làm phẫu thuật liên quan đến sọ não có thể gặp những tình trạng khuyết hổng xương vòm sọ Hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới đã có những biện pháp vá hộp sọ bằng những mảnh vá tự thân hay nhân tạo, nhưng những biện pháp đó vẫn tồn tại những hạn chế

Đối với miếng vá tự thân, nhược điểm của phương pháp này là giá thành cao, kỹ thuật điều trị phức tạp và dễ xảy ra nguy cơ hoại tử, tiêu biến, gây nguy hiểm cho não

Đối với các miếng vá nhân tạo (hình 1.2), các nhà khoa học đã sử dụng giải pháp tạo miếng vá bằng titan có độ bền cao, nhưng vẫn tồn tại những nhược điểm như giá thành cao, nặng nề và dễ hấp thụ nhiệt độ

Hình 1.2: Miếng vá bằng titan

Nguyễn Thành Quyết 20

Sự phát triển của công nghệ 3D đã mang đến những giải pháp tạo ra những miếng vá bằng vật liệu nhựa y sinh, khắc phục được nhiều hạn chế của những phương pháp trước đó Từ đó nhóm đã tập trung nghiên cứu và phát triển công nghệ 3D đối với những vật liệu y sinh, phù hợp để cấy ghép vào cơ thể người như PEEK, PMMA và đã cho những kết quả tốt

Hình 1.3: Hình ảnh một bệnh nhân mắc hội chứng khuyết sọ

Trước những yêu cầu về thay thế và ghép các mảnh vá xương hộp sọ tại Việt Nam, cần có một công nghệ mới khắc phục nhược điểm của các phương pháp trước

đó, có ưu thế vượt trội hơn

Cần lựa chọn vật liệu làm mảnh ghép mảnh sọ để đảm bảo cơ tính và an toàn sinh học cao Các vật liệu truyền thống như kim loại trơ (Titanium) thì có hiệu ứng điện thế dẫn tới kim loại hóa tế bào và mô đun đàn hồi cao Phát triển hơn là vật liệu

xi măng y sinh nhưng nó cũng mang nhược điểm là đóng rắn nhanh không kịp tạo hình hoàn chỉnh và phụ thuộc vào sự khéo léo của kĩ thuật viên, đặc biệt là khi

Công nghệ để chế tạo các mảnh vá hộp sọ hay các khớp xương nối tay là chưa có, chủ yếu vẫn là nhập ngoại Tuy rằng đã có ghép xương tự thân, nhưng như

đã nói ở trên thì nó quá phức tạp và đắt, hơn nữa ở Việt Nam thì tỉ lệ thành công là rất thấp.

*Vật liệu C-PEEK: dạng hạt kích thước 3-5mm Hàm lượng nhựa

PEEK/nanocarbon: 95/5 Nhựa hạt VICTREX C-PEEK 450G dễ chế tạo dụng cụ y

tế, xuất sứ Anh quốc với tiêu chuẩn kỹ thuật sau:

Tỷ trọng ở 23oC: 1,4g/cm3

Điểm nóng chảy: 370-375oC

Độ bền uốn: 300 Mpa

Modun đàn hồi: 21 Gpa (tương xứng ở xương người là 17 Gpa)

Đây là loại vật liệu đã được quốc tế thương mại hóa và được Bộ Y tế cấp giấy phép sử dụng trong y tế

* Vật liệu C-PEEK (cacbon polyether ether keton) là vật liệu gồm:

- Nhựa nền (PEEK- polyether ether keton): có nhiều ưu điểm ứng dụng trong y học (Modul đần hồi tương ứng với modul của xương người; không cản quang; tương thích sinh học và bền sinh học lâu dài, vật liệu không nhiễm từ, dễ tiệt trùng, đặc biệt bền hoá học, bền va đập, bền mỏi và bền bào mòn tuyệt vời…)

Nguyễn Thành Quyết 22

Nhựa PEEK được đặc trưng độ bền cao, đặc biệt trong môi trường thuỷ phân

và bền với các bức xạ ion hoá PEEK hiện được xem là một trong những vật liệu sinh học có tiềm năng, có thể tiệt trùng bằng phương pháp khác nhau: hơi khô, hơi

ẩm, chiếu xạ gamma… mà độ bền, cấu trúc, các đặc trưng cơ lý hoá khác không hoặc ít bị thay đổi

Tính chất cơ học của PEEK được trình bày ở Bảng 1

Ở nhiều nước, PEEK được cấp chứng chỉ bởi tiêu chuẩn tương thích sinh học ISO 10993, chứng chỉ cho phép sử dụng trong sản xuất dụng cụ cấy ghép (medical devices) MAF; trong sản xuất thuốc MDF (drug masterfile) PEEK là nhựa chịu nhiệt cao, là nhịp cầu giữa Polyamid và nhựa Polyimid Tính chất cơ học của PEEK nguyên chất chưa gia cường (so sánh với PA12 và K (polyimid))

Bảng 1 Một số tính năng của nhựa PEEK so với các loại nhựa nhiệt dẻo cao cấp

Nguyễn Thành Quyết 23

Đặc biệt những thí nghiệm trước đây cho thấy ngâm nhựa PEEK trong huyết thanh sinh lý 5000 giờ không làm ảnh hưởng tới tính chất cơ lý của nó là vật liệu không hề bị ăn mòn

Với các tính năng nêu trên, khi PEEK được gia cường bởi sợi carbon, chúng ta hoàn toàn có thể chế tạo compozit với một vài tính năng mong muốn

- Sợi gia cường :

Các loại sợi cacbon và nanocarbon được chọn làm sợi gia cường cho compozit trên nền nhựa PEEK

Ống nanocarbon cũng có thể chứa các phân tử sinh học và vì vậy chúng cũng đang được chú ý nghiên cứu trong công nghệ sinh học Độ bền, độ đàn hồi độc đáo cũng tìm được những ứng dụng mới trong công nghệ nano Compozit trên cơ sở ống nanocarbon có thể có độ bền lý tưởng cho các ứng dụng như làm cơ, gân nhân tạo cho y học

Cơ sở cho nghiên cứu này là các kết quả nghiên cứu ngoài nước về lĩnh vực này đã được đăng trên các tạp chí Journal of Material Science, Composites, Biomaterials, 2002-2005

Nhựa PEEK vốn có độ bền cao Khi gia cường bằng sợi nanocarbon 10%, độ bền và modul, tính dẫn điện và nhiệt của nhựa PEEK tăng tuyến tính

Trong nghiên cứu này, nhựa PEEK gia cường bằng sợi nanocarbon được tạo thành màng để dùng làm nền cho compozit sợi carbon-PEEK Hàm lượng sợi nanocarbon được chọn 5-10%

Cùng với những tiến bộ mới của khoa học công nghệ về vật liệu, từ 2004, Trung tâm Công nghệ Vật liệu đã chế tạo các sản phẩm y sinh mới bằng vật liệu

- Tương thích sinh học và bền sinh học lâu dài;

- Vật liệu không nhiễm từ;

- Bền trong môi trường hoá học;

- Dễ tiệt trùng;

- Bền va đập, bền mỏi và bền mài mòn cao

1.3 Phương pháp thiết kế dựng mảnh vá xương lấy mẫu từ xương tổn thương

Nước ta hiện nay cho thấy tỉ lệ tai nạn giao thông và tai nạn lao động liên quan đến chấn thương sọ não chiếm tỉ lệ lớn Trong số những vụ tai nạn đó, có rất nhiều trường hợp bệnh nhân gặp phải tình trạng vỡ, mất đi một phần của hộp sọ Ngoài ra còn những trường hợp bệnh nhân làm phẫu thuật liên quan đến sọ não có thể gặp những tình trạng khuyết hổng xương vòm sọ Hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới đã có những biện pháp vá hộp sọ bằng những mảnh vá tự thân hay nhân tạo, nhưng những biện pháp đó vẫn tồn tại những hạn chế

Hiện nay ở Việt Nam, ngành y chưa thể tạo được file 3D của các mảnh vá xương khuyết xương này dù đã liên kết với ngành kỹ thuật từ trước đó, xong vẫn chưa thực sự hiệu quả Đây cũng chính là nguyên nhân khiến ngành y chưa làm chủ được công nghệ 3D trong việc thay thế xương Bài toán khó khăn này có thể giải quyết triệt để khi thực hiện thành công xây dựng file 3D xương mảnh vá hộp sọ từ file chụp CT của bệnh nhân

Dưới đây là hình trình bày phương pháp tạo một mảnh vá ghép xương đang được sử dụng trong thực tế (hình 1.4)

Nguyễn Thành Quyết 25

Bước 1: Bệnh nhân bị khuyết xương sẽ được tạo hình mảnh khuyết xương từ thạch

cao lấy mẫu tại nơi tổn thương

Bước 2: Số hóa 3D mảnh ghép xương bằng việc sử dụng các phương pháp quét 3D

Bước 3: Tạo hình mảnh ghép bằng việc sử dụng các phần mềm chỉnh sửa 3D

Bước 4: Gia công mảnh ghép xương bằng việc sử dụng các công nghệ 3D tương

ứng

Hình 1.4 Phương pháp thiết kế theo công nghệ cũ

Đặc điểm của phương pháp thiết kế này là

Ưu điểm

Nguyễn Thành Quyết 26

Phương pháp thiết kế dựng mảnh vá xương từ lấy từ mẫu xương tổn thương của bệnh nhân giúp cho kỹ thuật viên có thể lấy được biên dạng, hình dạng, kích thước trực tiếp của bệnh nhân

Giúp kỹ thuật viên nhìn thấy mảnh vá một cách trực tiếp và có nhưng thay đổi một cách cụ thể lên từng mảnh vá

ra ngoài cơ thể

Dữ liệu 3D về mảnh vá khuyết xương được xây dựng từ dữ liệu chụp cắt lớp giúp giảm thời gian cho kỹ thuật viên trong phương pháp tạo hình Đồng thời việc cắt giảm công đoạn trong việc số hóa dữ liệu 3D mảnh vá khuyết xương giúp tiết kiệm chi phí cho bệnh nhân

Nguyễn Thành Quyết 27

Việc xây dựng thành công file 3D của mảnh vá khuyết xương và ứng dụng các công nghệ 3D vào lĩnh vực này có ý nghĩa kinh tế, xã hội, khoa học Việt Nam Điều này giúp đáp ứng được nhu cầu hiện tại của các bệnh nhân khuyết hổng xương

sọ Giải pháp còn mang ý nghĩa nhân văn khi đưa ra được phương pháp giúp các bệnh nhân điều trị hiệu quả hơn mà chi phí cũng thấp hơn các phương pháp hiện có trong nước

Trong quá trình phục dựng mô hình 3 chiều trên máy tính điều khó khăn nhất

là quy trình xử lý dữ liệu từ film chụp CT cho nên cần loại bỏ những lớp trùng vì có thể làm sai lệch mô hình 3D Ngoài ra còn phải chọn ngưỡng phù hợp để thu được vùng mô xương cần thiết tránh xuất hiện các phần cơ, gân gây nhiễu cho mô hình 3D Độ rõ nét của mô hình 3D được dựng lại tùy thuộc vào khoảng cách của từng lớp cắt và số lượng lớp cắt trên vùng tổn thương Quá trình tạo mô hình mảnh ghép rất phức tạp vì dữ liệu xử lý là các file dạng xấp sỉ lưới và rất nhiều đường nên dung lượng khá lớn yêu cầu cấu hình thiết bị đồ họa phải đủ mạnh và có dung lượng lớn

Với việc ứng dụng kỹ thuật thiết kế chế tạo các chi tiết cơ khí tạo khả năng đạt được sản phẩm mảnh ghép bằng nhựa C-PEEK có chất lượng cao mà giá thành sẽ giảm đi nhiều so với tạo hình theo mẫu bằng tay

Đối với các mảnh ghép khuyết xương, dữ liệu thiết kế đầu vào là dữ liệu chụp CT tổn thương của từng bệnh nhân và sản phẩm mảnh ghép cần phải đạt cả yêu cầu y học và thẩm mỹ Đối với một số mảnh ghép khuyết xương của một số chi tiết nhất định chúng ta cần phải có một sô yêu cầu cụ thể đối với mảnh vá

Ngoài một số yều cầu về kích thước biên dạng cần được tham khảo ý kiến của bác sĩ về tính thẩm mỹ đối với bệnh nhân và độ bền cấy ghép

Trước yêu cầu xây dựng cơ sở kĩ thuật thực nghiệm, lựa chọn sử dụng các phần mềm thiết kế 3D Solidwork, CATIA, Geomagic Studio, Rapidform XOR, CAD 3D…kết hợp ý kiến các chuyên gia y tế để thiết kế chế tạo mảnh vá hộp sọ và lồi cầu xương hàm dưới phù hợp với bệnh nhân

Hình 2.1: Phương pháp thiết kế từ dữ liệu dicom

Bước 1: Dữ Liệu ảnh chụp cắt lớp của bệnh nhân sẽ được lấy thông qua các phương pháp chiếu chụp cộng hưởng từ ở dạng dicom

Bước 2: Tạo hình 3D vùng tổn thương của bệnh nhân ở dạng stl từ file dicom

Bước 3: Tạo hình mảnh vá khuyết xương từ file dữ liệu 3D

Bước 4: Chế tạo mảnh vá khuyết xương mẫu bằng việc sử dụng các công nghệ in

3D

Bước 5: Kiểm tra qua mẫu thử in 3D

4

Mức độ sẵn sàng

trước khi phẫu thuật

Sản phẩm phải chế tạo sau khi bộc lộ tổn thương, bệnh nhân phải chờ trên bàn mổ

Sản phẩm được làm sẵn, phù hợp với từng tổn thương, bệnh nhân không cần chờ tạo sản phẩm

5

Yêu cầu đối với phẫu

thuật viên

Thời gian phẫu thuật

Phải tiến hành thêm công đoạn chế tạo sản phẩm

Dài

Chỉ cần lắp sản phẩm vào vùng khuyết sọ Ngắn

Cao nhưng không cần mua thiết bị cố định

vì đã có sẵn trên sản phẩm

9 Tính phổ biến trên thế giới Chỉ được áp dụng trong nước Áp dụng ở một số nước trên thế giới

Nguyễn Thành Quyết 31

2.2 Nghiên cứu thực nghiệm phương pháp thiết kế mảnh ghép xương sọ từ dữ liệu Dicom

Sơ đồ phương pháp thiết kế 3D mảnh khuyết xương được mô tả trong hình 2.2

Hình 2.2: Sơ đồ các bước thực hiện thiết kế mảnh khuyết xương

1.1.1 Lập sơ đồ công nghệ và các trang thiết bị cần thiết

1.1.2 Chụp film CT từ vùng khuyết sọ của bệnh nhân

1.1.3 Nhập dữ liệu từ film CT của bệnh nhân ở dạng DICOM (Digital

Imaging and Commmunication in medical)

1.1.4 Chuyển đổi tập hợp dữ liệu ấy sang dạng.STL

Tách phần khuyết xương

Ảnh DICOM

Dữ liệu điểm phần khuyết xương

Khôi phục ảnh 3D phần khuyết xương

Ảnh 3D mảnh vá dạng STL

Nguyễn Thành Quyết 32

1.1.5 Tạo mô hình 3D của xương khuyết thì điều khó khăn nhất là quy trình

xử lý dữ liệu từ CT do trong đó có rất nhiều lớp cho nên chúng ta cần phải loại bỏ những lớp không cần thiết cũng như những lớp trùng vì nó có thể làm sai lệnh mô hình 3D Ngoài ra, chúng ta cần chỉnh lại độ tương phản để tránh xuất hiện các phần

cơ dịch của quá trình chụp CT lên mô hình 3D Sau khi có mô hình khuyết xương tạo mô hình chi tiết cấy ghép dựa trên phương pháp trừ khối hoặc xử lý lưới tam giác để đưa mô hình chi tiết cấy ghép cuối cùng

1.1.6 Tạo mô hình mảnh ghép: Quá trình tạo mô hình mảnh ghép rất phức tạp vì dữ liệu xử lý là file STL STL là dạng xấp xỉ lưới cho nên dung lượng rất lớn

và rất nhiều đường Ngoài ra tạo được mô hình mảnh ghép thì phải có yêu cầu là sát đường biên của phần sọ khuyết và tạo được độ cong tương ứng với phần sọ của từng bệnh nhân

1.1.7 Dựa theo mẫu, quét 3D theo mẫu

Mô tả thực nghiệm thực hiện thiết kế 2 mảnh ghép xương theo phương pháp lấy dữ liệu từ Dicom

Ảnh DICOM thu được từ máy chụp cắt lớp có dạng như hình 2.3 sẽ được tải vào phần mềm xử lý 3D để chuyển về dạng ảnh 3D như trong hình 2.4

Nguyễn Thành Quyết 33

Hình 2.3: Ảnh DICOM của một bệnh nhân bị chấn thương xương sọ

Hình 2.4: Ảnh 3D thu được sau khi tải ảnh DICOM vào phần mềm

Nguyễn Thành Quyết 34

Ảnh 3D trong (hình 2.4) chứa các thông tin về xương, cơ, da, não, … trên hộp sọ của bệnh nhân Với mục đích là tạo mảnh vá hộp sọ, phần xương sọ sẽ được tách ra từ ảnh 3D này Sử dụng phần mềm thiết kế 3D, kết quả xương sọ thu được như (hình 2.5)

Nguyễn Thành Quyết 35

Hình 2.6: Mô hình 3D xương sọ sau khi đã loại bỏ các thông tin không cần thiết.

Để có thể tạo ra mảnh vá hộp sọ vừa khít vùng bị tổn thương, mô hình 3D xương sọ như trong hình 2.6 sẽ được tái tạo và phục hồi về dạng như khi chưa bị tổn thương Kết hợp mô hình xương sọ được tái tạo và mô hình 3D xương sọ ở trên, chúng ta có thể tạo ra mảnh vá hộp sọ 3D tương ứng với vùng bị tổn thương (hình 2.6)

Hình 2.7: Mô hình xương sọ sau khi đã được tái tạo

Nguyễn Thành Quyết 36

Hình 2.8 Mô hình 3D mảnh vá sọ

2.3 Đặc điểm thiết kế một số sản phẩm theo công nghệ chế tạo gia công 3D

Tùy vào đặc điểm hình dáng cũng như như yêu cầu tại mỗi vị trí của mỗi mảnh vá khuyết xương ta có thể định hướng thiết kế theo phương pháp tạo hình gia công 3D thích hợp hiện nay tồn tại cả 3 công nghệ chế tạo gồm :phay CNC, Ép phun phun và in 3D

Bảng 3: Đặc điểm thiết kế mảnh vá khuyết xương theo công nghệ chế tạo

Đặc điểm

khuyết xướng

Công nghệ in 3D nhựa PEEK

Công nghệ ép phun Công nghệ gia

công 3D sử dụng máy CNC

Đặc điểm của

sản phẩm

-Biên dạng hình dạng phức tạp

- Khả năng chịu lực không lớn

-Biên dạng hình dáng đơn giản

-Khả năng chịu lực lớn

-Biên dạng hình dáng đơn giản -Khả năng chịu lực vừa và nhỏ

Vị trí của

khuyết xương

- Mảnh vá xương hộp sọ

- xương cánh tay,

xương chi

- Lồi cầu xương

hàm, bát lồi cầu Đặc điểm

thiết kế

- Hạn chế thiết kế

vùng hàm ếch dẫn đến khó in

-Biên dạng chi tiết không được quá mỏng

- Biên dạng của mảnh

vá ko được quá phức tạp dẫn đến việc khó tạo hình khi chế tạo cũng như khó rút sản phẩm khí ép phun phun

- Đảm bảo góc rút khuôn của sản phẩm

- Biên dạng và hình dáng phải phù hợp với khả năng khả năng công nghệ của máy công

cụ CNC

-

Nguyễn Thành Quyết 37

hợp lý

- Đảm bảo tính liên tục của các bề mặt tạo hình nhằm có thể tạo

chương trình gia công

2.3.1 Đặc điểm thiết kế, chế tạo khuôn mảnh vá hộp sọ bằng công nghệ ép phun 3D

Chế tạo khuôn mảnh vá sọ bằng công nghệ ép phun 3D

Tạo khuôn mảnh vá sọ

Hình 2.9 Qui trình dự kiến chế tạo mảnh vá hộp sọ

Nguyễn Thành Quyết 38

Thiết kế khuôn ép nhựa là một khâu quan trọng trong quá trình sản xuất ép phun Đây là một sự tổng hợp các kiến thức để cụ thể hóa trên bản vẽ và tính toán trong thuyết minh Người ta căn cứ vào các yếu tố sau để thiết kế:

Loại vật liệu nhưa: nhựa ABS, PLA, PEEK, PMMA

Yêu cầu kỹ thuật của chi tiết máy gồm độ chính xác, độ bóng bề mặt, chất lượng hợp kim

- Hình dạng và kích thước kết cấu chi tiết và khối lượng chi tiết

- Dạng sản xuất: đơn chiếc, hàng loạt hay hàng khối

Trên cơ sở đó chọn dạng sản xuất, phương pháp ép phun và tiến hành thiết

kế, chế tạo khuôn ép phun cụ thể

Thiết kế bản vẽ phôi ép phun, người thiết kế phải dựa vào bản vẽ chi tiết máy

và tiến hành theo các bước sau:

Phân tích kết cấu: Phải đọc kỹ bản vẽ, nhận dạng đúng chi tiết, ghi nhận những điều kiện kỹ thuật đó ghi trong bản vẽ chi tiết, vật liệu chế tạo chi tiết

Dự kiến trước sơ bộ quy trình gia công cắt gọt chi tiết đó trên các máy công

cụ Xác định những phần bề mặt phải gia công, những mặt chuẩn công nghệ

Xác định mặt phân khuôn: Mặt phân khuôn là bề mặt tiếp xúc của các nửa

khuôn với nhau Mặt phân khuôn có thể là mặt phẳng, mặt bậc hoặc cong bất kỳ nhưng vật ép phun khác nhau có mặt phân khuôn chọn khác nhau Nó là yếu tố quan trọng, bởi vì nhờ mặt phân khuôn ta có thể tạo long khuôn chính xác…, tóm lại mặt phân khuôn là yếu tố cần thiết không thể thiếu được

Chọn mặt phân khuôn dựa vào công nghệ làm khuôn: chọn mặt phân khuôn

qua tiết diện có diện tích lớn nhất để rút mẫu dễ dàng, không bị vướng, không tạo ra

ma sát giữa mẫu và khuôn quá lớn Chọn mặt phân khuôn sao cho lòng khuôn là nông nhất để vừa dễ rút mẫu về dễ sửa chữa lòng khuôn, nhất là vật ép phun có thành mỏng tạo long khuôn rất hạn hẹp