способ получения анатомических моделей, устройство для его осуществления и композиция для получения модельного материала

Формула изобретения

1. Способ получения анатомических моделей, включающий изготовление негатива анатомической модели, заливку негатива модельным материалом, извлечение образовавшегося позитива из негатива после отверждения модельного материала, отличающийся тем, что заливку модельного материала в негатив осуществляют при температуре пастообразного состояния, после заливки модельный материала принудительно охлаждают снаружи и изнутри со средней скоростью не более 1+0,1^oC/мин, при разности температур между внутренней и внешней охлаждающими поверхностями не менее 5-7^oC, а в качестве модельного материала используют термопластичную низкоплавкую композицию.

2. Устройство для получения анатомических моделей, включающее негатив с размещенным внутри него вкладышем, заливочное приспособление для модельного материала, отличающееся тем, что в него введены емкость для размещения негатива, плавильная камера, расположенная перед заливочным приспособлением для модельного материала, и терморегулирующее устройство с системой подачи теплоносителя и датчиками температуры, при этом вкладыш имеет герметичную полость, образованную внутренними стенками и внешней поверхностью, закрепленной по его вертикальной оси трубкой для заливки модельного материала, один конец которой сообщен с устройством подачи модельного материала, а второй с объемом между внешней поверхностью вкладыша и внутренней поверхностью негатива, при этом герметичная полость вкладыша и свободный объем емкости между ее внутренней поверхностью и наружной поверхностью негатива сообщены с устройствами подачи теплоносителя системы терморегулирования, а датчики температуры размещены на внешней поверхности вкладыша и внутренней поверхности негатива.

3. Композиция для получения модельного материала, содержащая модельно-восковой состав МВС-3А, отличающаяся тем, что в него введена алюминиевая пудра пигментная при соотношении ингредиентов, мас.%:

Модельно-восковой состав МВС-3А - 66-70

Алюминиевая пудра пигментная - 30-34

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к области протезирования, в частности к способам, устройствам и используемым модельным композициям для получения приемных гильз протезов нижних и верхних конечностей по сложным анатомическим моделям, имеющим поднутрения и поверхности с разнонаправленными уклонами.

Известна вакуумно-порошковая технология изготовления негативов и позитивов, которая включает изготовление негативов в воздухонепроницаемых чехлах с порошковым наполнителем, который, упрочняясь, сохраняет форму под вакуумом. Примером такой технологии является способ получения анатомических моделей, а.с. 1318228, кл. A 61 F 2/60, включающий формование предварительного негатива из сыпучего формовочного материала, герметизацию формовочного материала предварительного негатива, отсасывание газа из формовочного материала с получением окончательного негатива, наполнение окончательного негатива сыпучим формовочным материалом, герметизацию и отсасывание газа из формовочного материала с получением позитива.

Недостатками данного способа являются необходимость изготовления воздухонепроницаемых чехлов в соответствии с размерами культей, появление заминов и складок при формовании, трудности формирования положения мягких тканей в области тазобедренного сустава и посадочного кольца приемной гильзы бедра при вакуумном обжатии культи, трудности при извлечении из негатива культи, имеющей поднутрения и поверхности с разнонаправленными уклонами.

В связи с этими недостатками, несмотря на кажущуюся простоту, данный способ не получил широкого применения на протезных предприятиях.

Известно устройство (а.с. 1318228, кл. A 61 F 2/60) для получения анатомических моделей, включающее опоку с размещенным внутри нее негативом, внутри которого вставлена труба с отверстиями, соединенная с вакуумным насосом, сыпучий модельный материал, отделенный от негатива воздухонепроницаемым чехлом.

Недостатками данного устройства являются необходимость изготовления воздухонепроницаемых чехлов в соответствии с размерами культей, появление заминов и складок при формовании, трудности формирования положения мягких тканей в области тазобедренного сустава и посадочного кольца приемной гильзы бедра при вакуумном обжатии культи, трудности при извлечении из негатива культи, имеющей поднутрения и поверхности с разнонаправленными уклонами.

Известна модельная композиция ВИАМ-102, получившая применение в практике литья по выплавляемым моделям, наиболее пригодная для получения позитивов (Технология литейного производства. Специальные способы литья. Справочник под общей редакцией акад. АН УССР В.А. Ефимова. - М.: Машиностроение, 1991, с. 734, с. 210), содержащая парафина 25%, буроугольного воска 35%, торфяного воска 35%, триэтаноламина 5%.

Недостатком данной композиции при реализации предлагаемого способа является низкая теплопроводность, замедляющая процессы нагрева модельного материала в плавильной камере и охлаждения позитива при его отверждении.

При изготовлении анатомических моделей, в частности позитивов нижних конечностей сложной формы, имеющих поднутрения и поверхности с разнонаправленными уклонами, на протезных предприятиях страны получил широкое применение наиболее близкий по реализации принятый за прототип способ получения анатомических моделей (Технология протезно-ортопедических изделий. /Под редакцией А. П. Кружекина. - М.: Легпромбытиздат, 1985, с. 91-94.), при котором анатомический объект, имеющий поднутрения, например культю инвалида, обертывают несколькими слоями прогипсованного бинта, отверждают гипс для получения прочного и жесткого негатива, разрезают его для получения возможности удаления объекта из негатива, удаляют объект из негатива, соединяют разрезанный негатив и заливают модельный материал (гипсовый раствор) в полость негатива, после затвердевания модельного материала полученную модель удаляют из негатива и сушат. (Изготовление гипсовых негативов и позитивов. Технологическая инструкция. - М.: ЦНИИПИ, 1960).

Недостатками способа являются: малая точность соответствия конфигурации и размеров объекта и модели из-за существенных погрешностей, связанных с разрезом негатива, повышенный расход материалов (гипса и бинтов), так как после изготовления модели негатив уничтожается, невозможность получения модели, моделирующей состояние объекта под нагрузкой с напряженными мышцами, повышенная трудоемкость и длительность изготовления позитива из-за большой продолжительности операции сушки гипсовых позитивов.

Известно устройство для получения анатомических моделей, принятое за прототип (Технология протезно-ортопедических изделий. /Под редакцией А.П. Кружекина. - М.: Легпромбытиздат, с. 91-94.), включающее негатив с размещенным внутри него вкладышем, устройство для заливки модельного материала (гипсового раствора).

Недостатками данного устройства являются: малая точность соответствия конфигурации и размеров объекта и модели из-за существенных погрешностей, связанных с разрезом негатива, повышенный расход материалов (гипса и бинтов), так как после изготовления модели негатив уничтожается, невозможность получения слепка культи, моделирующего состояние объекта под нагрузкой с напряженными мышцами, повышенная трудоемкость и длительность изготовления позитива из-за большой продолжительности операции сушки гипсовых позитивов.

Известна модельная композиция МВС-3А, получившая применение в практике литья по выплавляемым моделям, наиболее пригодная для получения позитивов (Технология литейного производства. Специальные способы литья. Справочник. /Под общей редакцией акад. АН УССР В.А. Ефимова. - М.: Машиностроение, 1991, с. 734, с. 210), содержащая парафина - 67%, церезина 25,5% и полиэтиленового воска 7,5%.

Недостатком данной композиции при реализации предлагаемого способа является низкая теплопроводность, замедляющая процесс охлаждения позитива, и значительная усадка при охлаждении, снижающая качество позитива и точность его изготовления.

Задачей изобретения является сокращение времени процесса получения анатомических моделей, имеющих поднутрения и поверхности с разнонаправленными уклонами, при повышении качества и улучшении санитарно-гигиенических условий их изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения анатомических моделей, включающем изготовление негатива анатомической модели, заливку негатива модельным материалом, извлечение образовавшегося позитива из негатива после отверждения модельного материала, заливку модельного материала в негатив осуществляют при температуре пастообразного состояния, после заливки модельный материал принудительно охлаждают снаружи и изнутри со средней скоростью не более 1+0,1^oC/мин. при разности температур между внутренней и внешней охлаждающими поверхностями не менее 5-7^oC, а в качестве модельного материала используют термопластичную низкоплавкую композицию.

Поставленная цель достигается также и тем, что в устройство для получения анатомических моделей, включающее негатив с размещенным внутри него вкладышем и заливочное приспособление для модельного материала, введены емкость для размещения негатива, плавильная камера, расположенная перед заливочным приспособлением для модельного материала и система терморегулирования с устройством подачи теплоносителя и датчиками температуры, при этом вкладыш имеет герметичную полость, образованную внутренними стенками и внешней поверхностью закрепленной по его вертикальной оси трубкой для заливки модельного материала, один конец которой сообщен с устройством подачи модельного материала, а второй с объемом внешней поверхности вкладыша и внутренней поверхностью негатива, при этом герметичная полость вкладыша и свободный объем емкости между ее внутренней поверхностью и наружной поверхностью негатива сообщены с устройством подачи теплоносителя системы терморегулирования, а датчики температуры размещены на внешней поверхности вкладыша и внутренней поверхности негатива.

Поставленная цель достигается также и тем, что в модельную композицию, содержащую модельно-восковой состав МВС-3А, введена алюминиевая пудра пигментная, при этом соотношение ингредиентов следующее:

модельно-восковой состав МВС-3А 66-70 мас.%,

алюминиевая пудра пигментная 34-30 мас.%.

Предложенное устройство изображено на чертеже, где

1 - нижний штуцер;

2 - регулятор расхода охлаждающего теплоносителя;

3 - подставка для крепления негатива;

4 - отливка из модельного материала;

5 - емкость для охлаждения отливок;

6 - верхний штуцер;

7 - датчики температуры;

8 - вкладыш;

9 - теплоноситель;

10 - теплоизолирующая крышка;

11 - трубка для заливки модельного материала;

12 - заливочное приспособление для модельного материала;

13 - плавильная камера;

14 - модельный материал;

15 - негатив;

16 - терморегулирующее устройство.

Устройство для получения анатомических моделей состоит из емкости для охлаждения отливок 5, плавильной камеры 13 и терморегулирующего устройства 16. В емкости для охлаждения отливок 5 на подставке 3 закреплен негатив 15, закрываемый теплоизолирующей крышкой 10. В емкость для охлаждения отливок 5 через нижний штуцер 1 подается охлаждающий теплоноситель, например водопроводная вода, которая, заполнив пространство между стенками негатива и емкости до определенного уровня, сливается через верхний штуцер 6. Расход воды, а следовательно и скорость охлаждения заливаемого материала, задается регулятором 2. Внутри негатива в его центральной части установлен вкладыш 8 в виде, например, полого усеченного конуса, заполняющего внутреннюю полость негатива на 60-80%. Вкладыш предназначен для уменьшения объема заливаемого модельного материала 14 и для обеспечения возможности охлаждения отливки из модельного материала 4 снаружи и изнутри. Оба этих фактора ускоряют процесс охлаждения отливки, а следовательно сокращают время изготовления анатомической модели (позитива культи инвалида).

В верхнее и нижнее основания вкладыша вварена трубка для заливки модельного материала 11. Во внутреннюю герметичную полость вкладыша 8 подается теплоноситель 9 от терморегулирующего устройства 16, снабженного насосом для его прокачки.

В качестве терморегулирующего устройства, задающего температуру теплоносителя, может быть использован, например, проточный водяной термостат UH-8.

Модельный материал 14, нагревается до требуемой температуры в плавильной камере 13 и по трубке 11 через заливочное приспособление 12 заливается в пространство между вкладышем 8 и негативом 15. Контроль и управление режимом охлаждения проводится по сигналу датчиков температуры 7. В качестве датчиков температуры используются, например, термометры термоэлектрические градуировки ХА.

Предлагаемый способ реализуется при помощи представленного выше устройства следующим образом. Полученный по одной из приведенных выше технологий негатив 15 закрепляют на подставке 3 и размещают в емкости для охлаждения отливок 5. Устанавливают внутри негатива 15 по центру вкладыш 8 предварительно смазав его и внутреннюю стенку негатива антиадгезионной смазкой с целью уменьшения сцепления сформированного позитива с негативом при их последующем разделения.

Прогревают вкладыш 8, до температуры пастообразного состояния термопластичного модельного материала, прокачивая через его внутреннюю герметичную полость теплоноситель 9, нагретый при помощи терморегулирующего устройства 16 до температуры 70-80^oC.

Термопластичный модельный материал 14, нагретый до температуры пастообразного состояния в плавильной камере 13, заливают при помощи заливочного приспособления 12 через трубку 11 в полость между стенками негатива 15 и вкладыша 8. После заполнения всей полости до требуемого уровня подачу модельного материала прекращают. Устанавливают теплоизолирующую крышку 10 для предотвращения образования корки на поверхности расплава, и приступают к охлаждению модельного материала в виде отливки со скоростью не более 1+0,1^oC/мин. Охлаждение отливки из модельного материала 4 с внешней поверхности, контактирующей с негативом 15 осуществляют путем подачи теплоносителя, например воды из системы оборотного водоснабжения или водопровода в емкость для охлаждения отливок 5, а с внутренней стороны, контактирующей с поверхностью вкладыша 8, путем принудительного охлаждения теплоносителя 9, циркулирующего во внутренней полости вкладыша 8, внешним хладоагентом через теплообменник, расположенный в терморегулирующем устройстве 16.

При помощи терморегулирующего устройства 16 и регулятора расхода охлаждающего теплоносителя 2 поддерживается разность температур между охлаждающими поверхностями: внешней поверхностью вкладыша и внутренней поверхностью негатива не менее 5-7^oC, контролируемая по датчикам температуры 7. Эта разность температур требуется для того, чтобы охлаждение модельного материала шло от периферии к центру и отверждение модельного материала начиналось с рабочей поверхности отливки, контактирующей с негативом, а более горячая внутренняя часть образующейся отливки, находящаяся в жидком состоянии, позволяла свободно формироваться усадочной раковине в верхней нерабочей поверхности отливки. Как показали проведенные эксперименты, при разности температур между охлаждающими поверхностями менее 5-7^oC, усадочная раковина может частично образоваться на рабочей поверхности отливки, исказив рабочую поверхность, и снизить тем самым качество изготовления позитива, а следовательно и готового изделия - приемной гильзы протеза.

Охлаждение со скоростью не более 1+0,1^oC/мин для данной модельной композиции является оптимальным, т.к. из проведенных исследований, представленных на табл. 1 и табл. 2, следует, что при больших скоростях охлаждения, особенно в диапазоне температур 50 - 60^oC, происходит значительная температурная усадка, приводящая к образованию раковин и трещин. Это объясняется возникновением усадочных напряжений, которые не успевают релаксировать при нестационарном двумерном поле температур.

После полного отвердевания модельного материала образовавшуюся отливку извлекают из негатива либо путем разрезания негатива, в случае если он изготовлен из прогипсованных бинтов, либо путем развакууммирования воздухонепроницаемого чехла, если он изготовлен по вакуумно-порошковой технологии. Из полученной отливки путем ручной индивидуальной доработки поверхностей получают - позитив. На полученном позитиве методом, например, вакуумного формования изготавливают готовое изделие - приемную гильзу. После изготовления приемной гильзы ее нагревают в горячей воде и извлекают позитив, а вкладыш легко извлекают из позитива при нагреве его проточной водой из термостата до температуры 85-90^oC.

Модельный материал измельчают до мелкой фракции на специальном приспособлении. Измельченную фракцию модельного материала снова помещают в плавильную камеру и используют для изготовления новых отливок, обеспечивая этим полностью безотходную безгипсовую технологию изготовления позитива и соответственно улучшение санитарно-гигиенических условий работы.

Необходимость применения в качестве модельного материала предложенной термопластичной низкоплавкой композиции, состоящей из модельно-воскового состава МВС-3А, наполненного алюминиевой пигментной пудрой в количестве 34-30 мас. %, объясняется тем, что время охлаждения отливки напрямую связано с теплопроводностью модельного материала. Из проведенных исследований по использованию различных металлических и неметаллических наполнителей (графит, медь и др.) и оценки влияния их процентного содержания в модельной композиции на ее теплопроводность получены следующие выводы:

алюминиевая пудра по всем основным показателям превосходит другие наполнители;

как следует из данных, представленных в табл. 3, максимальная теплопроводность указанной композиции соответствует 34 мас.% алюминиевой пигментной пудры.