Đo lường không phá hủy mô cấy titan in 3D bằng chụp cắt lớp điện toán
Bên cạnh cấy ghép nha khoa, Tập đoàn CPM từ Hirschberg cũng phát triển và sản xuất cấy ghép cột sống in 3D bằng titan. Phòng thí nghiệm CPM Diagnostics, thuộc nhóm các công ty kiểm tra cấu trúc vật thể bằng máy đo tọa độ tích hợp CT nhỏ gọn.
Mỗi năm, ngày càng có nhiều ca cấy ghép nha khoa được thực hiện trên khắp thế giới. Chỉ riêng ở Đức đã có hơn một triệu người mỗi năm. Đây là sự phát triển mà Claus-Peter Maier có lẽ đã thấy trước khi ông thành lập công ty của mình, công ty ngày nay cung cấp nhiều loại sản phẩm y tế, họ tập trung vào cấy ghép nha khoa cho các công ty lớn trên toàn thế giới.
Về cơ bản, thành công dựa trên sự đánh giá chính xác về sự phát triển của thị trường, sự đa dạng hóa tương ứng các lựa chọn và nhân viên có trình độ, đơn vị sở hữu thiết bị chất lượng cao. Hiện có bốn công ty độc lập trực thuộc công ty mẹ CPM Global GmbH, chuyên phát triển, sản xuất và bán các bộ phận tiện và phay chính xác cho nha khoa và chỉnh hình, hoàn thiện bề mặt và công nghệ đo lường và thử nghiệm. Các công ty con có mối liên kết chặt chẽ với nhau, điều đó có nghĩa là CPM có thể cung cấp cho khách hàng của mình những bộ phận cấy ghép “sẵn sàng để lắp đặt” và các sản phẩm bổ sung.
Công ty CPM là phòng thử nghiệm được công nhận để thử nghiệm vật liệu, phân tích vật liệu và kiểm tra chất lượng bề mặt. Giám đốc điều hành Christoph Stoll (Hình 1) giải thích: “Ngày nay, Tập đoàn CPM cung cấp các mô cấy có độ chính xác cao và được phủ bề mặt – đã được thử nghiệm và đóng gói vô trùng. Vào năm 2010, chúng tôi đã thành lập CPM Diagnostics GmbH như một trung tâm để phục vụ nhu cầu này, đồng thời cũng cung cấp các dịch vụ đo lường của mình trên thị trường mở.”
Để đáp ứng nhu cầu cao của ngành y tế, ban đầu công ty đã đầu tư vào kính hiển vi điện tử, kính hiển vi ánh sáng trắng và hệ thống kiểm tra độ bền. Stoll nhấn mạnh: “Việc đạt chứng chỉ DIN EN ISO/IEC 17025 của Cơ quan Công nhận Đức (DAkkS) cũng quan trọng không kém: “Điều này ghi nhận sự độc lập của chúng tôi và đảm bảo rằng tất cả các bài kiểm tra đều được thực hiện theo tiêu chuẩn.”
In 3D – Quy trình sản xuất mới cho cấy ghép titan
Cho đến nay, trọng tâm của Chẩn đoán CPM là phân tích SEM/EDX, kiểm tra độ nhám không tiếp xúc và kiểm tra độ bền cần thiết để được thị trường chấp thuận cho cấy ghép nha khoa theo DIN EN ISO 14801.
Christoph Stoll giải thích: “Sau những thử nghiệm với một máy in nhỏ dùng để nấu chảy bột titan bằng laze, năm nay chúng tôi đã đầu tư vào một hệ thống Trumpf TruPrint 2000 lớn hơn, chất lượng cao, đảm bảo sản lượng cấy ghép cột sống và nha khoa tiết kiệm. Tuy nhiên, những phôi như vậy yêu cầu phân tích cấu trúc vi mô để xác nhận rằng không có lỗ sâu, vết nứt hoặc các khuyết tật khác ẩn bên trong. Với TruPrint mới của chúng tôi, những lỗi như vậy rất hiếm xảy ra, nhưng chúng tôi có nghĩa vụ cung cấp bằng chứng cho các phôi gia công được sử dụng trong thân máy và cho các sản phẩm liên quan đến an toàn.”
Chụp cắt lớp điện toán (CT) – Giải pháp lý tưởng để kiểm tra và đo lường
Theo Stoll, không có giải pháp nào thay thế cho chụp cắt lớp điện toán X-quang (CT) để kiểm tra không phá hủy cấu trúc in 3D. Trong quy trình này, hiện đang được sử dụng ngày càng thường xuyên hơn trong công nghiệp, vật thể tương ứng được di chuyển quanh trục của chính nó trên bàn xoay và được chiếu xạ. Từ hàng nghìn hình ảnh 2D được tạo theo cách này, phần mềm đo lường sẽ tính toán thể tích chi tiết gia công ba chiều ở dạng đám mây điểm dày đặc, mô tả tất cả thông tin hình học của mẫu đo theo tỷ lệ 1:1.
CPM quyết định đầu tư vào hệ thống TomoScope XS từ Werth Messtechnik GmbH, Gießen. Nhà sản xuất này đã được biết đến với Christoph Stoll, vì công ty trực thuộc CPM Precision đã đầu tư vào máy đo tọa độ đa cảm biến Werth ScopeCheck S với cảm biến sợi quang và xử lý hình ảnh đã được cấp bằng sáng chế vài năm trước. Công nghệ này có thể quét chính xác hình dạng bên trong của chi tiết cấy ghép nha khoa. “Đối với nhiệm vụ này cũng vậy, chúng tôi đã nghĩ đến một chiếc máy đo tọa độ cùng với máy chụp cắt lớp điện toán,” Stoll nhớ lại. “Nhưng vào thời điểm đó, chỉ có những thiết bị CT rất lớn và đắt tiền trên thị trường. May mắn thay, điều đó đã thay đổi – ít nhất là đối với Werth.”
Hình 2. Trợ lý phòng thí nghiệm Thore Bienas đánh giá cao phần mềm đo lường thân thiện với người dùng, cho phép ông lập trình quy trình đo lường một cách nhanh chóng và đánh giá một cách dễ dàng.
Năm 2017, nhà sản xuất thiết bị đo Giessen đã giới thiệu TomoScope XS nhỏ gọn, mở ra nhiều ứng dụng đo lường mới cho CT. Yếu tố cốt lõi là ống truyền dẫn, đạt được tiêu điểm nhỏ ở công suất ống cao và do đó cho phép chụp cắt lớp nhanh với độ phân giải cao
Thiết kế monoblock mở của nó đảm bảo chi phí vận hành thấp và giảm thiểu thời gian chết. Điện áp ống tối đa là 160 kV, công suất tối đa là 80 W. Điều này có nghĩa là các vật liệu dày đặc hơn cũng có thể được chiếu xạ và có thể đạt được thời gian chiếu xạ dài hơn. Trục quay đệm khí, có độ chính xác cao đảm bảo độ sai lệch của phép đo thấp.
Hình 1. Christoph Stoll, Giám đốc điều hành của CPM Diagnostics: “Chúng tôi hiện đang sử dụng thiết bị CT nhỏ gọn để phân tích cấu trúc của các mô cấy in 3D của chúng tôi. Trong thời gian tới, chúng tôi cũng sẽ sử dụng nó để đo các đặc điểm hình học.”
“Chúng tôi cũng đã tìm kiếm các giải pháp thay thế,” Stoll nói, “nhưng không thể tìm thấy thứ gì đáp ứng được yêu cầu của chúng tôi theo cách có thể so sánh được. TomoScope XS lý tưởng cho chúng tôi xét về hiệu suất, thiết kế nhỏ gọn và trọng lượng thấp dưới một tấn. Chúng tôi có thể tích hợp nó vào môi trường phòng thí nghiệm của chúng tôi mà không gặp bất kỳ sự cố nào.” Thiết bị này cũng ghi điểm với chi phí mua thấp, đảm bảo lợi ích của khách hàng.
Trợ lý phòng thí nghiệm Thore Bienas chịu trách nhiệm vận hành (Hình 2) và rất hào hứng về việc sử dụng thiết bị đo và phần mềm đo WinWerth dễ dàng như thế nào: “Chỉ cần một vài mục nhập để lập trình các phép đo, được phần mềm hỗ trợ tương tác . Khi đánh giá, tôi thường chỉ cần vài cú click chuột là có được kết quả như mong muốn.”
Hình 3. Cực kỳ tiết kiệm thời gian: Máy đo tọa độ CT được thiết lập chỉ trong vài phút, đo quét trong thời gian ngắn và báo cáo dữ liệu đo để đánh giá ngay sau khi quét
Ứng dụng đơn giản – kết quả nhanh chóng
Các kỹ thuật viên đo lường thực sự ngạc nhiên với tốc độ quét được thực hiện trên TomoScope XS. Mặc dù yêu cầu độ phân giải cao của bản quét, thời gian đo chỉ hơn 20 phút một chút, ngay cả với túi độn thắt lưng rộng vài centimet làm bằng titan (Hình 3).
Ngoài ống truyền dẫn do Werth đồng phát triển, chế độ vận hành OnTheFly CT cũng chịu trách nhiệm cho việc này. Tránh thời gian chết xảy ra khi định vị phôi bằng cách xoay liên tục trục thiết bị. Việc tái tạo khối lượng phôi gia công theo thời gian thực song song với việc thu nhận hình ảnh cực kỳ tiết kiệm thời gian, do đó dữ liệu đo lường có độ chính xác cao ngay lập tức có sẵn để đánh giá.
CPM Diagnostics hiện đang sử dụng thiết bị CT để phân tích các lỗ sâu trên các mô cấy titan được in 3D. Từng bộ phận được kiểm tra riêng lẻ trước khi đưa vào gia công cơ khí. “Chúng tôi đang xem xét liệu việc kiểm tra ngẫu nhiên trên mỗi lệnh in có thể là đủ hay không. Tuy nhiên, nhờ mức độ tự động hóa cao của Werth TomoScope, chúng tôi có thể sẽ tiếp tục thực hiện kiểm tra 100% ngay cả khi số lượng sản xuất tăng lên.
Với chiến lược đầu ra kép, WinWerth cho phép các kỹ thuật viên đo lường xác định bất kỳ lỗ hổng nào trong nháy mắt và đọc nội dung khối lượng được tính toán. Các lỗ phun nước, được mã hóa màu theo nội dung thể tích của chúng, được hiển thị bằng đồ họa từ các góc nhìn khác nhau trên đám mây điểm bán trong suốt và các giá trị số được hiển thị ở dạng bảng.
Giám đốc điều hành Stoll chỉ ra rằng thiết bị CT “cũng nên được sử dụng để đo các đặc tính hình học trong trung hạn. Phạm vi mở rộng đã gây ra phản ứng rất tích cực từ khách hàng của chúng tôi.”
Vào mùa xuân năm 2021, phân tích CT cũng sẽ được đưa vào khu vực công nhận. Về vấn đề này, thông số kỹ thuật tuân thủ tiêu chuẩn của Werth TomoScope, viết tắt của kết quả đo đáng tin cậy và có thể theo dõi, phù hợp với phòng thử nghiệm. Werth đã có thể cung cấp thiết bị CT có chứng chỉ DAkkS, vì phòng thí nghiệm DAkkS của Werth là cơ sở đầu tiên thuộc loại này được công nhận để hiệu chuẩn máy đo tọa độ với chụp cắt lớp điện toán kể từ năm 2011