В ПНИПУ разработали 3D‑модель для прогнозирования микрорельефа медицинских имплантатов с точностью 98%

Ученые Пермского Политеха создали компьютерную 3D‑модель, которая с точностью 98% прогнозирует, как электрическая искра меняет поверхность медицинского импланта. Инструмент предназначен для настройки электроэрозионной обработки. Это метод, при котором микроскопические искры формируют на металле нужный микрорельеф. Статья о работе опубликована в сборнике трудов конференции «Автоматизированные системы управления и информационные технологии».

Титановые эндопротезы тазобедренных и коленных суставов требуют строго заданной шероховатости поверхности. Благодаря ей костная ткань может врастать в имплант. Если структура слишком гладкая или, наоборот, хаотичная, возрастает риск отторжения. Оно происходит примерно в 5% случаев. Во время электроэрозионной обработки разряды возникают случайно, поэтому форму и глубину каждой отдельной вмятины трудно предсказать. Существующие программы 3D‑моделирования обычно требуют суперкомпьютеров и долгих расчетов. На практике из‑за этого производители нередко работают методом проб и ошибок.

Модель ПНИПУ опирается всего на два параметра: энергию удара и свойства металла. Программа подставляет их в формулу и за несколько секунд вычисляет глубину ямки, форму кратера и итоговую шероховатость поверхности. В вычислительных экспериментах ученые задали параметры одной искры и смоделировали воздействие на виртуальную деталь из стали. Результаты показали такую динамику: после 10 000 искр образуется кратер глубиной 0,05 миллиметра, после 50 000 глубина достигает 0,25 миллиметра, после 100 000 уже 0,5 миллиметра.

Когда расчеты сравнили с реальными экспериментами, точность прогноза достигла 98%. Доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ, кандидат технических наук Даниил Курушин объясняет, что модель помогает заранее, еще до запуска станка, рассчитать режим обработки. На это уходят секунды, а на выходе можно получить нужный микрорельеф поверхности импланта.