Испытательная машина ММД-1: надежность 3D-печатных эндопротезов крупных суставов в сложных клинических случаях

Испытательная машина ММД-1 — это компактное напольное оборудование с  электродинамическим приводом, разработанное для проведения точных физико-механических испытаний материалов и конструкций с максимальными нагрузками до 10 кН. Испытательная машина снабжена бесщеточным  линейным сервоприводом постоянного тока, оснащенный мощными магнитами из редкоземельных элементов, которые взаимодействуют с витками статора, обеспечивает быстрое и точное движение нагружающего механизма и электронный датчик силы, что обеспечивает класс точности 0.5 и перемещение привода до ±50 мм. Испытательная машина позволяет моделировать реальные механические воздействия на образец без люфтов, с возможностью преднагрузки и работы в статическом и динамическом режимах  растяжения, сжатия, изгиба, среза. Линейный привод работает в замкнутом цикле регулирования под управлением цифрового контроллера.

Применение ММД-1 охватывает несколько ключевых сфер, связанных с разработкой и контролем медицинских изделий. В травматологии и ортопедии машина обеспечивает проведение испытаний на прочность имплантатов, включая эндопротезы тазобедренного и коленного суставов. В промышленном производстве она используется для сертификации конструкций из композитов и металлов. Дополнительно оборудование востребовано в научно-исследовательских институтах для исследования новых материалов, таких как 3D-печатные структуры с пористым покрытием.

Техническая реализация и возможности

ММД-1 отличается модульной архитектурой с возможность расширения функционала. Система включает цифровой контроллер с ПО для программирования циклов испытаний, визуализацией кривых нагрузка-деформация в реальном времени и экспортом данных в форматы CSV или Excel. Двигатель с разрешением по перемещению 1 мкм позволяет проводить циклическое нагружение образцов до 200 Гц.

Ключевые режимы работы:

Эта функциональность делает машину незаменимой для верификации индивидуальных имплантатов, созданных по технологиям обратного инжиниринга и аддитивного производства.

Области применения в ортопедической практике

В контексте эндопротезирования крупных суставов ММД-1 решает задачи контроля качества при сложных клинических сценариях. Для пациентов с большими костными дефектами (классификация Paprosky 3B) стандартные протезы часто неприменимы, поэтому используются персонализированные 3D-печатные конструкции из титановых сплавов. Машина имитирует биомеханические нагрузки походки (3-5 кН) и подъема (до 7 кН) в искусственной кости из полиуретана по ASTM F1839, проверяя остеоинтеграцию пористых поверхностей и риск проседания.

В ревизионной хирургии ММД-1 подтверждает стабильность протезов после неудачных операций, где дефекты превышают 50% объема кости. 

Тестирование включает:

Такие проверки снижают внутриоперационные риски и обеспечивают соответствие требованиям Росздравнадзора и FDA.

Интеграция с предшествующими этапами — обратным инжинирингом (3D-сканирование КТ-данных) и аддитивными технологиями (селективное лазерное сплавление) — образует замкнутый цикл: от виртуальной модели к сертифицированному изделию. В российских НМИЦах (например, им. Вредена) ежегодно проходят испытания свыше 1000 конструкций, что ускоряет внедрение инноваций.

Меры по техники безопасности

Эксплуатация ММД-1 требует строгого соблюдения протоколов для минимизации рисков. Перед запуском проверяйте фиксацию образца и калибровку датчиков нагрузки/деформации. Используйте защитные кожухи вокруг зоны испытаний, чтобы предотвратить выброс осколков при разрушении проб. Работайте в спецодежде, перчатках и очках; отключите питание при замене зажимов.

Запреты:

Ежегодная поверка по методике 94372-25 и обучение операторов обязательны. В случае аварии немедленно остановите машину кнопкой E-stop и сообщите в службу безопасности.