مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

آنالیز حساسیت پارامترهای فرآیند سوراخ‌کاری ارتوپدی با استفاده از ابزارهای پوشش‌دهی شده با نانوپوشش نیترید تیتانیوم

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
معین طاهری
محمد جواد محمدی
دانشگاه اراک
10.22034/mme.23.10.3
چکیده
در علم ارتوپدی، فرآیند سوراخ‌کاری یکی از مهم‌ترین مراحل در تهیه ابزارها و ایمپلانت‌های پزشکی است. بهبود عملکرد ابزارها و ایمپلانت‌های پزشکی از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا این ابزارها و ایمپلانت‌ها در ترمیم آسیب‌های استخوانی و مفصلی استفاده می‌شوند. یکی از روش‌های بهبود کارایی این ابزارها و ایمپلانت‌ها، استفاده از نانو پوشش‌های نیترید تیتانیوم بر روی ابزارهای سوراخ‌کاری است. این مقاله با هدف تحلیل حساسیت و بهینه‌سازی نیروی محوری در فرآیند سوراخ‌کاری ارتوپدی با استفاده از ابزار پوشش‌دهی شده با نانو پوشش نیترید تیتانیوم به روش رسوب‌دهی فیزیکی ارائه می‌شود. هدف از این تحقیق، بهبود عملکرد و کارایی این فرآیند با بهینه‌سازی پارامترهای مختلف شامل سرعت چرخش ابزار، عمق برش و پوشش نیترید تیتانیوم است. برای این منظور، با تجزیه و تحلیل داده‌های آزمایشات، آنالیز حساسیت نیز انجام گردیده است. نتایج نشان داده است که سرعت دورانی به‌عنوان اثرگذارترین پارامتر، در حالت بدون نانوپوشش، تأثیر کمتری (تأثیر 45 درصد) بر نیروی محوری دارد، در حالی که در حالت با نانوپوشش، تأثیر بیشتری (تأثیر 73 درصد) را نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
سوراخ‌کاری
ارتوپد
نانوپوشش ابزار
ماشین‌کاری
آنالیز حساسیت

موضوعات

عنوان مقاله English

Sensitivity Analysis of Orthopedic Drilling Process Parameters Using Titanium Nitride Nanocoated Tools

نویسندگان English

Moein Taheri
Mohammad Javad Mohammadi
چکیده English

In orthopedics, the drilling process is one of the most important steps in the preparation of medical tools and implants. Improving the performance of medical tools and implants is of great importance, because these tools and implants are used in the repair of bone and joint injuries. One of the ways to improve the efficiency of these tools and implants is to use titanium nitride nano coatings on drilling tools. This article is presented with the aim of experimental analysis and optimization of axial force in the orthopedic drilling process using a tool coated with titanium nitride nano coating by physical deposition method. The purpose of this research is to improve the performance and efficiency of this process by optimizing various parameters such as tool rotation speed, cutting depth and titanium nitride coating. For this purpose, experimental tests were conducted using the response surface method. the sensitivity analysis was also performed. The results have shown that the rotational speed, as the most effective parameter, has a lesser effect (45% effect) on the axial force in the case without nanocoating, while it shows a greater effect (73% effect) in the case with nanocoating.

کلیدواژه‌ها English

Drilling
Orthopedics
Tool Nanocoating
Machining
Sensitivity Analysis
1. Krebs FC. Fabrication and processing of polymer solar cells: A review of printing and coating techniques. Solar energy materials and solar cells. 2009; 93(4):394-412.
2. Wang J, Zhu J, Zhang Y, Liu J, Van der Bruggen B. Nanoscale tailor-made membranes for precise and rapid molecular sieve separation. Nanoscale. 2017; 9(9):2942-2957.
3. Javaid M, Haleem A. Impact of industry 4.0 to create advancements in orthopaedics. Journal of Clinical Orthopaedics and Trauma. 2020; 11:S491-S499.
4. Jakopec M, y Baena FR, Harris SJ, Gomes P, Cobb J, Davies BL. The hands-on orthopaedic robot" Acrobot": Early clinical trials of total knee replacement surgery. IEEE Transactions on Robotics and Automation. 2003; 19(5):902-911.
5. Dubey AK, Yadava V. Laser beam machining—A review. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2008; 48(6):609-628.
6. Rodríguez-Barrero S, Fernández-Larrinoa J, Azkona I, López de Lacalle LN, Polvorosa R. Enhanced performance of nanostructured coatings for drilling by droplet elimination. Materials and Manufacturing Processes. 2016;3 1(5):593-602.
7. Gupta K, Laubscher RF. Sustainable machining of titanium alloys: a critical review. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2017; 231(14):2543-2560.
8. Mouche PA, Koyanagi T, Patel D, Katoh Y. Adhesion, structure, and mechanical properties of Cr HiPIMS and cathodic arc deposited coatings on SiC. Surface and Coatings Technology. 2021; 410:126939.
9. Dabees S, Mirzaei S, Kaspar P, Holcman V, Sobola D. Characterization and Evaluation of Engineered Coating Techniques for Different Cutting Tools. Materials. 2022; 15(16):5633.
10. Badr A. Creation of titanium oxynitride ceramic coating on metals for use in medicine. Journal of Iran's ceramic. 2020; 16(1):34-45 (in persian).
11. Lakshminarayanan AK, Balasubramanian V. Process parameters optimization for friction stir welding of RDE-40 aluminium alloy using Taguchi technique. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2008; 18(3):548-554.
12. Zhu W, Fu H, Li F, Ji X, Li Y, Bai F. Optimization of CFRP drilling process: a review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2022; 123(5-6):1403-1432.
13. Nikueimanesh A, Akbarzadeh S .Numerical and Experimental Investigation of Wear in Nanostructured Tin Coating on Steel Substrate. Modares Mechanical Engineering .2020; 20(1):149-155. (in persian).
14. Wu J, Ling C, Ge A, Jiang W, Baghaei S, Kolooshani A. Investigating the performance of tricalcium phosphate bioceramic reinforced with titanium nanoparticles in friction stir welding for coating of orthopedic prostheses application. Journal of Materials Research and Technology. 2022; 20:1685-1698.
15. Tahmasbi V, Pak A, Zeinolabedin Beygi A, HassanPour P. Experimental Analysis and Optimization of Thrust Force in the Orthopedic Drilling Process Using the Tool Coated with Titanium Nitride Nano Coating by the Physical Vapor Deposition Method. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2022; 9(5):49-59. (in persian).
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 23، شماره 10
مهر 1402
صفحه 3-8