بررسی تجربی و بهینه‌سازی اثر پارامترهای فرایند در ماشین‌کاری استخوان بر کیفیت سطح استخوان

سوراخ‌کاری استخوان یک فرایند عمومی در ارتوپدی است. در فرایند سوراخ‌کاری استخوان حرارت تولید می‌شود که این حرارت می‌تواند باعث ایجاد مرگ سلولی و در نتیجه تغییر در خواص مکانیکی استخوان شود. همچنین در این فرایند با توجه ‌به پارامترهای سوراخ‌کاری، کیفیت سطح محل سوراخ‌کاری تغییر می‌کند که این پارامتر بر روی طول دوره درمان، موفقیت درمان و احساس درد بیمار بسیار مهم است. در این مطالعه هدف یافتن پارامترهای فرایند سوراخ‌کاری موثر در کیفیت سطح سوراخ‌کاری استخوان جهت نزدیک‌شدن به جراحی کم تهاجمی است. پارامترهای سرعت دورانی، سرعت پیشروی و قطر ابزار در فرایند سوراخ‌کاری بر روی دمای استخوان و نیروی محوری تاثیر می‌گذارد که این پارامترها نیز بر روی کیفیت سطح اثرگذار است. در این پژوهش از استخوان تازه فمور گاو 3 ساله با ضخامت استخوان کورتیال 9-11 میلی‌متر در بخش دیافیز استفاده گردید. از بررسی‌های انجام شده در این مطالعه پیشنهاد می‌شود جهت فرایند سوراخ‌کاری سرعت دورانی 50 دور در دقیقه، سرعت پیشروی 50 میلی‌متر بر دقیقه و قطر ابزار 2.5 میلی‌متر در نظر گرفته شود تا ترک و زبری در سطح محل سوراخ‌کاری کاهش یابد.

experimental investigation and optimization of the effect of process parameters in bone machining on bone surface quality

bone drilling is a common procedure in orthopedics. during the bone drilling process, heat is generated, which can lead to cell death and consequently alter the mechanical properties of the bone. additionally, the surface quality of the drilled area changes depending on the drilling parameters, which can significantly affect the healing period, treatment success, and the patient’s pain experience. this study aims to identify the drilling process parameters that influence the surface quality of bone drilling to approach minimally invasive surgery. the rotational speed, feed rate, and tool diameter in the drilling process affect the bone temperature and axial force, impacting the surface quality. in this research, fresh femur bone from a 3-year-old cow with a cortical bone thickness of 9–11 mm in the diaphysis was used. based on the findings of this study, it is recommended that a rotational speed of 50 rpm, a feed rate of 50 mm/min, and a tool diameter of 2.5 mm be used during the drilling process to reduce cracking and surface roughness in the drilled area.