RU2848396C1 - Method for manufacturing a compression screw for osteosynthesis of the foot bones - Google Patents
Method for manufacturing a compression screw for osteosynthesis of the foot bonesInfo
- Publication number
- RU2848396C1 RU2848396C1 RU2024131299A RU2024131299A RU2848396C1 RU 2848396 C1 RU2848396 C1 RU 2848396C1 RU 2024131299 A RU2024131299 A RU 2024131299A RU 2024131299 A RU2024131299 A RU 2024131299A RU 2848396 C1 RU2848396 C1 RU 2848396C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- osteosynthesis
- compression screw
- manufacturing
- foot
- turning
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, а именно к хирургии стопы, и может быть использовано в травматологии и ортопедии при лечении синдрома диабетической стопы, стопы Шарко, посттравматической многокомпонентной деформации стопы и голеностопного сустава.The invention relates to the field of medicine, namely to foot surgery, and can be used in traumatology and orthopedics in the treatment of diabetic foot syndrome, Charcot foot, post-traumatic multicomponent deformity of the foot and ankle joint.
Известно большое количество видов компрессионных винтов, например типа BOLD, которые изготавливают из титанового сплава Ti6A14V и используют для реконструкции кости, фиксации небольших костных фрагментов при артродезе в хирургии стопы. Также известны компрессионные винты (патент RU на полезную модель № 219431, патент RU на изобретение № 2585743) из материалов с высоким модулем упругости, что приводит к последующей резорбции кости или поломке компрессионного винта.There are numerous types of compression screws, such as the BOLD type, which are made of Ti6A14V titanium alloy and used for bone reconstruction and the fixation of small bone fragments during arthrodesis in foot surgery. Compression screws (RU patent for utility model no. 219431, RU patent for invention no. 2585743) made of materials with a high modulus of elasticity are also known, which leads to subsequent bone resorption or fracture of the compression screw.
Известен компрессионный винт для остеосинтеза костей стопы, выполненный в виде цилиндрического стержня со сквозным осевым каналом для направляющей спицы, с наружной винтовой нарезкой с обоих концов. Резьба на концах стержня выполнена однонаправленная, но разного шага, на первом конце выполнено гнездо для передачи крутящего момента. Соотношение диаметров резьбовых участков и свободного от резьбы участка обеспечивает плотную посадку винта в кости, на всем протяжении винта он обжимается костной тканью и полностью утопает в кости. Компрессионные винты имеют длину от 50 мм до 160 мм, диаметр винта составляет от 5,5 до 7,5 мм (с учётом допустимых отклонений, неизбежных при изготовлении). Винт должен обеспечивать необходимую прочность на изгиб, что позволяет гарантировать надёжную фиксацию костных отломков при остеосинтезе костей стопы (патент RU на полезную модель №219431). В данном патенте в качестве материалов компрессионного винта предлагается применять сплав ВТ 6, сталь 12Х18Н10Т и технически чистый титан. Содержащийся в этих материалах алюминий, хром, никель и ванадий оказывают токсичное действие на органы и ткани организма человека. A compression screw for foot osteosynthesis is a cylindrical rod with a through-axial channel for a guide pin and external screw threads at both ends. The threads at each end of the rod are unidirectional but of varying pitch, with a socket at the first end for torque transmission. The ratio of the diameters of the threaded sections to the unthreaded section ensures a tight fit within the bone; the screw is compressed by bone tissue throughout its entire length and completely recessed. Compression screws range in length from 50 mm to 160 mm, with a screw diameter of 5.5 to 7.5 mm (allowing for manufacturing tolerances). The screw must provide the necessary flexural strength to ensure reliable fixation of bone fragments during osteosynthesis of the foot bones (RU patent for utility model No. 219431). This patent proposes using VT 6 alloy, 12Kh18N10T steel, and commercially pure titanium as compression screw materials. The aluminum, chromium, nickel, and vanadium contained in these materials are toxic to the organs and tissues of the human body.
Недостатком винтов для остеосинтеза костей стопы из приведенных выше материалов является недостаточная прочность и токсичность. The disadvantage of screws for osteosynthesis of foot bones made from the above materials is insufficient strength and toxicity.
В последние время интенсивно развивается новое научное направление повышения механических свойств за счет формирования однородной ультрамелкозернистой структуры или наноструктуры в объеме изделий. Развитие этого направления связанно с получением недостижимой для традиционных материалов прочности, что особенно актуально при производстве медицинских изделий. Recently, a new scientific field has been rapidly developing: improving mechanical properties by creating a homogeneous ultrafine-grained structure or nanostructure within the bulk of products. This development is aimed at achieving strength unattainable with traditional materials, which is particularly relevant in the production of medical devices.
Получение ультрамелкозернистых и наноструктурных состояний в металлических материалах осуществляется реализацией метода интенсивной пластической деформации (ИПД). Наибольшее распространение получили методы равноканального углового прессования (РКУП), abc-прессования с многопроходной прокаткой и ротационной ковки.Ultrafine-grained and nanostructured states in metallic materials are achieved through severe plastic deformation (SPD). The most widely used methods are equal-channel angular pressing (ECAP), ABC pressing with multi-pass rolling, and rotary forging.
Для повышения механических свойств компрессионного винта и улучшения остеосинтеза предлагается способ изготовления компрессионного винта для остеосинтеза костей стопы из биоинертного сплава Ti40Nb9Zr с ультрамелкозернистой структурой, включающий заготовительное производство горячекатаных прутков, точение до размеров по условиям последующего abc-прессования со ступенчатым уменьшением температуры и многопроходной прокатки заготовок квадратного сечения, восстановительный отжиг в среде аргона и изготовление компрессионного винта точением и нарезанием резьбы на продольном автомате с ЧПУ.In order to increase the mechanical properties of the compression screw and improve osteosynthesis, a method is proposed for manufacturing a compression screw for osteosynthesis of the bones of the foot from a bioinert Ti40Nb9Zr alloy with an ultrafine-grained structure, including the blank production of hot-rolled rods, turning to dimensions according to the conditions of subsequent abc-pressing with a stepwise decrease in temperature and multi-pass rolling of square-section blanks, recovery annealing in an argon environment and manufacturing the compression screw by turning and thread cutting on a longitudinal CNC machine.
Новые отличительные признаки - винт для остеосинтеза костей стопы, выполнен из биоинертного сплава Ti40Nb9Zr с пониженным модулем упругости с ультрамелкозернистой структурой путем осуществления технологических операций и условий их выполнения, что позволяет повысить механическую прочность на изгиб, обеспечить биоинертность, снизить возможность резорбции кости и улучшить процесс остеосинтеза стопы. New distinctive features - a screw for osteosynthesis of foot bones, made of bioinert Ti40Nb9Zr alloy with a reduced modulus of elasticity with an ultrafine-grained structure through the implementation of technological operations and conditions for their implementation, which allows for increased mechanical bending strength, ensure bioinertness, reduce the possibility of bone resorption and improve the process of osteosynthesis of the foot.
Способ изготовления компрессионного винта длиной 50 мм и диаметром 5,5 мм для остеосинтеза костей стопы осуществляется следующим образом. The method for manufacturing a compression screw 50 mm long and 5.5 mm in diameter for osteosynthesis of the bones of the foot is as follows.
1. Заготовительное производство горячекатаных прутков сплава Ti40Nb9Zr диаметром 20 мм и длиной 300 мм с термообработкой.1. Blank production of hot-rolled rods of Ti40Nb9Zr alloy with a diameter of 20 mm and a length of 300 mm with heat treatment.
2. Точение заготовок для abc-прессования до диаметра 17,5 мм и длиной 36 мм с контролем сплошности поверхности. 2. Turning of blanks for ABC pressing up to a diameter of 17.5 mm and a length of 36 mm with surface continuity control.
3. Abc-прессование за 14 циклов со скоростью деформации 103…101°с–1 с последовательным многоступенчатым понижением температуры в диапазоне (0,6…0,3) Тп, где Тп - температура плавления материала. Перед каждым последующем прессованием деформируемый образец поворачивают вокруг продольной оси на 90°. После abc-прессования образцы деформированного титанового сплава Ti40Nb9Zr имеют форму параллелепипедов с размерами 20,5×20,5×20,5 мм.3. Abc-pressing for 14 cycles at a deformation rate of 10 3 …10 1° s –1 with a sequential multi-stage temperature decrease in the range of (0.6…0.3) T p , where T p is the melting temperature of the material. Before each subsequent pressing, the deformed specimen is rotated around the longitudinal axis by 90°. After abc-pressing, the specimens of the deformed titanium alloy Ti40Nb9Zr have the shape of parallelepipeds with dimensions of 20.5 × 20.5 × 20.5 mm.
4. Формирование прутков квадратного сечения до размера 106х9,0х9,0 мм многопроходной ручьевой прокаткой, что позволяет более эффективно измельчать зерна исходной структуры и повышать механические свойства. Скорость прокатки составляет 10 м/мин. Прокатку проводили до конечной деформации при степенях обжатия с шагом 2…3% и общим числом проходов до 70. После прокатки неоднородность структуры уменьшается, что обеспечивает дополнительное деформационное упрочнение. Истинная деформация после 14-кратного abc-прессования и 70 проходов прокатки составила e=1.473. При этом формируются ультрамелкозернистые структуры со средним размером зерен и элементов структуры 0,3±0,1 мкм.4. Formation of square rods measuring 106 x 9.0 x 9.0 mm using multi-pass strand rolling, which allows for more efficient grain refinement of the initial structure and improved mechanical properties. The rolling speed is 10 m/min. Rolling was carried out to final deformation at reduction rates of 2...3% and a total of 70 passes. After rolling, the structural heterogeneity decreases, providing additional strain hardening. The true strain after 14-fold abc pressing and 70 rolling passes was e = 1.473. This results in the formation of ultrafine-grained structures with an average grain and structural element size of 0.3 ± 0.1 μm.
5. Восстановительный отжиг в среде аргона и интервале температур 250…300°C длительностью 1…3 ч, для повышения пластичности и снижения внутренних напряжений в УМЗ сплаве после abc-прессования и прокатки, который обеспечивает окончательное формирование требуемой структуры сплава со стабильными механическими свойствами. За счет формирования УМЗ структуры достигнуто повышение предела прочности с 620 МПа до 940 МПа, повышение условного предела текучести с 570 МПа до 930 МПа и увеличение микротвердости , с 207 до 226 при сохранении предельной пластичности на растяжение 5%. Сформированная УМЗ структура обеспечивает более однородную механическую обработку с высокой точностью.5. Recovery annealing in an argon atmosphere at temperatures ranging from 250 to 300°C for 1 to 3 hours to improve ductility and reduce internal stresses in the UFG alloy after abc pressing and rolling, ensuring the final formation of the required alloy structure with stable mechanical properties. The formation of the UFG structure resulted in an increase in tensile strength. from 620 MPa to 940 MPa, increasing the yield strength from 570 MPa to 930 MPa and an increase in microhardness , from 207 to 226 while maintaining a 5% tensile ductility limit. The resulting UFG structure ensures more uniform machining with high precision.
6. Точение полученной заготовки и нарезание резьбы на токарном автомате продольного точения с ЧПУ до требуемой конструкции компрессионного винта с размером 5,5×50 мм (по патенту на полезную модель № 219431).6. Turning the resulting workpiece and cutting threads on a longitudinal turning lathe with CNC to the required design of a compression screw with dimensions of 5.5×50 mm (according to patent for utility model No. 219431).
На фиг. 1 изображено точение компрессионного винта на станке XD26H со скоростью точения гладкой части винта 17 м/мин и подачей 0,05 мм/об и нарезанием резьбы со скоростью 9,5 м/мин и подачей 1,5 мм/об.Fig. 1 shows the turning of a compression screw on an XD26H machine with a turning speed of the smooth part of the screw of 17 m/min and a feed of 0.05 mm/rev and thread cutting at a speed of 9.5 m/min and a feed of 1.5 mm/rev.
Предложенный способ изготовления компрессионных винтов позволяет повысить их механическую прочность на изгиб, обеспечить биоинертность, снизить возможность резорбции кости и улучшить процесс остеосинтеза стопы.The proposed method for manufacturing compression screws allows for increasing their mechanical bending strength, ensuring bioinertness, reducing the possibility of bone resorption, and improving the process of foot osteosynthesis.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2848396C1 true RU2848396C1 (en) | 2025-10-17 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859409A (en) * | 1970-04-27 | 1975-01-07 | Fibergrate Corp | Method of making a fiber reinforced plastic article |
| RU2145547C1 (en) * | 1994-12-19 | 2000-02-20 | ОТГ Ст. Галлен АГ | Method for manufacture of parts from thermoplastic materials reinforced by fibre (alterative embodiments) and part manufactured by this method |
| RU2626963C2 (en) * | 2012-02-09 | 2017-08-02 | ОРТОПЕДИК МЕДИКАЛ ЧЕННЕЛС, ЭлЭлСи | Bone screw and method for manufacture |
| US9993337B1 (en) * | 2007-07-19 | 2018-06-12 | Osteosymbionics, Llc | Orthopaedic implant and method of making same |
| RU2790470C2 (en) * | 2021-07-05 | 2023-02-21 | Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" | Medical press for creation of skull bone implants |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3859409A (en) * | 1970-04-27 | 1975-01-07 | Fibergrate Corp | Method of making a fiber reinforced plastic article |
| RU2145547C1 (en) * | 1994-12-19 | 2000-02-20 | ОТГ Ст. Галлен АГ | Method for manufacture of parts from thermoplastic materials reinforced by fibre (alterative embodiments) and part manufactured by this method |
| US9993337B1 (en) * | 2007-07-19 | 2018-06-12 | Osteosymbionics, Llc | Orthopaedic implant and method of making same |
| RU2626963C2 (en) * | 2012-02-09 | 2017-08-02 | ОРТОПЕДИК МЕДИКАЛ ЧЕННЕЛС, ЭлЭлСи | Bone screw and method for manufacture |
| RU2790470C2 (en) * | 2021-07-05 | 2023-02-21 | Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" | Medical press for creation of skull bone implants |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10898249B2 (en) | Self-compressing screws for generating and applying compression within a body | |
| CN102232124A (en) | Commercially pure nanostructured titanium for biomedicine and a method for making a bar thereof | |
| CN112251639A (en) | High-strength antibacterial titanium alloy bar, high-strength antibacterial titanium alloy wire and preparation method of high-strength antibacterial titanium alloy bar | |
| CN113930641A (en) | Medical beta titanium alloy plate and cold machining manufacturing method for controlling texture thereof | |
| RU2848396C1 (en) | Method for manufacturing a compression screw for osteosynthesis of the foot bones | |
| EP3611284A2 (en) | Biodegradable wire implant | |
| CN205019150U (en) | Pressurization intramedullary nail | |
| CN116590551B (en) | A high-strength, low-modulus Ti-Nb-Zr biomedical titanium alloy and its preparation method | |
| US9034017B2 (en) | Spinal fixation rod made of titanium alloy | |
| CN205411278U (en) | A fixing system in bridging combination for bone extension | |
| RU2750359C2 (en) | Rod for intramedullary osteosynthesis and method for making rod for intramedullary osteosynthesis | |
| CN110840545A (en) | Partially threaded magnesium alloy fixing screw for cancellous bone and preparation process | |
| RU2836718C1 (en) | Bar from technically pure titanium for biomedicine and method of its production | |
| CN115647089A (en) | Preparation method of equiaxed ultrafine grain TC4 ELI material and equiaxed ultrafine grain TC4 ELI material | |
| Filip et al. | TiNi shape memory clamps with optimized structure parameters | |
| US20190365442A1 (en) | Bone screws with enhanced fatigue resistance and related kits and methods | |
| JP3148932B2 (en) | Biodegradable and absorbable plate for internal fixation of fracture | |
| CN222398715U (en) | Fracture fixing structure | |
| CN110917407A (en) | High-strength degradable bioactive screw and manufacturing method thereof | |
| Ihsan et al. | Effect of pre-strain on mechanical properties of CP-Ti and Ti-6Al-4V as medical implant materials | |
| RU2844309C1 (en) | Method for production of volumetric semi-finished products from alloy with shape memory of ti-zr-nb system (versions) | |
| Rastitalab et al. | Mechanical Stability of RCSed and ECAPed Intramedullary 316L Stainless Steel Nails in the Treatment of Diaphyseal Bone Fractures | |
| TWI360407B (en) | ||
| CN116687540A (en) | A compression degradable bone screw and its manufacturing method | |
| Rastitalab et al. | An Investigation of Using RCS-processed Intramedullary Stainless Steel 316L Nail in the Treatment of Diaphyseal Bone Fractures |