CN220057035U - 三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，包括槽体，槽体底部设有酸蚀或清洗槽，槽体顶部设有槽盖，槽盖上与酸蚀或清洗槽相对位置设有吊钩，吊钩连接有夹具，夹具伸入酸蚀或清洗槽，酸蚀或清洗槽外侧设有超声波换能器；本装置酸蚀效率高，酸蚀效果好，酸液浓度相对稳定，酸蚀质量更加可控，有益于环保。

Description

三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置

技术领域

本实用新型属于生物医药技术领域，涉及三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置。

背景技术

研究表明，提高种植体表面的粗糙度可以促进成骨细胞与种植体表面的结合，目前常用喷砂-酸蚀、双酸酸蚀、单频超声波酸蚀等方法来处理纯钛种植体表面，以提高其表面粗糙度。喷砂-酸蚀方法由于残砂的存在会将杂质元素，例如铝等，引入种植体表面，从而导致种植体表面周围的生物组织发炎，且很难将杂质元素彻底去除。种植体表面的钛容易氧化，从而形成致密的氧化物薄膜。这层薄膜有时会阻止酸液与钛金属的反应，从而导致双酸酸蚀工艺的酸蚀效率低，酸蚀效果不理想，单频超声波酸蚀的空化效应不强，导致酸蚀后效果不好，酸蚀效率也不高；

目前的单频超声波酸蚀工艺方法存在以下缺点：1、工艺复杂，酸蚀质量难以把控；2、酸蚀效率低，酸蚀质量差；3、酸蚀过程中，随着酸蚀反应的进行，酸液浓度会下降，造成表面处理质量难以掌握；4、酸蚀工艺复杂，酸蚀、清洗设备分散，生产设备占地较大，生产效率不高；5、酸蚀过程中换槽步骤，将种植体脱离液面后，种植体与空气接触，极易引发纯钛种植体表面再次氧化。

目前的单频超声波酸蚀设备存在以下缺点：1、频率单一，耗能高且空化效果不强，从而导致酸蚀效率低，酸蚀成本高；2、无防氧化保护措施，纯钛种植体酸蚀处理过程中极易重新被氧化，从而再次在表面形成氧化膜；3、无保护罩，酸蚀过程中酸液飞溅容易引发事故；4、无法做到四个侧壁及底板同时加热，加热不均匀影响了酸蚀效率及进程；5、液槽换液及清洗不方便，每次换液均需将废液从槽口倒掉，然后清洗后，再次从槽口注入新液。这种换液方式效率低下，且容易撒液，造成事故或环境污染；6、只有底部安装有一个超声波换能器，超声波的辐射方向由下及上。由于种植体结构较为复杂，某些与槽底面相背的种植体表面无法接收到有效的超声波辐射；7、没有种植体专用夹具，只有简单的清洗篮。酸蚀过程中，种植体摆放杂乱无章。对于每个种植体来说，能接收到超声波辐射的面毫无规律可言。造成产品质量参差不齐；8、清洗篮的放入及拿出，一般都是人工直接接触，飞溅的酸液及挥发性的刺激性气体均对人体构成一定的伤害，且会污染工作环境；9、酸蚀过程或酸蚀换槽的过程中必须开放槽口，容易引发挥发性气体污染；10、酸蚀或清洗用的液体不是流动更换的，随着酸蚀的进行，酸液浓度下降，既降低了酸蚀质量，也使得酸蚀过程不易控制，清洗用的液体不是流动更换的，容易造成清洗不干净，污染下道工序；11、各酸蚀槽与清洗槽分开布置，结构分散，不紧凑，占用空间较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，具备酸蚀过程中既能避免带入其它杂质元素，还能提高酸蚀效率且酸蚀效果好的特点。

本实用新型所采用的技术方案是，三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，包括槽体，槽体底部设有酸蚀或清洗槽，槽体顶部设有槽盖，槽盖上与酸蚀或清洗槽相对位置设有吊钩，吊钩连接有夹具，夹具伸入酸蚀或清洗槽，酸蚀或清洗槽外侧设有超声波换能器。

本实用新型的的特点还在于：

其中槽体为矩形敞口壳体，槽盖与槽体敞口配合，槽体前面板和与后面板两端靠近槽体顶部的开口处分别开设有进气孔和出气孔，槽体底部并排开设有三个小槽孔，小槽孔用于连接酸蚀或清洗槽；

其中槽盖包括槽盖本体，槽盖两端分别连接有槽盖提把手，槽盖表面沿三个小槽孔的分布方向开设有长条孔，长条孔内活动连接有与三个小槽孔分别对应的吊钩，槽盖与槽体相对的一面还设有与槽体直角配合的槽盖定位块；

其中吊钩包括吊钩把手、中间连接杆和钩子，吊钩把手与中间连接杆呈T字形连接，中间连接杆远离吊钩把手的一端连接钩子，吊钩把手架设于长条孔两侧且与长条孔垂直，中间连接杆内嵌于长条孔内且与长条孔活动连接；

其中长条孔架设吊钩把手处设有U型定位槽A，吊钩把手嵌于U型定位槽A内；

其中酸蚀或清洗槽具体包括矩形小槽体，小槽体顶部为开口且与小槽孔配合连接，小槽体靠近小槽孔的一端开设有进液孔，超声波换能器设置于小槽体除与小槽孔连接的所有表面，且小槽体表面绕超声波换能器设有多个加热板，小槽体底部开设有出液孔；

其中夹具包括把手、种植体安装板和连接杆，把手与连接杆呈T字型连接，连接杆远离把手的一端连接种植体安装板，小槽孔两侧设有U型定位槽，把手通过小槽孔两侧的U型定位槽将种植体安装板架设于小槽体内，且把手与吊钩对应。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的多频超声波流动酸蚀方法，采用本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，酸蚀效率高，酸蚀效果好，减少了酸液的使用量，有益于环保。

附图说明

图1是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置的总体结构图；

图2是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置中槽盖的结构示意图；

图3是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置中槽盖的仰视图；

图4是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置中槽体的结构示意图；

图5是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置中小槽体的结构示意图；

图6是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置中小槽体的仰视图；

图7是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置中槽体与夹具的连接示意图；

图8是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置中夹具的结构示意图；

图9是本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置中吊钩的结构示意图。

图中，1.槽盖，2.槽体，3.超声波换能器，4.加热板，5.进气孔，6.槽盖提把手，7.小槽体，8.吊钩把手，9.U型定位槽A，10.长条孔，11.吊钩，12.槽盖定位块，13.中间连接杆，14.钩子，15.出气孔，16.U型定位槽，17.进液孔，18.小槽孔，19.出液孔，20.连接杆，21.夹具，22.把手，23.种植体安装板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

实施例1

本实用新型提供了三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，如图1所示，具体包括：

槽体2分为上下两部分，上半部分容纳保护性气体及吊装夹具，下半部分分为三个小槽体7；从左到右，第一个小槽体装着一种弱酸或多种弱酸液混合物，目的是溶解掉种植体表面的氧化膜；第二个小槽体装着一种强酸或多种强酸液混合物，目的是酸蚀种植体表面材料，提高其表面粗糙度；第三个小槽体装着双蒸水，目的是清洗酸蚀后种植体表面，清洗掉残留的酸液。

每个小槽体7的四个壁面及底面中央都用专用胶水粘贴上一个超声波换能器3，五个超声波换能器的频率都不同；三个小槽体的超声波换能器粘贴方式一样；

超声波换能器3产生的超声波在液体中可以引起空化效应，在空化效应作用下可以大大增强酸蚀反应的进程；研究表明多频超声波比单频超声波产生的空化效应强的多。

在具体实施过程中各参数如下表1：

表1不同种植体表面积对应各参数

多频超声波能够显著提高空化产额，其主要的原理可以从三个方面去分析：(1)多频超声波作用于液体介质时，能够加强液体介质内的机械振动，从而破坏液体表面的连续性，使得更多的空气进入到液体介质中，从而介质中的空化核增加；(2)当多个频率的超声波产生作用时，每个频率的超声波能够引起谐振频率相近的空化气泡发生剧烈振动，当这些空化气泡发生内爆时会伴有新的空化核产生，而这些新的空化核除了能够维持该频率的空化，还能为其他频率的空化提供空化核；(3)在低频超声波的负压相中，空化气泡的准静压力减小，使得较高频率的超声波的空化阈值降低，当低频超声波处于正压相时，较高频率的超声波的空化气泡瞬时空化效应增强，从而使得空化产额增加；

利用多频超声波产生的空化效应可以大大加快加强第一个小槽体中去除氧化膜的酸蚀反应、第二个小槽体中钛本体表面的酸蚀反应、第三个小槽体中清洗过程；这不但能够提高酸蚀效率、增强酸蚀效果，还能在取得同样酸蚀效率和效果的前提下，节省酸液使用量；

每个小槽体下方均有出液孔19，安装排液阀门，方便更换酸液和双蒸水；

槽体2上半部分的四个拐角处留有保护性气体的进气口5，与槽盖1相配合，可以将保护性气体封闭于槽体2上半部分，避免了酸蚀流程过程中种植体表面被再次氧化；

使用专用的吊装夹具放置并转移种植体；槽盖1中间的长条孔10能保证在放置并转移种植体的过程中，槽盖1不用揭开，且能放置并转移到正确位置；

吊装夹具分为上部的吊钩11及下部的夹具21两部分；种植体的大端斜面正好卡在夹具21下方的种植体安装板23表面圆周分布的各个小孔内。

本实用新型还提供了多频超声波流动酸蚀方法，首先，在三个小槽体内分别注入酸蚀纯钛种植体表面氧化膜的酸液、双蒸水、酸蚀纯钛种植体本体材料的酸液，具体按以下步骤实施：

步骤1，手拿夹具把22，自然下垂，然后将每个种植体分别小头朝下通过种植体安装板23上的各个小孔，种植体的大端就会由于重力而卡在各小孔处；

步骤2，将吊钩把手8穿过槽盖1的长条孔10，然后转动90°，再将夹具把手22放置在吊钩11下方的两个钩子14上，最后调整位置将夹具21及种植体放入第一个小槽体中，并同时盖上槽盖1；

步骤3，释放保护性气体，联通所有加热板4电路，将三个小槽体7内的液体均加热至50～90℃后，再启动加入酸蚀纯钛种植体表面氧化膜的酸液的小槽体上的超声波电源，从而激发五个超声波换能器同时工作5～20分钟，然后关闭加入酸蚀纯钛种植体表面氧化膜的酸液的小槽体上的所有超声波换能器的电源；完成钛种植体表面的氧化物薄膜的溶解去除任务；

步骤4，将吊钩把手8提起后不要转动，沿着槽盖1长条孔10平移到第二个标志处放下，此时夹具21和种植体浸入加入酸蚀纯钛种植体本体材料的酸液的小槽体中，然后启动加入酸蚀纯钛种植体本体材料的酸液的小槽体上的五个超声波换能器的电源，进行5～20分钟的超声波酸蚀，完成后关闭加入酸蚀纯钛种植体本体材料的酸液的小槽体上的所有超声波换能器的电源；此步完成种植体表面的酸蚀工作；

步骤5，将吊钩把8提起后不要转动，沿着槽盖长条孔10平移到第三个标志处放下，此时夹具和种植体浸入加入双蒸水的小槽体内，然后启动加入双蒸水的小槽体上的五个超声波换能器的电源，进行5～20分钟的超声波水洗，完成后关闭加入双蒸水的小槽体上的所有超声波换能器的电源；并关闭加热板电源；此步完成种植体表面的超声波清洗工作；

步骤6，打开槽盖1，取出夹具21及种植体后保存，超声波酸蚀完全结束。

实施例2

本实用新型的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置从上到下分为槽盖部分、槽体部分、酸蚀或清洗槽部分，以及内部被遮挡的吊钩和夹具部分；具体如下：

如图2和图3所示，槽盖1部分包括矩形板、板中央的长条孔10、板两端的槽盖提把手6、板上三个吊钩把手8的U型定位槽A9；槽盖1部分的功能是最大程度的密封，防止防氧化保护性气体的扩散；板中央的长条孔10主要作用是：能让吊钩11腰部的圆柱(中间连接杆13)沿着长条孔10移动；板两端的槽盖提把手6主要用来方便人工放置槽盖1部分；板上三个U型定位槽A9主要用来正确定位吊钩把手8；当把吊钩把手8放入U型定位槽A9后，吊钩11下方吊着的夹具21正好处于酸蚀或清洗槽中央位置；三个U型定位槽A9的形状均相同，均是在长条矩形块上侧开了半圆槽；半圆槽直径与吊钩把手8圆柱直径相同，这样可以保证将吊钩把手8固定在唯一位置；槽盖1下侧面左后角处安装着槽盖定位块12，将槽盖定位块12的相邻两个侧面与槽体2内相邻两个侧面都接触时，槽盖1正好盖好了槽体2；

如图4所示，槽体2整体为上方开放的大槽子，在槽底开有三个相同的矩形孔，及小槽孔18，槽体2上侧开放部分尺寸与槽盖1尺寸相同，这样可以保证槽盖1能够封闭槽体2，前侧壁与后侧壁上方左右各有一个通气孔，共四个通气孔；左边两个孔为进气孔5，右边两个孔是出气孔15；防纯钛种植体氧化的保护性气体从左端两孔输入后，通过槽体中间的空间，再从右侧出气孔流走；在这过程中，酸液的挥发性气体也被一同带走；最好使用比空气密度大的保护性气体，因为槽盖2中间长条孔10是开放的；槽底三个矩形孔用来安装酸蚀或清洗槽；左边的矩形孔用来安装酸蚀去除纯钛种植体表面氧化膜的酸液，中间矩形孔用来安装双蒸水清洗槽，右边的矩形孔用来安装酸蚀纯钛种植体本体材料的酸液；槽体2的高度必须要保证将吊钩把手8提起到一定位置后，夹具21及种植体能够在槽体2内自由通过，且不与其它部分干涉；槽体2的底部四周分布着四个安装侧耳用于安装定位整个装置；槽体2底部内侧面三个矩形孔旁分别安装着一个U型定位槽16；夹具把手22的圆柱直径与U型定位槽16上的半圆孔径相同，当把夹具把手22置于U型槽孔内时，夹具21下方的种植体安装板23正好处于酸蚀或清洗槽中间位置；

如图5和图6所示，酸蚀或清洗槽部分为三个相同的小槽体7；这是超声波酸蚀设备的核心部分；左边的槽子装能够酸蚀去除纯钛种植体表面氧化膜的酸液，中间槽子装双蒸水，右边槽子装酸蚀纯钛种植体本体材料的酸液；三个槽子通过焊接、密封等操作安装在槽体2下方，即小槽孔18处，三个小槽体7前后左右及底面各安装有一个谐振频率不同的超声波换能器3，将超声波换能器3的安装面使用专用胶水粘贴在小槽体7壁面的中央；五个壁面上的超声波换能器能够保证小槽体内部在不同方向上收到不同频率的超声波辐射，在每个壁面上，超声波换能器四周粘贴有四个加热板4，加热板4用来对小槽体7进行加热；前后左右及底面上的加热板可以保证小槽体7内部各方向上受的均匀的加热；加热板4一侧上伸出两个小圆柱是加热板的正负极；每个小槽体的左下前方有一个出液孔19，右后上方有一个进液孔17；进出液孔通过阀门可以调节液流量；酸液或双蒸水通过进液孔流进小槽体，然后通过出液孔19流出槽体；

如图7和图8所示，夹具21分为把手22、种植体安装板23、以及中间的连接杆20；把手22为圆柱体，其直径与壳体内U型定位槽16的半孔直径相同；将圆柱把手置于U型槽内时，夹具21位置固定；种植体安装板23为一矩形薄板，上面根据被酸蚀的种植体规格开有很多小孔，小孔按照圆周方向均布开来；种植体一般包括大端和小端，小端部分有螺纹，且比较长，而大端部分比较短。板上的孔径处于小端孔径与大端孔径之间；将种植体小端朝下放入小孔内，而大端正好卡在小孔上方；将种植体依次放进各个小孔内完成安装；中间的连接杆20为圆柱，主要作用是连接把手22和种植体安装板23；

如图9所示，吊钩11分为吊钩把手8、中间连接杆13、双钩(钩子14)；主要作用是在槽体2内，不打开槽盖1的前提下，移动夹具21及种植体；吊钩把手8与槽盖1上方的U型定位槽A9配合以定位夹具21；双钩用来抓取夹具把手22。

实施例3

本实用新型的多频超声波流动酸蚀方法，采用实施例2的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，整个超声波酸蚀流程如下：

1.将三个小槽体注入液体：从左到右，首先依次关闭三个出液孔19，然后再依次打开三个进液孔17，将三个小槽体7内注满液体后再将三个进液孔17依次关闭；从左到右依次是酸蚀纯钛种植体表面氧化膜的酸液、双蒸水、酸蚀纯钛种植体本体材料的酸液；

酸蚀纯钛种植体表面氧化膜的酸液、酸蚀纯钛种植体本体材料的酸液都可以是一种或多种酸液的混合物；

2.将种植体浸入第一个小槽体：将吊钩把手8横穿过槽盖1中央的长条孔10后旋转90°，然后放入左边第一个U型槽孔内定位；提起夹具把手22，将种植体小端朝下依次放入各小孔中，大端卡在小孔上；将夹具把手22放入双钩中；再将种植体安装板23放入左边第一个小槽液体内，并盖好槽盖1；

3.超声波酸蚀纯钛种植体表面氧化膜：从槽体2左侧的两个进气孔5开始输入防氧化保护性气体，同时以同样的速率从右侧两个出气孔15抽出气体；联通左边第一个小槽体的加热板4电源开始加热，联通左边第一个小槽体上的五个超声波换能器电源开始激发超声波；同时打开左边第一个小槽体上的进液孔和出液孔，保持进液速率与出液速率相同；超声波酸蚀5～60分钟；关闭加热板4、超声波换能器电源3；关闭进出液孔；

4.将种植体浸入第二个小槽体：保持其它部件不动，提起吊钩把手8将夹具21与种植体一同拉出左边第一个小槽体，保持这个位置5～10秒钟，使得夹具上的液体大部分流出后，再将吊钩把手8沿着长条孔10移动到中间定位槽内；这时夹具21与种植体浸入中间小槽体内的双蒸水中；

5.第一次清洗：同时开通中间槽体的进出液孔，使得进液速率与出液速率相同；开通中间小槽体上的加热板、超声波换能器电源；超声波水洗5～60分钟；关闭加热板、超声波换能器电源；关闭进出液孔。

6.将种植体浸入第三个小槽体：保持其它部件不动，提起吊钩把手8将夹具21与种植体一同拉出中间小槽体，保持这个位置5～10秒钟，使得夹具21上的液体大部分流出后，再将吊钩把手8沿着长条孔10移动到最右边定位槽内；这时夹具21与种植体浸入最右边小槽体内的酸液中；

7.超声波酸蚀纯钛种植体的表面本体材料：同时开通最右边槽体的进出液孔，使得进液速率与出液速率相同，开通最右边小槽体上的加热板、超声波换能器电源，超声波酸蚀5～60分钟；关闭加热板、超声波换能器电源；关闭进出液孔；

8.再将种植体浸入第二个小槽体：保持其它部件不动，提起吊钩把手8将夹具21与种植体一同拉出最右边小槽体，保持这个位置5～10秒钟，使得夹具21上的液体大部分流出后，再将吊钩把手8沿着长条孔10移动到中间定位槽内；这时夹具21与种植体浸入中间小槽体内的双蒸水中；

9.第二次清洗：同时开通中间槽体的进出液孔，使得进液速率与出液速率相同；开通中间小槽体上的加热板、超声波换能器电源；超声波酸蚀5-60分钟，关闭加热板、超声波换能器电源，关闭进出液孔；

10.将超声波酸蚀后的种植体立即密封保存：打开盖板1，取出夹具21及种植体后，妥善保存，超声波酸蚀完全结束。

Claims (6)

1.三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，其特征在于，包括槽体(2)，槽体(2)底部设有酸蚀或清洗槽，槽体(2)顶部设有槽盖(1)，槽盖(1)上与酸蚀或清洗槽相对位置设有吊钩(11)，吊钩(11)连接有夹具(21)，夹具(21)伸入酸蚀或清洗槽，酸蚀或清洗槽外侧设有超声波换能器(3)；所述槽体(2)为矩形敞口壳体，槽盖(1)与槽体(2)敞口配合，槽体(2)前面板和与后面板两端靠近槽体(2)顶部的开口处分别开设有进气孔(5)和出气孔(15)，槽体(2)底部并排开设有三个小槽孔(18)，小槽孔(18)为矩形孔，小槽孔(18)用于连接酸蚀或清洗槽。

2.根据权利要求1所述的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，其特征在于，所述槽盖(1)包括槽盖本体，槽盖(1)两端分别连接有槽盖提把手(6)，槽盖(1)表面沿三个小槽孔(18)的分布方向开设有长条孔(10)，长条孔(10)内活动连接有与三个小槽孔(18)分别对应的吊钩(11)，槽盖(1)与槽体(2)相对的一面还设有与槽体(2)直角配合的槽盖定位块(12)。

3.根据权利要求2所述的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，其特征在于，所述吊钩(11)包括吊钩把手(8)、中间连接杆(13)和钩子(14)，吊钩把手(8)与中间连接杆(13)呈T字形连接，中间连接杆(13)远离吊钩把手(8)的一端连接钩子(14)，吊钩把手(8)架设于长条孔(10)两侧且与长条孔(10)垂直，中间连接杆(13)内嵌于长条孔(10)内且与长条孔(10)活动连接。

4.根据权利要求3所述的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，其特征在于，所述长条孔(10)架设吊钩把手(8)处设有U型定位槽A(9)，吊钩把手(8)嵌于U型定位槽A(9)内。

5.根据权利要求1所述的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，其特征在于，所述酸蚀或清洗槽具体包括矩形小槽体(7)，小槽体(7)顶部为开口且与小槽孔(18)配合连接，小槽体(7)靠近小槽孔(18)的一端开设有进液孔(17)，超声波换能器(3)设置于小槽体(7)除与小槽孔(18)连接的所有表面，且小槽体(7)表面绕超声波换能器(3)设有多个加热板(4)，小槽体(7)底部开设有出液孔(19)。

6.根据权利要求5所述的三轴正交超声波酸蚀及清洗集成装置，其特征在于，所述夹具(21)包括把手(22)、种植体安装板(23)和连接杆(20)，把手(22)与连接杆(20)呈T字型连接，连接杆(20)远离把手(22)的一端连接种植体安装板(23)，小槽孔(18)两侧设有U型定位槽(16)，把手(22)通过小槽孔(18)两侧的U型定位槽(16)将种植体安装板(23)架设于小槽体(7)内，且把手(22)与吊钩(11)对应。