Pracoviště

Laboratoř mechanických zkoušek

Ing. Radek Sedláček, Ph.D.

Vedoucí:

Pracovníci:

Ing. Tomáš Bouda , Ing. Jana Vondrová

Popis:

Laboratoř mechanických zkoušek (LMZ) je pracoviště na Českém vysokém učení technickém v Praze, Fakultě strojní a je součástí Ústavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky. Laboratoř byla vybudována v rámci grantového projektu MŠMT ČR „Laboratoř biomechaniky člověka“ VS 96045 a výzkumného záměru „Transdisciplinární výzkum v oblasti biomedicínského inženýrství“ CEZ: J98210000012.

Mezi stěžejní prvky vybavení laboratoře patří:

špičkový testovací systém MTS 858.2 Mini Bionix (obr. 1), který je schopen provozovat současně zatěžování osovou silou a momentem síly. U osové síly je rozsah systému 0 až 25 kN, u momentu síly 0 až 100 Nm. Nyní je zcela unikátně vybaven speciálním simulátorem (obr. 2a), který umožňuje zatěžování s 8 stupni volnosti (3 posuvy a 5 rotací). Tento simulátor je zcela ojedinělý v celé Evropě. Svojí konstrukcí je primárně určen k náročnému testování páteře. Úpravou konfigurace je však možno simulátor používat i k jiným experimentům.
vysoce citlivé siloměry od firmy MTS s měřicími rozsahy ±10/100/500/25000 N
extenzometr s pracovními rozsahy ± 0,4/4 mm (obr. 2b), speciální bioextenzometr s rozsahem ±25%, l_o = 5 mm - pro měření délkové roztažnosti (obr. 2c); diametrální extenzometr s pracovním rozsahem ±1 mm pro vzorky o průměru 3,6 až 13 mm - pro měření příčné deformace
stereomikroskop NIKON SMZ 1500 (obr. 2d) umožňující kvalitní prozkoumání povrchů, lomových ploch i struktury testovaných vzorků; digitální fotoaparát NIKON, digitální kamera NIKON DN100, mikrosonda VOLPI (obr. 2e) a vyhodnocovací software LUCIA NET - pro záznam a zpracování obrazu pozorovatelného v mikroskopu
infračervený bezkontaktní teploměr FLUKE 574 s možností záznamu měřených hodnot

Laboratoř mechanických zkoušek je zkušební laboratoř č. 1379 akreditovaná Českým institutem pro akreditaci, o.p.s. a splňuje požadavky mezinárodní normy ČSN EN ISO/IEC 17025 (viz. Osvědčení o akreditaci). Pravidelný dozor nad dodržováním akreditačních kritérií prováděný akreditačním orgánem vede k neustálému rozvoji systému řízení kvality, zvyšování jakosti služeb a růstu dovedností personálu. Pozornost je také zaměřena na technický rozvoj vybavenosti laboratoře. LMZ je jedinou laboratoří v České republice, která má akreditovány zkušební postupy pro mechanické testování a hodnocení keramických materiálů používaných pro výrobu chirurgických implantátů (viz. Příloha k OA).

LMZ má 7 akreditovaných zkušebních postupů:

ZP 01 - Stanovení odolnosti proti otěru – ring on disc
Zkouška je prováděna podle článku 5.5 normy ISO 6474(E) Implants for surgery – Ceramic materials based on high purity alumina. Hodnoceny jsou kombinace speciálních vysoce stabilizovaných korundových keramických materiálů používaných pro chirurgické implantáty.
ZP 02 - Stanovení pevnosti v ohybu
Zkouška je prováděna podle normy ČSN EN 843-1 Speciální technická keramika – Monolitická keramika – Mechanické vlastnosti při pokojové teplotě – Část 1: Stanovení pevnosti v ohybu.
ZP 03 - Stanovení pevnosti při biaxiálním ohybu
Zkouška je prováděna podle článku 4.4 normy ISO 13356(E) Implants for surgery – Ceramic materials based on ytria-stabilized tetragonal zirconia (Y-TZP). Jako zkušební vzorky se používají speciální vysoce stabilizované zirkoničité keramické materiály.
ZP 04 - Stanovení pevnosti při biaxiálním ohybu
Zkouška je prováděna podle článku 5.4 normy ISO 6474(E) Implants for surgery – Ceramic materials based on high purity alumina. Jako zkušební vzorky se používají speciální vysoce stabilizované korundové keramické materiály.
ZP 05 - Tahová zkouška za pokojové teploty
Zkouška je prováděna podle normy ČSN EN ISO 6892-1 Kovové materiály – Zkoušení tahem – Část 1: Zkušební metoda za pokojové teploty. Cílem zkoušky je stanovení jedné nebo více mechanických vlastností při deformaci zkušební tyče tahovým zařízením (např. mez pevnosti, horní a dolní mez kluzu, smluvní mez kluzu, tažnost atd.).
ZP 06 - Únavová zkouška dentálních implantátů
Zkouška je prováděna podle normy ČSN EN ISO 14801 Stomatologie - Implantáty - Dynamická únavová zkouška nitrokostních dentálních implantátů.
ZP 07 - Statická a únavová zkouška předloketní berle
dle ČSN EN ISO 11334-1 Pomůcky pro chůzi ovládané jednou rukou – Požadavky a zkušební metody – Část 1: Předloketní berle.

Dle většiny výše uvedených zkušebních postupů byla v LMZ testována keramika speciálně navržená pro výrobu nového typu kolenní náhrady s biokeramickou femorální komponentou (obr. 3), jejíž vývoj probíhal v Laboratoři biomechaniky člověka (LBČ) ve spolupráci s firmou Walter, a.s., Saint-Gobain Advanced Ceramics Turnov, s.r.o. a 1. LF UK v Praze. Jako první na světě má tato biokeramická komponenta kolenního kloubu dokončeny klinické zkoušky. LBČ získala za tento návrh cenu Inovace roku 1999, kterou jí udělila Asociace inovačního podnikání ČR.

V rámci neakreditovaných zkoušek se v laboratoři provádí testování biomateriálů a implantátů, např. C-C kompozitní materiály, dentální materiály, UHMWPE (zkoušky otěru, obr. 4a), meziobratlové rozpěrky (obr. 4b), kyčelní a kolenní náhrady, mitrální náhrady (obr. 4c). Další skupinou zkoušek je testování biologických materiálů a stanovování jejich mechanických vlastností, např. tahové zkoušky oční rohovky nebo tepenné stěny, ohybové zkoušky osteoporotických krysích femurů (obr. 5a, b), mechanické testování páteřních segmentů (obr. 5c), tlakové zkoušky chrupavky atd. Samostatnou skupinou je provádění kalibrací nově vyvíjených přístrojů a přípravků, sloužících například k snímání silových účinků nebo hodnocení vlastností materiálů. Dále pak je prováděno testování klasických kovových materiálů při statickém i dynamickém zatěžování.

LMZ se neustále modernizuje a rozšiřuje novým zařízením a měřidly, které zvyšují její uplatnění nejenom při spolupráci s ostatními institucemi ve výzkumné činnosti, ale i v komerční sféře. V budoucnu lze využít příležitosti akreditovat ještě další zkušební postupy, které by rozšířily nabízené služby LMZ na českém i evropském trhu.

Spolupráce:

1. LF UK + FN Na Bulovce; III. Interní klinika VFN; VÚS VFN, Medin, a.s.; Medin Orthopaedics, a.s.; Beznoska, s.r.o.; LASAK, s.r.o.; ProSpon, spol. s.r.o.; Erilens, s.r.o.;