Печь для обжига керамических зубных протезов

 

Изобретение относится к стоматологии. Печь позволяет проводить заданную программу обжига керамических зубных протезов, обеспечивает стабильность и линейность температурно-временных характеристик режима обжига. Процесс сушки керамики на столике печи регулируется как электронным путем с помощью нагрева камеры, так и медленным закрыванием камеры при помощи электродвигателя, ее остановкой на каком-то уровне над изделием. При этом температура в зоне сушки может поддерживаться на заданном уровне в течение необходимого времени ступенька) после сушки происходит дальнейший обжиг керамики по задаваемой оператором программе. Процесс охлаждения после обжига, также может быть осуществлен с выдержкой при заданной температуре. Заданная температура на определенный интервал времени обеспечивается в зоне изделия не только электронным регулированием работы нагревателя, но и автоматическим расположением нагревательной камеры по отношению к изделию, что обеспечивает высокую точность проведения температурно-временного режима обжига. 5 ил.

Предполагаемое изобретение относится к медицине, а именно к зубопротезной технике и может быть использовано при изготовлении керамических и металлических зубных протезов индивидуального изготовления в условиях стоматологических поликлиник.

Известны печи для обжига аналогичного назначения отечественного (СНВЛ-0,08.05/11-М1 ТУ 162531.580-77) и зарубежного производства. Из зарубежных печей можно отметить, например, печь "Програмат Р-20" фирмы Ивоклар АГ (Лихтенштейн), в которой нагревательная камера поднимается вверх и наклоняется назад по отношению к столику печи. Целую серию печей с вертикальным подъемом рабочего столика в нагревательную камеру выпускает фирма Вита (Германия). Это модели Вита Вакумат 50, 100, 200 и 300. Все они с микропроцессорным программным управлением и обеспечивают режимы обжига керамических масс фирмы Вита.

Фирма Дентсплай (США) производит подобные печи (Мультимат МС П), отличающиеся в основном тем, что вертикально смещается не столик, а нагревательная камера. Такой же принцип заложен и в конструкцию печей ФК 230 (полуавтоматической и ФК-200 (автоматической) итальянской фирмы АБА Медиоланум.

В качестве анализа обзора уровня техники следует сказать, что упомянутые конструкции печей имеют те или иные недостатки.

Основной недостаток это нелинейность обеспечиваемых ими температурно-временных характеристик. Наглядно это видно на графиках режимов, приведенных, например в проспекте фирмы Ивоклар, где отчетливо показан пологий характер кривых изменения температур.

В то же время исследования структурных преобразователей керамической массы при обжиге показали их линейный характер (см. а.с. СССР N 1470291, Бюл. 13, 1989 г.). Пологие кривые не обеспечивают стабильности протекания процессов в массе керамики. Температура в какой-то момент ниже требуемой, а затем превышает требуемую. Эти известные печи могут обеспечить суммарное количество, подаваемого к протезу из керамики, в то время когда требуются точное выдерживание не только суммарного, но и ежемоментного температурного режима в каждой из фаз структурных превращений керамики. Пологость температурно-временных характеристик влечет за собой появление брака в керамике, который может выявиться не сразу, а далее, в процессе эксплуатации протеза у пациента.

Известна печь для обжига керамических зубных протезов по авторскому свидетельству N 1607795, авторов И.Б. Долбнева, В. П.Зайцева, Г.В.Синицын и В. С. Сирунянца, выпускаемая серийной в г.Краснодаре под названием "АлгаВст" СП "Авиценна", принятая заявителем за прототип. Эта печь выгодно отличается от перечисленных выше печей целым рядом особенностей, которые ликвидируют недостатки имеющиеся в той или другой конструкции.

Например, рассматривая условия стабильности поддерживания вакуума, можно отметить, что они зависят не только от работы вакуумной системы, но и от конструкции нагревательной камеры, ее крепления и механизма подъема. Цилиндрическая опускаемая камера печи Алга обеспечивает своим весом более плотное прилегание и уплотнение в начале работы вакуумной системы, когда еще не начали действовать силы атмосферного давления, то есть камера быстрее наберет воздух. Крепление камеры в подвешенном состоянии позволяет избежать перекосов при ее опускании.

Далее, все известные конструкции печей размещают датчик температуры примерно в центре полости нагрева камеры. Это обстоятельство приводит к тому, что температура непосредственно самого протеза, а точнее зоны его нахождения остается вне точного контроля. В печи-прототипе датчик температуры размещен на рабочем столике непосредственно в зоне размещения протеза и взаимодействует с блоком регулирования температуры, причем в состав устройства дополнительно введен блок синхронизации температурно-временных характеристик. Это обеспечивает точность соблюдения температурного режима обжига зубного протеза.

Печь для обжига керамических зубных протезов по а.с. 1607795 прототип состоит из цилиндрической (нагревательной камеры, выполненной в форме вертикального колпака, нагревательной камеры с рабочей полостью, нагревателями и теплоизоляцией, шкафа управления содержащего блок задания, блок управления циклом обжига, блок синхронизации температурно-временных параметров, блок регулирования температуры и блок управления электродвигателем. На панели управления шкафа имеется табло индикатора температуры, индикаторная лампочка нагрева камеры, индикатор времени, ручки установки задания температуры, индикаторная лампочка нахождения изделия в периоде обжига, кнопка контроля температуры, кнопка включения и выключения системы охлаждения камеры, кнопка пуска программы, кнопка прерывания цикла обжига на любом этапе и возврата печи в исходное положение. Все элементы с поддоном и рабочим столиком, на котором установлен датчик температуры. (См. приложение-описание изобретения к авторскому свидетельству N 1607795). Элементы управления печи включают блок задания, блок загрузки и выгрузки и выбора режимов, блок синхронизации температурно-временных характеристик, блок регулирования температуры с датчиком температуры.

В описании печи по а.с. N 1607795 приведена диаграмма обжига зубного протеза. Как видно из диаграммы, после включения печи и задания режима обжига, происходит опускание камеры печи, ее закрытие и обеспечивается линейный рост температуры до заданной температуры обжига, после достижения которой происходит остановка дальнейшего нагрева изделия, поддержание температуры на уровне максимально заданном в течение определенного времени, после чего происходит линейное уменьшение температуры в камере.

Как известно, процесс обжига керамического покрытия зубного протеза предусматривает проведение сушки керамики при температуре 95-110^oC, спекание при температуре 930-1100^oC в течение 1-2 минут и охлаждение до комнатной температуры. Существенное влияние на качество керамического покрытия зубного протеза оказывает правильность проведения сушки перед обжигом. Все известные конструкции печей, в том числе и конструкция печи, принятой за прототип предусматривают проведение сушки изделия ан столике печи у входа в разогретую камеру или при закрытии холодной камеры путем постепенного подъема температуры.

Проведенные нами экспериментальные исследования способов обжига металлокерамических зубных протезов позволили разработать наиболее оптимальный способ обжига, обеспечивающий высокое качество керамического покрытия (см. а.с. N 1470291 по заявке N 4206427/28-14, Бюл. N 13, 1989 г. Авторы: И.Б.Долбнев, В. П. Зайцев, Г.В.Козельский и В.С.Сирунянц "Способ изготовления металлокерамических зубных протезов"). Этот способ предусматривает, в частности, проведение сушки каждого из слоев керамической массы путем нагрева со скоростью нагрева 30-40^oС в минуту до 100^oC и выдержкой при этом температуре в течение 2 3 минут, причем сушка производиться в вакууме. Следует отметить, что большинство керамических масс зарубежных и отечественных не требуют (согласно инструкции) сушки при вакууме, но то, что выдержка температуры сушки изделия на определенном уровне температуры должна иметь место для любой керамической массы, не вызывает сомнений или разногласий. Как уже было отмечено выше в конструкции печи-прототипа не предусмотрено обеспечение выдержки зубного протеза с керамической массой, в периоде сушки при стабильной заданной температуре (например 100 110^oC), а происходит линейный рост температуры с заданной скоростью до температуры обжига, выдержка при температуре обжига и охлаждения.

В способе обжига керамических зубных протезов по а.с. N 1470291 показано также, что охлаждение керамики после обжига имеет не менее важное значение. Охлаждение должно осуществляться со скоростью 35-40^oC в минуту до температуры 750-850^oC. При этом происходит постепенное затвердевание стекловидного компонента. Интервал снижения температуры от 810 до 750^oC является зоной полного затвердения. В этом интервале температуры изделие необходимо выдержать в течение 2 3 минут и только после этого проводится дальнейшее охлаждение, причем с регулируемой скоростью охлаждения 35-40^oC в минуту, что позволяет релаксировать большую часть внутренних напряжений, образующихся при высоких температурах.

Все известные печи, также как и печь-прототип, не обеспечивают образование "ступеньки" (выдержка) при охлаждении до температуры 850-750^oC, а после открывания камеры процесс охлаждения протекает с нерегулируемой скоростью.

Задачу обеспечения проведения режима обжига керамических зубных протезов с наличием интервала сушки изделия и интервала при охлаждении технически решает предложенная конструкция печи для обжига, содержащая блок задания, блок управления циклом обжига, блок синхронизации временных параметров, блок регулирования температуры и блок управления электродвигателем, новизной которой по сравнению с прототипом является то, что процесс сушки изделия на столике печи регулируется как электронным путем с помощью нагрева, так и медленным закрыванием камеры при помощи электродвигателя, ее остановкой на каком-то уровне над изделием. При этом температура в зоне сушки может быть задана любая и может поддерживаться на заданном уровне в течение необходимого времени. Кроме того, после окончания периода спекания керамической массы при максимальной температуре и открытия камеры печи путем ее поднятия в печи-прототипе происходит нерегулируемый процесс охлаждения изделия на воздухе. Конструкция предложенной печи позволяет проводить процесс охлаждения изделия с определенной скоростью и позволяет осуществить в зоне охлаждения изделия выдержку при заданной температуре в течение необходимого времени (ступеньку), причем камеры печи в это время не поднимается полностью, а удерживается на каком-то уровне над изделием. Иными словами, заданная температура в зоне изделия обеспечивается не только электронным регулированием работы нагревателя, но и расположением нагревательной камеры по отношению к изделию, что обеспечивает очень высокую точность проведения температурно-временного режима охлаждения с созданием ступеньки на этом охлаждении при заданной температуре на необходимый интервал времени.

Далее устройство печи будет описано на основе чертежей, где: на фиг. 1 показан общий вид печи с разрезом нагревательной камеры; на фиг. 2 изображена принципиальная блок схема управляющих элементов печи; на фиг. 3 - технологическая диаграмма работы печи; на фиг.4 схема узла логического управления электродвигателем; на фиг.5 схема преобразователя кода 33.

Печь состоит из цилиндрической нагревательной камеры А с рабочей полостью Б, нагревателями В и теплоизоляцией Г, взаимодействующий с вертикальным подъемным механизмом Д, управляемым программным шкафом Е с панелью управления Ж, на которой расположены табло индикатора температуры 1, индикаторные лампочки нахождения изделия в периоде обжига 2, индикаторная лампа нагрева камеры 3, кнопки включения вакуума 4, задатчик скорости нагревания температуры в камере 5, задатчики времени нахождения изделия в периоде обжига (интервалы структурных превращений) 6, кнопка пуска программы 7, кнопка прерывания цикла обжига на любом этапе и возврата печи в исходное положение 8 кнопка временной остановки цикла обжига 9, задатчик рабочей температуры нагрева 10, индикаторная лампа вакуума в камере 17, индикатор времени 12. Управляющие элементы устройства (см. на фиг.2) включают блок задания 13, блок управления циклом обжига 14, блок синхронизации временных параметров 15, блок регулирования температуры 16, блок управления электродвигателем 17.

Блок задания 13 состоит из задатчика скорости возрастания температуры 18, узла запуска 19, задатчика рабочей температуры нагрева 20, узла временных установок по интервалам 21, индикатора текущего времени интервала 22, аналого-цифрового преобразователя 23, индикатора температуры 24.

Блок управления циклом обжига 14 состоит из счетчика импульсов 25, триггера пуска цикла обжига 26, одновибратора 27, регистра сдвига номера текущего интервала 28, реверсивного счетчика импульсов 29, триггера ускоренного заполнения счетчика 30, компаратора напряжений 31, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 32.

Блок синхронизации 15 состоит из преобразователя кода 33, счетчика-делителя 34, генератора пилообразного напряжения 35, генератора-синхроимпульсов 36.

Блок регулирования температуры 16 состоит из компаратора напряжений 37, усилителя-сумматора 38, узла управляемого выпрямителя 39, фильтра низкой частоты 40. Блок связан с нагревателем 44 и термодатчиком 45.

Блок управления электродвигателем 17 состоит из источника опорного напряжения 41, компаратора напряжений 42, логического узла управления электродвигателем 43. Блок связан с датчиком закрытого положения камеры 46, электродвигателем 47, датчиком открытого положения камеры 48.

Печь работает следующим образом.

При подаче электропитания на панели высвечивается значение температуры окружающей среды (табло 1).

Оператор проводит программирование цикла обжига в следующем порядке: - устанавливает на задатчике 10 рабочую температуру обжига; на задатчике времени первого интервала 6 (левый задатчик) устанавливает время сушки изделия; на задатчике скорости нарастания температуры второго интервала 5 устанавливает необходимую скорость нарастания температуры; на задатчике времени третьего интервала 6 (верхний задатчик) устанавливает время выдержки рабочей температуры в камере; на задатчике времени четвертого интервала 6 (правый нижний задатчик) устанавливают время остывания камеры; нажимая кнопки 4 включения вакуума задает включение вакуума во втором (левая кнопка) и третьем (правая кнопка) интервала цикла обжига.

Печь готова к проведению цикла обжига.

Далее оператор проводит цикл обжига в следующем порядке: устанавливает изделие в рабочую зону и нажимает кнопку пуска программы 7 на индикаторе времени 12 высвечивается время первого интервала обжига, загорается лампа первого интервала 2 (вторая слева), нагревательная камера закрывается. Производится предварительный нагрев в камере до 100-110^oC и эта температура поддерживается в течение первого интервала времени. При этом периодически работает лампа нагревания камеры 3, а на табло температуры 1 индицируется цифровое значение температуры. В случае, если в рабочей камера была высокая остаточная температура от предыдущего обжига, то камера медленно закрывается, поддерживая температуру на изделии в 100-110^oC и после истечения времени первого интервала камера закрывается полностью. При этом: лампа первого интервала 2 гаснет, лампа второго интервала 2 (третья слева) загорается, табло времени 12 гаснет, если нажата кнопка вакуума второго интервала включается вакуум и по достижении им нормы загорается лампа вакуума 11. Происходит нагрев со скоростью, установленной на задатчике скорости 5. При этом работает лампа индикации нагрева 3 камеры и табло индикации температуры 1. По достижении температуры в камере установленной на задатчике температуры 10 включается третий интервал. При этом: лампа второго интервала гаснет, лампа третьего интервала 2 (четвертная слева) загорается. На табло времени 12 загорается время третьего интервала, при нажатой кнопке 4 (правая) включается вакуум, в течение времени третьего интервала происходит поддерживание температуры в камере. После окончания времени третьего интервала гаснет лампа третьего интервала, загорается лампа четвертого интервала 2 (справа), выключается вакуум, происходит регулируемое остывание камеры до температуры 700^oC. После достижения температуры 700^oC начинается медленное открывание камеры в течение оставшегося времени четвертого интервала, И, после окончания времени остывания, камера открывается полностью. На этом цикл обжига закончен.

При выполнении описанных операций процесса система управления работает следующим образом. Перед началом работы в блоке задания 13 с помощью узлов; задатчика скорости возрастания температуры 18, задатчика рабочей температуры нагрева 20, узла временных установок по интервалам 21 устанавливают временные температуры уставки. В исходном положении триггер пуска 26 обнуляет регистр сдвига номера текущего интервала 28 и счетчики 25, 29, запрещает работу генератора 36.

При поступлении команды от узла запуска 19 триггер 26 устанавливается в рабочее состояние, при этом: одновибратор 27 записывает в первый разряд регистра 28 логическую единицу и устанавливает триггер 30 в рабочее состояние, разрешает работу генератора 36; регистр 28 через узел временных интервалом 21 устанавливает в счетчике 25 код времени первого интервала, устанавливает на первом входе ЦАП 32 код температуры 110^oC; через логический узел управления 43 включает двигатель 47, который закрывает камеру. Напряжение с термодатчика 45 через фильтр нижней частоты 40 поступает на второй вход компаратора напряжений 31, на первый вход которого приходит напряжение от ЦАП 32 и как только напряжение на втором входе компаратора 31 станет выше, чем на его первом входе, выход 31 через узел 43 отключает электродвигатель 47. При этом напряжение на выходе термодатчика 45 и фильтра 40 начинает уменьшится и как только напряжение на втором входе компаратора 31 станет ниже, чем на его первом входе выход 31 через узел 43 включает электродвигатель 47, камера еще больше закрывается напряжение на втором входе компаратора 31 снова возрастает и т.д. до полного закрытия камеры. После окончания времени первого интервала счетчик 25 через одновибратор 27 сдвигает логическую единицу из первого разряда регистра 2 во второй, при этом снимается код температуры 110^oC с первого входа ЦАП 32, триггер 30 снова устанавливается в исходное положение; счетчик 29 по первому входу начинает суммировать импульсы от счетчика-делителя 34, на первый вход которого приходит код деления с выхода преобразователя кода 33. Код числа импульсов с выхода счетчика 29 поступает на второй вход ЦАП 32. При этом код импульсов на втором входе ЦАП 32 быстро изменяется, а на выходе 32 быстро возрастает напряжение. Как только напряжение на первом входе компаратора 31 превысит напряжение на его втором входе срабатывает триггер 30 и своим выходом воздействуя на третий вход преобразователя кода 33 изменяет код деления на выходе 33 в соответствии с кодом от задатчика скорости 18, выход которого соединен с первым входом 33. При этом частота импульсов на выходе счетчика-делителя 34 становится пропорциональна коду деления на первом входе счетчика 34, на второй вход которого приходят и импульсы с выхода генератора 36. При этом на выходе ЦАП 32 напряжение начинает возрастать пропорционально скорости возрастания температуры установленной на задатчике 18. Это напряжение поступает на первый вход усилителя-сумматора 38. На его второй вход поступает напряжение с выхода фильтра 40. Эти два напряжения суммируются и результат суммирования между ними с выхода усилителя-сумматора 38 поступает на второй вход компаратора 37, на первый вход которого от генератора 35 поступает пилообразное напряжение, при этом на выходе компаратора 37 формируется широтно-модулированная последовательность, управляющая выпрямителем 39, причем длительность управляющего импульса будет тем больше, чем больше будет величина на выходе усилителя-сумматора 38. Управляемый выпрямитель 39 передает энергию, пропорционально длительности импульса входного сигнала в нагреватель 44. Объем камеры нагревателя и воздействует на термодатчик 45, выход которого подключен ко входу фильтра 40. При этом на его выходе изменяется уровень напряжения. Таким образом происходит регулирование температуры в камере.

При этом счетчик 25 накапливает количество импульсов равное количеству импульсов в счетчике 29. Как только код импульсов счетчика 25 будет равен коду поступающему на его третий вход от задатчика рабочей температуры 20, вход которого соединен со вторым выходом регистра сдвига 28, запускается одновибратор 27, выход которого воздействует на первый вход регистра 28. Регистр 28 вторым выходом воздействуя на второй вход счетчика 29, прекращает счет импульсов последнего. При этом происходит остановка роста температуры в камере и начинается интервал выдержки, а счетчик 25 начинает счет импульсов интервала поддержания температуры. После окончания интервала поддержания первый выход счетчик 25 запускает одновибратор 27, который своим выходом воздействует на первый вход регистра 28, который третьим выходом переводит счетчик 29 в режим вычитания импульсов. Код числа импульсов на выходе счетчика 29 начинает уменьшаться. При этом температура в камере начинает уменьшаться, а направление на выходе фильтра 40 снижаться. Как только уровень напряжения на первом входе компаратора 42 станет меньше напряжения на втором входе, который соединен с выходом источника опорного напряжения 41, с выхода компаратора 42 поступает сигнал через узел 43 на включение двигателя 47, который начинает открывать камеру. При открывании камеры происходит дальнейшее уменьшение температуры, при этом напряжение на втором входе компаратора 31 становится меньше чем на его первом входе и выход компаратора 31 через второй вход узла 43 останавливает открывание камеры, т.к. счетчик 29 продолжает вычитание импульсов, то и на выходе ЦАП 32 напряжение продолжает уменьшаться. Когда напряжение на первом входе компаратора 31 станет меньше чем на втором, то выход компаратора 31 через второй вход узла 43 снова включит двигатель и камера продолжает дальнейшее открывание. Таким образом происходит регулируемый спад температуры в камере. При этом счетчик 25 продолжает счет времени интервала остывания камеры и по окончании счета своим первым выходом запускает одновибратор 27, который своим выходом воздействует на первый вход регистра 28. Регистр 28 третьим выходом воздействует на триггер 26, который устанавливается в исходное состояние. При этом, если камера была не полностью открыта, то выход триггера 26 через третий вход узла 43 выключает двигатель 47 и производит полное открывание камеры. На этом цикл обжигания заканчивается.

Формула изобретения

Печь для обжига керамических зубных протезов, содержащая нагревательную камеру с рабочей полостью, нагреватели, блок задания, блок управления циклом обжига, блок синхронизации временных параметров, блок регулирования температуры и блок управления электродвигателем, отличающаяся тем, что она снабжена узлом задания скорости нагрева, преобразователем кода, счетчиком импульсов, задатчиком рабочей температуры нагрева, реверсивным счетчиком импульсов, логическим узлом управления электродвигателем, регистром сдвига номера текущего интервала, цифровым аналоговым преобразователем, узлом временных установок по интервалам, индикатором текущего времени интервала, одновибратором, реверсивным счетчиком, генератором синхроимпульса, триггером пуска цикла обжига, узлом запуска компаратором фильтров низкой частоты, усилителем-сумматором, индикатором температуры, генератором пилообразного напряжения, счетчиком-делителем, управляемым выпрямителем и термодатчиком, при этом выход узла задания скорости нагрева соединен с первым входом преобразователя кода, второй вход которого соединен со вторым входом счетчика импульсов, входом задатчика рабочей температуры нагрева, вторым входом реверсивного счетчика импульсов, четвертым входом логического узла управления электродвигателем и вторым выходом регистра сдвига номера текущего интервала, первый выход которого соединен с шестым входом узла управления электродвигателем, первым входом цифроаналогового преобразователя и входом узла временных установок по интервалам, выход которого соединен с выходом задатчика рабочей температуры нагрева и третьим входом счетчика импульсов, второй выход которого соединен с входом индикатора текущего времени интервала, а первый выход счетчика соединен со вторым входом одновибратора, первый вход которого соединен с первым входом счетчика импульсов, вторым входом регистра сдвига, четвертым входом реверсивного счетчика, третьим входом узла управления электродвигателем, входом генератора синхроимпульса, выходом триггера пуска цикла обжига, первый вход которого соединен с узлом запуска, а второй с третьим выходом регистра сдвига, третьим входом реверсивного счетчика и пятым входом узла управления электродвигателя, седьмой вход которого соединен с выходом компаратора напряжений, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а первый вход с выходом фильтра низкой частоты, вторым входом усилителя-сумматора, вторым входом компаратора напряжений, входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен со входом индикатора температуры, при этом выход счетчика импульсов соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом компаратора напряжения и первым входом усилителя-сумматора, выход которого соединен с вторым входом компаратора напряжений, первый вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов и первым входом счетчика-делителя, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика и пятым входом счетчика импульсов, четвертый вход которого соединен с выходом одновибратора, первым входом регистра сдвига и первым входом триггера ускоренного заполнения счетчика, выход которого соединен с третьим входом преобразователя кода, выход которого соединен со вторым входом счетчика-делителя, при этом выход датчика закрытого положения камеры соединен с первым входом узла управления электродвигателем, выход которого соединен с входом электродвигателя, а второй вход соединен с выходом компаратора напряжений и вторым входом триггера, при этом выход компаратора напряжений соединен с входом управляемого выпрямителя, выход которого соединен с входом нагревателя, который воздействует на термодатчик 45, выход которого соединен с входом фильтра низкой частоты 40, кроме того, выход датчика открытого положения камеры 48 соединен с восьмым входом узла управления электродвигателем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5