Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การออกแบบระบบอัตโนมัติสำหรับการผลิตสารไฮดรอกซีอะพาไทต์

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

A design of automation system for hydroxyapatite production

Year (A.D.)

2003

Document Type

Thesis

First Advisor

สมชาย พัวจินดาเนตร

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมอุตสาหการ

DOI

10.58837/CHULA.THE.2003.1472

Abstract

สารไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นเซรามิกส์ทางการแพทย์ที่มีโครงสร้างคล้ายกระดูก มีคุณสมบัติ เด่นในด้านการเข้ากันได้ดีและการเกิดปฏิสัมพันธ์ทางชีวภาพกับอวัยวะภายในร่างกายมนุษย์ จึง สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านการผลิตอวัยวะเทียมและสารเคลือบผิวอวัยวะเทียมในรูปแบบต่างๆ เช่น ลูกตาเทียม ซีเมนต์กระดูก รากฟันเทียม ข้อตะโพกเทียม เป็นต้น ดังนั้นการผลิตสารไอดรอกซีอะพาไทต์ที่มีคุณภาพดีและมีลักษณะสมบัติที่เหมาะแก่การประยุกต์ใช้งานจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง จากเหตุผลดังกล่าว งานวิจัยนี้จึงมีวัตถุประสงค์ในการออกแบบและสร้างระบบอัตโนมัติ สำหรับการผลิตสารไฮดรอกซีอะพาไทต์โดยออกแบบระบบเครื่องกลไกซึ่งประกอบไปด้วยระบบ ควบคุมอุณหภูมิ ค่า pH และอัตราการเติมผสมสารตั้งต้น อีกทั้งระบบอุปกรณ์ควบคุมและ ซอฟต์แวร์ซึ่งได้ประยุกต์ใช้อุปกรณ์ PLC ควบคุมลำดับการทำงานร่วมกับโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ออกแบบและสร้างขึ้นเพื่อให้ผู้ใช้ระบบสามารถควบคุมและเฝ้าติดตามค่าปัจจัยของกระบวนการได้ หลังจากสร้างระบบอัตโนมัติเสร็จเรียบร้อยแล้วได้ทดสอบระบบโดยการผลิตสารไฮดรอกซีอะพาไทต์ ด้วยกระบวนการผลิตอัตโนมัติ จากนั้นจึงนำผงที่ได้จากการผลิตด้วยระบบอัตโนมัติไปตรวจสอบ ลักษณะเฉพาะตัวด้วยวิธีตรวจสอบการเลี้ยวเบนของรังสีเอ๊กซ์(XRD) และวิธีวิเคราะห์สเปกตรัมการ ดูดกลืนรังสีใต้แดง (FT-IR) ศึกษาลักษณะการกระจายของขนาดอนุภาคด้วยเครื่องวิเคราะห์ขนาดอนุภาค (PSLA) และศึกษาลักษณะรูปทรงด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอนแบบสแกน (SEM) จากการผลิตด้วยระบบอัตโนมัติในงานวิจัยนี้พบว่า (1) ช่วยให้ประสิทธิภาพในการผลิตเพิ่มขึ้น 10% โดยประมาณเมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตที่ควบคุมด้วยผู้ปฏิบัติการ (2) สามารถควบคุมปัจจัยอุณหภูมิ ค่า pH และอัตราการเติมผสมสารตั้งต้นได้อย่างมีประสิทธิผล กล่าวคือความ ผิดพลาดในการควบคุมปัจจัยโดยรวมแล้วมีค่าประมาณไม่เกิน 1% (3) สารที่ผลิตได้มีลักษณะสมบัติ เป็นสารไฮดรอกซีอะพาไทต์และสามารถปรับองค์ประกอบเฟสรวมไปถึงระดับความเป็นรูปผลึกได้ จากการปรับเปลี่ยนค่าปัจจัยการผลิต และ (4) ช่วยลดปัญหาอันเกิดจากไอระเหยของก๊าชแอมโมเนีย ซึ่งเป็นสารตั้งต้นอย่างหนึ่งในกระบวนการผลิต โดยสรุปแล้ว การผลิตสารไฮดรอกซีอะพาไทต์ด้วย ระบบอัตโนมัติมีข้อได้เปรียบที่สำคัญคือประสิทธิภาพในการผลิตที่สูงขึ้นประสิทธิผลในการควบคุม ปัจจัยที่น่าพอใจ กำลังการผลิตที่รองรับได้เพิ่มขึ้น และความปลอดภัยต่อสุขภาพของผู้ปฏิบัติงาน

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

Due to its identical structure with the natural bone which leads to good compatibility or bioactivity with the human organism, hydroxyapatite, a kind of bioceramics, provides versatility in medical applications as implants or coating on prostheses e.g. artificial eyeballs, bone cements, dental implants, and hip endoprostheses. The production of high quality hydroxyapatite with proper characteristics for each application, consequently, becomes considerably essential. Hence, the objective of this research was to design and set up the automation system for hydroxyapatite production which comprised the hardware system and the software with controlling system. The hardware system was composed of temperature, pH and additional rate regulating system. The software with controlling system, on the other hand, was applied using a PLC device to control the production sequence together with the computer program designed and created for users to regulate and monitor the process parameters. After having been set up, the automation system designed was tested for producing hydroxyapatite. The synthetic hydroxyapatite powder was characterized using X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Furthermore, the particle size distribution was determined using the particle size laser analyzer (PSLA), while the morphology was performed using the scanning electron microscope (SEM). The automated production system revealed that (1) the figures of production efficiency were roughly 10% higher than those of the manual production; (2) considering the 1% lower errors, the temperature, pH, and additional rate were effectively regulated; (3) the powder produced indicated hydroxyapatite's characteristics; in addition, the phase composition and crystallinity were adjustable by variations in the processing factors; and (4) the problem owing to hazardous ammonia fume was eliminated. In summary, the automation system for hydroxyapatite production is evidently advantageous in production efficiency, factor control effectiveness, high capacity support, and safety for operators.

Link to Full Text

Share

COinS