Eklemeli imalat ile üretilen gözenekli omurga implant tasarımı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Design and investigation of mechanical properties of porous spine implants produced by additive manufacturing
- Tez No: 1024114
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERKAN BAHÇE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Biyomimetik tasarım, Sonlu Elemanlar Analizi, YMK, Lomber interbody füzyon kafesi, Genetik algoritma optimizasyonu, Biomimetic design, Finite Element Analysis, FCC, Lumbar interbody fusion cage, Genetic algorithm optimization
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İnönü Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu çalışmanın amacı, biyomimetik yaklaşım temel alınarak geliştirilen HMK, YMK ve elmas gözenek yapılı lomber interbody füzyon kafeslerinin mekanik ve biyomekanik performanslarını incelemek, parametrik ve genetik algoritma destekli polar latis tasarımlarının spinal implant uygulamalarındaki potansiyelini değerlendirmektir. Materyal ve Metot: Kafes yapılar parametrik modelleme ve genetik algoritma optimizasyonu kullanılarak tasarlanmıştır. İlk aşamada yapılar Eriyik filametli üretim yöntemi ile üretilmiş ve basma testleriyle mekanik performansları değerlendirilmiştir. Daha sonra aynı yapılar Stereolitografi tabanlı Anycubic Photon Mono M7 Pro yazıcı kullanılarak hidroksiapatit (HAp) katkılı denture pembe reçine ile yeniden üretilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Mekanik davranışlar sonlu elemanlar analizi ve deneysel testler ile incelenmiştir. Ayrıca üretilen malzemenin FTIR ve termal analizleri yapılmıştır. Bulgular: Deneysel sonuçlar, gözenekli yapıların gerilme dağılımını düzenlediğini, stres koruma etkisini azalttığını ve biyomekanik uyumluluğu artırdığını göstermiştir. YMK yapılar düşük deformasyon ve kontrollü gerilme dağılımı ile en dengeli mekanik performansı sergilemiştir. YMK-Core yapısı 168,1 MPa elastik modül, 13,41 MPa plato gerilimi ve 14,96 MJ/m³ enerji absorbsiyonu ile en yüksek performansı göstermiştir. YMK-Petal darbe emici davranış sergilerken, YMK-Leaf yüksek sünekliği sayesinde yumuşak doku geçiş bölgeleri için avantaj sağlamıştır. Stereolitografi üretim yöntemi, Eriyik filametli üretime kıyasla daha hassas geometri ve daha kararlı mekanik davranış sağlamıştır. %0.5–1 HAp katkılı numunelerde mekanik performans artarken, %3 HAp oranında kırılgan davranış gözlemlenmiştir. Malzemenin termal analizlerinde %0,5 ve %1 HAp katkılı numunelerde bozunma piki daha geniş bir karakter göstermekte, bu da termal ayrışmanın daha kontrollü gerçekleştiğini düşündürmektedir. Sonuç: Parametrik genetik algoritma destekli polar YMK latis yapılarının hafiflik, yüksek enerji absorbsiyonu, optimize gerilme dağılımı ve biyomekanik uyumluluk özellikleri sayesinde hasta-özel spinal ve ortopedik implant uygulamaları için yüksek potansiyele sahip olduğu belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Objective: The aim of this study is to investigate the mechanical and biomechanical performance of lumbar interbody fusion cages with BCC, FCC, and diamond pore structures developed based on a biomimetic approach, and to evaluate the potential of parametric and genetic algorithm-supported polar lattice designs in spinal implant applications. Material and Methods: The cage structures were designed using parametric modeling and genetic algorithm optimization. In the first stage, the structures were produced by the melt filament fabrication method, and their mechanical performance was evaluated with compression tests. Then, the same structures were refabricated with hydroxyapatite (HAp) reinforced denture pink resin using a stereolithography-based Anycubic Photon Mono M7 Pro printer, and the results were compared. Mechanical behaviors were investigated with finite element analysis and experimental tests. In addition, FTIR and thermal analyses were performed on the produced material. Findings: Experimental results showed that porous structures regulate stress distribution, reduce stress protection, and increase biomechanical compatibility. FCC structures exhibited the most stable mechanical performance with low deformation and controlled stress distribution. The FCC-Core structure demonstrated the highest performance with an elastic modulus of 168.1 MPa, a plateau stress of 13.41 MPa, and an energy absorption of 14.96 MJ/m³. The FCC-Petal exhibited shockabsorbing behavior, while the FCC-Leaf offered an advantage for soft tissue transition zones due to its high ductility. Stereolithography fabrication provided a more precise geometry and more stable mechanical behavior compared to melt filament fabrication. Mechanical performance improved in samples with 0.5-1% HAp additive, while brittle behavior was observed at 3% HAp. Thermal analysis of the material shows that the degradation peak is wider in samples with 0.5% and 1% HAp additives, suggesting that thermal decomposition occurs in a more controlled manner. Conclusion: Parametric genetic algorithm-supported polar FCC lattice structures have been determined to have high potential for patient-specific spinal and orthopedic implant applications due to their lightness, high energy absorption, optimized stress distribution, and biomechanical compatibility.
Benzer Tezler
- Eklemeli imalat yöntemi ile Tİ6AL4V alaşımından trabeküler omurlararası füzyon kafesi tasarımı, üretimi ve biyomekanik karakterizasyonu
Design, production and biomechanical characterization of trabecular intervertical fusion cage from TI6AL4V alloy by additive manufacturing
MERVE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TEYFİK DEMİR
- Improvement of mechanical and biological properties of additive manufactured intervertebral discs by modeling with auxetic lattice structures
Eklemeli imalat yöntem ile üretilen intervertebral disklerin ökzetik kafes yapıda modellenerek mekanik ve biyolojik özelliklerinin geliştirilmesi
AYSHA SHAWKAT HASAN HASAN
Doktora
İngilizce
2026
Mühendislik BilimleriYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİHRİGÜL EKŞİ ALTAN
- Sera domates üretiminde aşı uygulaması ile elde edilen çift kök sistemine sahip domateslerin verim ve kalite yönünden üstünlükleri üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
ALİ DİZDAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
ZiraatEge ÜniversitesiBahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAHRETTİN MECİT
- Arpada diallel melez analizleri ile bazı tarımsal özelliklerin kalıtımı üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
KAYIHAN Z. KORKUT
Doktora
Türkçe
1981
ZiraatEge ÜniversitesiBitki Islahı ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM DEMİR