Additive manufacturing of 3-dimensional bioceramic structures elaborated by calcium phosphate cement reactions
Kalsiyum fosfat çimento reaksiyonları yardımıyla üç boyutlu biyoseramik yapıların katmanlı imalatla üretimi
- Tez No: 759771
- Danışmanlar: PROF. DR. CANER DURUCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 129
Özet
Kalsiyum fosfat çimentosu klinik olarak kemik hastalıkları ve yaralanmaları ile alakalı çarpık kemik boşluklarını doldurmada sıklıkla kullanılır. Çimentomsu yapısı sayesinde katmanlı imalat teknikleriyle birleştirip geometrik olarak düzensiz ve makro gözenekli biyomeseramik doku iskelelerinin üretimi mümkündür. Bu bilimsel çalışmada, çimento ham maddesi olarak kullanılacak olan alfa-trikalsiyum fosfat (α-TCP ya da α-Ca3(PO4)2) farklı toz karışımları kullanılarak (sırasıyla CaHPO4:CaCO3 ve Ca2P2O7:CaCO3) sentezlenmiştir. İkinci toz karışımı ile üretilen α-TCP tozunun çimento reaksiyonunda daha aktif rol aldığı görülmüştür. α-TCP su ile karıştırdığında sertleşerek biyolojik olarak vücutta bulunan kemik minerali kalsiyumca eksik hidroksiapatite (CDHAp) dönüşür. Sentezlenen a-TCP tozları farklı polimerik tutucularla (Pluronic F127:Su ve sodyum aljinat:Su) hazırlanmış sıvı solüsyonlarla karıştırılarak enjekte edilebilir macunumsu bir yapı kazanmıştır. Yapılan deneyler sonucu α-TCP:Pluronic F127:Su karışımlarının enjekte edilebilirliği ve enjekte edildikten sonra yapısını koruma özelliği daha iyi bulunmuştur. α-TCP ve/veya hibrit çimentolar kalsiyum sülfat (alçı veya CaSO4 · 1/2 H2O) ile karıştırılarak hazırlanmış ve sertleşme davranışları incelenmiştir. Kalsiyum sülfat tozunun eklenmesi α-TCP tozunun sertleşmesini geciktirdiği görülmüştür. Öncül deneyleri baz alarak optimize edilmiş çimento karışımları Direct-Ink Writing adı verilen 3 boyutlu basım tekniğine başarıyla aktarılmıştır. Kalsiyum sülfat tozunun eklenmesi beklendiği gibi sertleşme sonrasında mekanik özellikleri arttırmamış ve kalsiyum sülfat fazlarının yapı içerisinde çözünerek makro ve mikro gözenekli bir yapı elde edilmiştir. Bu tezin sonucunda düzensiz makro/mikro gözenekli yapı iskelerinin 3 Boyutlu bilgisayar destekli tasarım yazılımları yardımıyla basılabildiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Calcium phosphate cements (CPCs) are clinically used in bone related surgical operations for irregular defect filling operations. The cement nature also enables them to be used in additive manufacturing to produce bioceramic structures with irregular shapes and scaffolds with specific geometry, shape and macroporosity, as explored in this thesis. In this study, first a CPC cement precursor, α-tricalcium phosphate (α-TCP or α-Ca3(PO4)2), is synthesized by using two different powder mixtures of CaHPO4:CaCO3 and Ca2P2O7:CaCO3, respectively. The end-product of second mixture found to be more reactive for cement conversion. The cement conversion here implies conversion of α-TCP to biological bone mineral-like phase calcium deficient hydroxyapatite (CDHAp or Ca9(PO4)(HPO4)(OH)) upon water uptake. The synthesized α-TCP powder are combined with two different binder liquid solutions (Pluronic F127:water and sodium Alginate:water) to obtain injectable cement paste. It is observed that α-TCP:Pluronic F127:Water mixture showed better injectability and provided good integrity upon injecting. α-TCP-based and/or hybrid cement pastes were prepared by blending a-TCP:calcium sulfate Hemihydrate (Plaster of Paris, CSH or CaSO4 · 1/2 H2O) and hydration (cement conversion) behavior of those mixtures were examined thoroughly. It is shown that CSH addition delayed hydration of α-TCP. Taking into consideration of preliminary experiments, optimized cement pastes were implemented on Direct-Ink Writing 3D printing process. Scaffolds with different solid compositions (TCP:CSH) were successfully fabricated. As it was expected, addition of CSH did not improve the strength of the scaffolds, however it enabled controlling microporosity for the printed constructs due to dissolution of calcium sulfate phases during cement hydration. The results of this can be expanded to print any irregular shaped CDHAp, by combining CAD-supported 3D.
Benzer Tezler
- Effect of pre-heating and processing parameters on the laser additive manufacturing via multiphysics simulation and experimentation
Çoklu fizik benzetimi ve deneysel yöntemi kullanılarak ön ısıtma ve işlem parametrelerinin lazer eklemeli imalat üzerindeki etkisi
ASIF UR REHMAN
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN UYMAZ SALAMCI
- Fabrication of carbon nanotube reinforced plastic matrix composites using 3 dimensional printing
3 boyutlu yazıcı kullanarak karbon nanotüp takviyeli nano kompozit üretimi
ALTUĞ AKPINAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BEDRİ ONUR KÜÇÜKYILDIRIM
- Chocolate and delight production with 3-dimensional printer
Üç boyutlu yazıcıyla çikolata ve lokum üretimi
HATİCE YAPRAK AYDIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Gıda MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ RIZA TEKİN
- Büyük hacimli 3 boyutlu yazıcı tasarımı ve eriyik biriktirme yöntemi ile abs polimer matrisli karbon fiber takviyeli kompozitlerin üretim parametrelerinin incelenmesi
Big volume 3 dimensional printer design and investigation of production parameters of abs polymer matrix carbon fiber reinforced composites by fused deposition modeling
EFECAN KARAMAN
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiMakine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ ÇOLAK
- Hidroksiapatit tozu (HAp) katkılı polilaktik-asit kompozit filamentler kullanılarak elde edilmiş 3 boyutlu (3B) katı omur modellerinin geliştirilmesi
Development of 3-dimensional (3B) solid speed models made using hydroxyapatite powder (HAp) doded polylactic-acid composite filaments
HATİCE KÜBRA YERLİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
BiyomühendislikKaradeniz Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ASLAN