Geri Dön

Üç boyutlu yazıcı ile yumuşak dokuya sahip organ baskısı için akışkan yapılı ekstrüder sistemi tasarımı ve kontrolü

Design and control of a fluid-structured extruder system for soft-textured organ printing with 3D printer

PDF İndir

  1. Tez No: 789582
  2. Yazar: SERKAN OKUR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. AYTAÇ ALTAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 75

Özet

Eklemeli imalat teknolojilerinde yaşanan gelişmeler ve buna bağlı olarak geliştirilen baskı malzemeleri, üç boyutlu (3B) yazıcıların mühendislik ve tıp başta olmak üzere birçok sektörde kullanımını arttırmıştır. 3B yazıcılar, özellikle plastik cerrahide burun, kulak, yüz-çene kemiği gibi protezlerin üretilmesinde sıklıkla kullanılmaktadır. Hastanın doku ve organ kaybının olduğu bölgeye özel olarak üretilen protezlerde meydana gelen yüzey hataları hastanın bu protezleri verimli kullanmasını engellemektedir. Yüzey hatalarının en aza indirilmesi, üretilen protezin hastanın doku-organ kaybı yaşadığı bölge ile uyumlu bir şekilde bütünleşmesini sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, kulak ve burun gibi yumuşak ve kıkırdak dokuya sahip organlar başta olmak üzere yüz-çene ve kafatası kemiği gibi sert yapıya sahip dokuların, hastanın doku-organ kaybı yaşadığı bölgeye özel olarak yazdırılmasında önemli role sahip ekstrüder sarkaç sisteminin tasarımı ve kontrolü gerçekleştirilmektedir. Literatürdeki uygulamalardan farklı olarak bu çalışmada, doku-organ baskısı esnasında üç farklı tür reçinenin kullanımına olanak sağlayan özgün ekstrüder sarkaç sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan ekstrüder sarkaç sistemi sayesinde özellikle kıkırdak dokuyu içinde barındıran kulak ve burun gibi organların gerçeğine yakın şekilde yapay olarak üretilmesi amaçlanmaktadır. Hem üç enjeksiyon başlığına sahip ekstrüder sarkaç sisteminin açısal konum kontrolü hem de üretilen protezlerdeki yüzey hatalarının en aza indirilebilmesi için tasarlanan ekstrüder sarkaç sisteminin kontrolcü performansının iyileştirilmesi gerekmektedir. Çalışmada, özellikle burun ve kulak gibi kıkırdak doku barındıran doku-organ protezlerinin tasarlanan ekstrüder sarkaç sistemi tarafından en az hata ile yazdırılabilmesi için Çekirge Optimizasyon Algoritması (ÇOA) temelli uyarlanabilir Oransal-İntegral-Türev (Proportional-Integral-Derivative-PID) kontrolcü geliştirilmiştir. Geliştirilen kontrolcünün parametreleri, yakınsama hızı yüksek ve parametre karmaşıklığı diğer optimizasyon algoritmalarına göre düşük olan ÇOA tarafından kestirilmektedir. Tasarlanan ekstrüder sarkaç sisteminin geçici durum ve yatışkan durum performansının iyileştirilmesi için ÇOA'nın amaç fonksiyonu, karesel hatanın integrali (Integral of Squared Error-ISE) ve zaman ağırlıklı mutlak hatanın integrali (Integral of Time-weighted Absolute Error-ITAE) performans metriklerinin kombinasyonundan oluşturulmuştur. Önerilen ÇOA tabanlı uyarlanabilir PID kontrolcünün performansı, Ziegler-Nichols-PID (ZN-PID) ve Genetik Algoritma (GA) temelli uyarlanabilir PID kontrolcülerin performansları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca, çalışmada kullanılan kontrolcülerin performanslarının kıyaslanmasında ekstrüder sarkaç sisteminin basamak tepkisindeki oturma zamanı ve yükselme zamanı kriterleri dikkate alınmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar, tasarlanan ekstrüder sarkaç sistemi için önerilen ÇOA temelli uyarlanabilir PID kontrolcünün kapalı çevrim oturma zamanı ve yükselme zamanı kriterlerini iyileştirdiğini göstermektedir. ZN-PID ile GA ve ÇOA temelli uyarlanabilir PID kontrolcü algoritmaları ekstrüder sarkaç sistemine sahip 3B yazıcı üzerinde bulunan kontrol kartına gömülerek yapay doku-organ protezleri yazdırılmıştır. Üretilen yapay doku-organ protezleri üzerindeki yüzey hataları Pearson korelasyonu ile belirlenmiştir. Önerilen kontrolcü yaklaşımının yapay doku-organ protezlerindeki yüzey hatalarını en aza indirmede diğer kontrol algoritmalarına kıyasla belirgin şekilde başarılı olduğu görülmüştür.

Özet (Çeviri)

Developments in additive manufacturing technologies and printing materials developed accordingly have increased the use of three-dimensional (3D) printers in many sectors, especially in engineering and medicine. 3D printers are frequently used in the production of prostheses such as nose, ear, face-jawbone, especially in plastic surgery. Surface defects that occur in prostheses produced specifically for the area where the patient has tissue and organ loss prevent the patient from using these prostheses efficiently. Minimizing the surface defects ensures that the produced prosthesis integrates adaptively with the area where the patient experiences tissue-organ loss. In this thesis, the design and control of the extruder pendulum system, which has an important role in the printing of soft and cartilaginous organs such as ears, nose, and hard tissues such as face-jaw and skull bone, specifically for the area where the patient experiences tissue-organ loss, is carried out. The difference from the implementations in the literature, in this study, a novel extruder pendulum system has been designed that allows the use of three different types of resin during tissue-organ printing. Thanks to the designed extruder pendulum system, it is aimed to artificially produce organs such as ear and nose that contain cartilage tissue, close to the real thing. It is necessary to improve the controller performance of the designed extruder pendulum system to both control the angular position of the extruder pendulum system with three injection heads and to minimize the surface defects in the produced prostheses. In this study, an adaptive Proportional-Integral-Derivative-(PID) controller based on the Grasshopper Optimization Algorithm (GOA) has been developed so that tissue-organ prostheses containing cartilage tissue such as nose and ear can be printed with minimum error by the designed extruder pendulum system. The parameters of the developed controller are estimated by the GOA, which has a high convergence rate and a low parameter complexity compared to other optimization algorithms. To improve the transient and steady-state performance of the designed extruder pendulum system, the objective function of GOA has been composed from the combination of the Integral of Squared Error (ISE) and the Integral of Time-weighted Absolute Error (ITAE) performance metrics. The performance of the proposed GOA based adaptive PID controller is compared with the performances of Ziegler-Nichols-PID (ZN-PID), and Genetic Algorithm (GA) based adaptive PID controllers. Moreover, in the comparison of the performances of the controllers used in the study, the settling and rising time criteria in the step response of the extruder pendulum system are considered. The experimental results show that the proposed GOA-based adaptive PID controller for the designed extruder pendulum system improves the closed-loop settling and rising time criteria. Artificial tissue-organ prostheses were printed by embedding ZN-PID and adaptive PID controller algorithms based on GA and GOA into the control card on the 3D printer with extruder pendulum system. The surface defects on artificial tissue-organ prostheses were determined by Pearson correlation. The proposed controller approach has been found to be significantly successful in minimizing surface defects in artificial tissue-organ prostheses compared to other controllers.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    843497

    Obtain anterior/posterior position of the tumor through machine learning

    Makine öğrenme yoluyla tümörün anterior/posterior pozisyonunu elde edin

    GOLSHAN GHOLAMPOUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM AKDUMAN

  2. Tez No

    390806

    Adipoz doku kaynaklı mezenkimal kök hücrelerden kondrosit farklılaşması

    Chondrogenic differentiation from mesenchymal stem cells of adipose tissue origin

    DOGA YAŞAR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2015

    GenetikErciyes Üniversitesi

    Kök Hücre Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAMİYET DÖNMEZ ALTUNTAŞ

  3. Tez No

    872071

    Çatışma eylem stillerinin duygu düzenleme ve kişilik özellikleri açısından incelenmesi

    Examination of conflict action styles in terms of emotion regulation and personality traits

    HATİCE ŞEYDA CERAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    PsikolojiNecmettin Erbakan Üniversitesi

    Eğitim Bilimleri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. COŞKUN ARSLAN

  4. Tez No

    603324

    3D printing of soft tissue eengineered constructs for skin reconstruction

    Deri yenilenmesi için 3 boyutlu yazıcı ile yumuşak doku mühendisliği yapılarının üretimi

    HATİCE MERVE CAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    BiyomühendislikMarmara Üniversitesi

    Biyomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FAİK NÜZHET OKTAR

    PROF. DR. MEHMET EROĞLU

  5. Tez No

    566838

    Üç boyutlu yazıcıyla yumuşak doku üretimi

    Soft tissue production with three dimensional printer

    GÖKÇE GÜRSES

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    BiyomühendislikAfyon Kocatepe Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ATİLLA EVCİN

Geri Dön