Üç yönlü periyodik minimal yüzeylerle (ÜYPMY) tasarlanan kalça implantlarının yapısal analizi
Structural analysis of hip implants designed with triply periodic minimal surfaces (TPMS)
- Tez No: 967298
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NİLHAN ÜRKMEZ TAŞKIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Trakya Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Üç yönlü periyodik minimal yüzey (ÜYPMY) yapılar, ortopedik implant tasarımlarında mekanik dayanım ile biyolojik uyumluluğu birlikte sunan yenilikçi bir yaklaşım olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, kalça implantlarında Gyroid, Diamond, Schwarz, Split-P gibi ÜYPMY tabanlı gözenekli kafes yapıların kullanımı araştırılmıştır. İlk olarak SolidWorks yazılımında yoğun bir kalça implant modeli tasarlanmış, ardından bu model nTopology yazılımına aktarılmıştır. Modelin içi 3 mm derinliğe kadar boşaltılarak ÜYPMY yapılarla doldurulmuştur. Tasarım iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir: İlk aşamada hücre kalınlığı sabit tutularak hücre boyutları değiştirilmiş, ikinci aşamada ise hücre boyutu sabit tutularak kalınlık parametresi değiştirilmiştir. Magnezyum AZ91 malzeme özellikleri atanarak sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilmiş ve maksimum yer değiştirme, maksimum gerilme ve maksimum şekil değişimi değerleri değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, ÜYPMY ile yapılandırılmış implantların yapısal bütünlükten ödün vermeksizin implant ağırlığını azaltabildiğini ve gerilme dağılımını iyileştirerek osseointegrasyonu artırma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir. Bu tez, kalça implantlarında ÜYPMY kafes yapıların tasarımı, mekanik performansı ve biyolojik avantajları açısından detaylı bir değerlendirme sunmakta ve eklemeli imalat teknolojileri ile kişiye özel implant üretiminin önünü açmaktadır.
Özet (Çeviri)
Triply periodic minimal surface (TPMS) lattice structures represent a novel approach in orthopedic implant design by offering a unique balance between mechanical strength and biological compatibility. This study aims to explore the application of TPMS-based porous architectures, specifically gyroid, diamond, schwarz, split-p configurations, in the design of hip implants. A dense hip implant model was initially created using SolidWorks, and later modified in nTopology to incorporate TPMS lattice infill. Two design strategies were implemented: one involving variation in unit cell size while keeping strut thickness constant, and the other involving variation in strut thickness with fixed unit cell size. Static structural analyses were performed via finite element simulations under defined boundary conditions, using the isotropic material properties of magnesium alloy AZ91. Simulation outcomes were evaluated in terms of maximum displacement, von Mises stress, and strain. The results indicate that TPMS-filled implants can significantly reduce weight while maintaining structural integrity, offering improved stress distribution and enhanced potential for osseointegration. This thesis provides a comprehensive analysis of TPMS lattice structures from a mechanical and biological performance perspective, and supports their future integration into patient-specific orthopedic implant designs through additive manufacturing technologies.
Benzer Tezler
- Integration of triply-periodic minimal surface heat exchangers to heat recovery ventilation systems
Üç yönlü periyodik minimal yüzeylerden oluşan ısı değiştiricilerin ısı geri kazanımlı havalandırma sistemlerine entegrasyonu
ALPER METE GENÇ
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZİYA HAKTAN KARADENİZ
- Üç yönlü periyodik minimal yüzeyler ile oluşturulan bir tasarım önerisi
A design proposal with triply periodic minimal surfaces
YUSUF REŞAT GÜNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLEN ÇAĞDAŞ
- Hibrit üç yönlü periyodik minimal yüzeyli üç boyutlu grafen yapıların mekaniği ve tasarımı
The mechanics and design of hybrid triply periodic minimal surfaces of three dimensional graphene
OSMAN FURKAN YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MESUT KIRCA
- Damping strategies in additive manufacturing: hybrid materials, metamaterials and particle damping
Katmanlı üretimde sönümleme stratejileri:hibrit malzemeler, metamalzemeler ve parçacık sönümleme
MURAT CAN ÖZDEN
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. POLAT ŞENDUR
- The investigation of energy absorption characteristics of TPU TPMS structures subjected to impact loading
Çarpma yüküne maruz TPU TPMS yapıların enerji emme karakteristiklerinin incelenmesi
ÇETİN BAKICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPER TAŞDEMİRCİ