Geri Dön

Eklemli imalat yöntemiyle pla esaslı metal takviyeli biokompozit üretimi, biyouyumluluk süreçlerinin araştırılması ve optimizasyonu

Additive manufacturing method for pla based metal reinforced biocomposite production, investigation and optimizition of biocompatibility process

PDF İndir

  1. Tez No: 985181
  2. Yazar: İBRAHİM BAKİ ŞAHİN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. İHSAN KORKUT
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gazi Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Polilaktik asit (PLA), biyomedikal uygulamalarda yaygın olarak kullanılan bir polimerdir. Biyolojik olarak çözünür yapısı sayesinde ikincil cerrahi müdahalelere olan ihtiyacı ortadan kaldırarak hasta riskini, sağlık bakım maliyetlerini ve ameliyat sonrası komplikasyonları azaltır. Ancak, düşük elastiklik modülü (kortikal kemiğe kıyasla 2–3 GPa; kortikal kemik: 15–20 GPa), gevrekliği, düşük kopma uzaması (~%2) ve sınırlı darbe dayanımı (~0,2–0,9 J/cm²) gibi yapısal zayıflıkları, PLA'nın yük taşıyan uygulamalarda kullanımını sınırlandırmaktadır. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek amacıyla, bu çalışmada %3–15 ağırlık oranlarında 316L paslanmaz çelik (SS) takviyesi kullanılarak PLA bazlı biyokompozitlerin çekme, basma ve darbe dayanımları artırılmış ve yük taşıyıcı biyomedikal uygulamalara uygunluğu iyileştirilmiştir. Mekanik özelliklerin optimizasyonu için, takviye içeriği (0, 3, 6, 9, 12 ve 15 ağırlık %) ile meme sıcaklığı (200, 235 ve 270 °C), baskı hızı (205, 220 ve 235 mm/dak) ve baskı yönü (0°, 45° ve 90°) gibi temel Fused Deposition Modeling (FDM) parametrelerinin sistematik olarak değiştirildiği Taguchi L18 ortogonal dizayn yöntemi uygulanmıştır. Çekme, basma ve darbe testleri (n = 2) gerçekleştirilmiş, sonuçlar varyans analizi (ANOVA) ile istatistiksel olarak değerlendirilmiştir. Mikroyapısal özellikler taramalı elektron mikroskobu ve optik mikroskopi ile karakterize edilmiş, yapısal ve termal özellikler ise spektroskopik ve termal analiz teknikleriyle analiz edilmiştir. En uygun işleme koşulları %15 SS takviyesi, 270 °C meme sıcaklığı, 205 mm/dak baskı hızı ve 0° baskı yönü olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda, saf PLA'ya kıyasla çekme mukavemeti %49,2, basma mukavemeti %55,7 ve elastik modül %69,8 oranında artış göstermiştir. Bu bulgular, PLA/SS biyokompozitlerinin yük taşıyıcı biyomedikal implantlar için umut verici adaylar olduğunu ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

Polylactic acid is a polymer widely used in biomedical applications. Its biodegradable nature eliminates the need for secondary surgical interventions, thereby reducing patient risk, healthcare costs, and postoperative complications. However, its structural limitations—such as a low elastic modulus (2–3 GPa compared to 15–20 GPa for cortical bone), brittleness, low elongation at break (~2%), and limited impact strength (~0,2–0,9 J/cm²)—restrict its use in load-bearing applications. To overcome these shortcomings, this study employs 316L stainless steel (SS) reinforcement at 3–15 wt.% to improve the tensile, compressive, and impact strength of PLA-based biocomposites and enhance their suitability for load-bearing biomedical applications. For mechanical optimization, a Taguchi L18 orthogonal design was implemented, systematically varying key Fused Deposition Modeling (FDM) parameters including filler content (0, 3, 6, 9, 12, and 15 wt.%), nozzle temperature (200, 235, and 270 °C), printing speed (205, 220, and 235 mm/min), and raster orientation (0°, 45°, and 90°). Tensile, compression, and impact tests (n = 2) were performed, and the results were statistically analyzed using analysis of variance (ANOVA). Microstructural properties were characterized using scanning electron microscopy and optical microscopy, while structural and thermal properties were assessed via spectroscopic and thermal analysis techniques. The optimal processing parameters were identified as 15 wt.% SS reinforcement, 270 °C nozzle temperature, 205 mm/min printing speed, and 0° raster orientation. Under these conditions, tensile strength increased by 49,2%, compressive strength by 55,7%, and elastic modulus by 69,8% compared to neat PLA. These findings demonstrate that PLA/SS biocomposites are promising candidates for load-bearing biomedical implant applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    949287

    Improvement of product quality in 3D printers by preventive control

    3B yazıcılarda parça kalitesinin önleyici kontrol ile artırılması

    TUNCA ZEKİ BERKKURT

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2025

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ATAKAN ALTINKAYNAK

    DOÇ. DR. MERVE ACER KALAFAT

  2. Tez No

    731986

    Eklemeli imalat ile üretilen farklı dolgu geometrisi ve yoğunluğa sahip pla esaslı yapıların mekanik davranışlarının deneysel olarak araştırılması

    Experimental investigation of mechanical behavior of pla-based structures with different infill geometry and density produced by additive manufacturing

    RUKİYE YEŞİLOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Makine MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA GÜNAY

  3. Tez No

    1019623

    Karbon esaslı nano partikül takviyeli pla matrisli kompozitlerin eriyik yığma metodu ile üretimi ve özelliklerinin araştırılması

    Production and properties investigation of carbon-based nanoparticle reinforced pla matrix composites by melt deposition method

    ALPEREN SOLMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Metalurji MühendisliğiManisa Celal Bayar Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SUAT BAHAR BAŞTÜRK

  4. Tez No

    976389

    Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen sandviç kompozit plakaların mekanik özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of the mechanical properties of sandwich composite plates produced by additive manufacturing method

    MEHMET ŞAH GÜLTEKİN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Makine MühendisliğiBatman Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAMİT ADİN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET SAİD BAYRAKLILAR

  5. Tez No

    987949

    Eklemeli imalat yöntemine uygun güç tutuşur PLA esaslı filament üretilmesi

    Production of flame retardant PLA based filament suitable for additive manufacturing method

    KÜBRA KAMANLIOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    Tekstil Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET DOĞAN

Geri Dön