Femur kırığı için eklemeli olarak üretilen gözenekli plağın tasarım optimizasyonu
Küçük Resim Yok
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
İnönü Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Eklemeli İmalat teknolojisi, geometrik olarak karmaşık ve ultra hafif kafes yapıların üretimini mümkün kılmıştır. Bu yapılar yüksek gözeneklilik özelliği sayesinde kemik kırıklarının tedavisinde kullanılan implantların üretiminde tercih edilerek kemik ile implant arasında meydana gelen stres kalkanının minimize edilmesini sağlamaktadır. Böylelikle kemik dokunun daha sağlıklı bir şekilde büyümesi desteklenmektedir. Bu çalışmada femur kırığı tedavisinde kullanılan bir plağın kafes yapılı tasarımının stres kalkanı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Önceki çalışmalardan farklı olarak iki katmanlı olarak sunulan plağın alt katmanı kafes yapısının yumuşak dokuya zarar vermesini önlemek amacıyla katı formda oluşturulmuştur. Üst katman ise BCC, Elmas, OT, BCC-Elmas, BCC-OT ve Elmas-OT gibi farklı kafes yapılarıyla oluşturulmuş ve bu plaklar üzerinde basma testleri ile sonlu eleman analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca plakların yüzey kalitesi ve boyutsal doğruluğu üzerine detaylı incelemeler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar kafes yapılı plakların katı plaklara kıyasla daha düşük gerilme seviyelerine sahip olduğunu ve daha az deformasyona uğradığını göstermiştir. Kafes yapılı plaklar arasında yapılan karşılaştırmalarda ise OT kafes yapılı plak, diğer tasarımlara oranla yaklaşık % 15-35 daha az stres kalkanına sahip olmuştur. Ayrıca test ve analizler sonucunda, kafes yapılarındaki dikme kalınlığının artmasının gerilme değerlerini önemli ölçüde iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Öte yandan kafes yapılarda gözeneklilik oranı ve dikme kalınlığının artmasının boyutsal doğruluğu olumlu yönde etkilediği sonucuna ulaşılmıştır.
Additive Manufacturing technology has enabled the production of geometrically complex and ultra-light lattice structures. Due to their high porosity, these structures are preferred in the production of implants used in the treatment of bone fractures, as they help minimize the stress shielding between the bone and the implant. This, in turn, supports healthier bone tissue growth. This study investigates the effect of a lattice-structured design of a plate used in femur fracture treatment on stress shielding. Unlike previous studies, the plate was designed as a two-layer structure, with the lower layer formed in solid form to prevent the lattice structure from damaging the surrounding soft tissue. The upper layer, on the other hand, was created using various lattice configurations such as BCC, Diamond, OT, BCC-Diamond, BCC-OT, and Diamond-OT, and compression tests along with finite element analyses were conducted on these plates. Compression tests and finite element analyses were performed on these plates. In addition, detailed investigations were conducted on the surface quality and dimensional accuracy of the plates. The results showed that lattice structured plates exhibited lower stress levels and underwent less deformation compared to solid plates. Among the various lattice designs, the OT lattice plate showed approximately 15-35% less stress shielding compared to the other configurations. Furthermore, test and analysis results indicated that increasing the strut thickness within the lattice structure significantly improved stress performance. It was also concluded that increases in porosity ratio and strut thickness positively affected the dimensional accuracy of the lattice structures.
Additive Manufacturing technology has enabled the production of geometrically complex and ultra-light lattice structures. Due to their high porosity, these structures are preferred in the production of implants used in the treatment of bone fractures, as they help minimize the stress shielding between the bone and the implant. This, in turn, supports healthier bone tissue growth. This study investigates the effect of a lattice-structured design of a plate used in femur fracture treatment on stress shielding. Unlike previous studies, the plate was designed as a two-layer structure, with the lower layer formed in solid form to prevent the lattice structure from damaging the surrounding soft tissue. The upper layer, on the other hand, was created using various lattice configurations such as BCC, Diamond, OT, BCC-Diamond, BCC-OT, and Diamond-OT, and compression tests along with finite element analyses were conducted on these plates. Compression tests and finite element analyses were performed on these plates. In addition, detailed investigations were conducted on the surface quality and dimensional accuracy of the plates. The results showed that lattice structured plates exhibited lower stress levels and underwent less deformation compared to solid plates. Among the various lattice designs, the OT lattice plate showed approximately 15-35% less stress shielding compared to the other configurations. Furthermore, test and analysis results indicated that increasing the strut thickness within the lattice structure significantly improved stress performance. It was also concluded that increases in porosity ratio and strut thickness positively affected the dimensional accuracy of the lattice structures.
Açıklama
Anahtar Kelimeler
Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
