Geri Dön

Dental uygulamalarda kullanılan titanyum mesh ve kafes yapılı implantların katı cisim mekaniği temelli tasarımı ve analizi

Solid mechanics based design and analysis of titanium mesh and lattice structure implants used in dental applications

PDF İndir

  1. Tez No: 1018226
  2. Yazar: AHMET BERKAY GÜNYAKTI
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MİNE USLU UYSAL, DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜHER PELİN TOKER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Konstrüksiyon Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu yüksek lisans çalışması, diş restorasyonlarında kullanılmak üzere metal eklemeli imalat (MEİ) teknolojileriyle üretilen kişiye özel titanyum mesh ve kafes yapılı implantların katı cisim mekaniği temelli tasarımını gerçekleştirmeyi ve mekanik davranışlarını sonlu elemanlar analizi (SEA) ile incelemeyi amaçlamaktadır. Literatür incelendiğinde, titanyum mesh yapılar ile kafes (lattice) yapılı implantların mekanik davranışlarının, özellikle farklı biyomekanik yükleme senaryoları altında yeterli sistematiklikte ele alınmadığı görülmektedir. Bu boşluğu gidermek amacıyla çalışma iki aşamalı olarak kurgulanmıştır. İlk aşamada, titanyum mesh yapısının geometrik ve yapısal parametrelerinin mekanik davranış üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu kapsamda eliptik geometriyi tanımlayan c/a oranı 0.5, 1.0, 1.5 ve 2.0 olarak belirlenmiş; mesh kalınlığı ise 0.2, 0.3 ve 0.4 mm değerleri için parametrik olarak değiştirilmiştir. Oluşturulan modeller, çiğneme davranışını temsil eden gıda yüklemesi ve fizyolojik kas kuvvetlerini temsil eden kas yüklemesi altında analiz edilmiştir. İkinci aşamada ise TPMS (Triply Periodic Minimal Surface) tabanlı Gyroid ve Diamond yapıları kullanılarak %50, %60, %70 ve %80 homojen porozite ile %50–60, %50–70 ve %50–80 aralığında fonksiyonel derecelendirilmiş porozite dağılımlarına sahip modeller oluşturulmuş ve tam dolu referans model ile karşılaştırılmıştır. Tüm modeller, anatomik gerçekliğe uygun ilgili anatomik yapılar çalışmaya dahil edilerek tamamlanmıştır. Analiz sonuçları, titanyum mesh modellerinde geometri, kalınlık ve yükleme koşullarının; kafes yapılı implant modellerinde ise porozite dağılımı ve kafes (lattice) yapısının gerilme ve deformasyon davranışı üzerinde belirleyici olduğunu göstermiştir. Özellikle 0.2 mm kalınlık grubunda, c/a oranının 0.5'ten 1.5'e artırılmasıyla maksimum gerilme yaklaşık %38 oranında azalarak 289.802 MPa'dan 180.252 MPa seviyesine gerilemiştir. Ayrıca kalınlık artışı ile birlikte gerilme seviyelerinde genel bir azalma eğilimi gözlenmiştir. İmplant modellerinde ise porozitenin %50'den %80'e çıkarılmasıyla implant içerisindeki gerilme seviyelerinin yaklaşık %32 oranında arttığı, buna karşılık çevre kemik dokuda oluşan gerilme dağılımının da yükselerek daha etkin bir yük aktarımı sağladığı belirlenmiştir. Aynı porozite seviyelerinde Gyroid yapısının daha düşük implant gerilmesi oluşturduğu, buna karşılık Diamond yapısının çevre kemikte daha yüksek gerilme değerleri ile daha etkin yük transferi sağladığı görülmüştür. Fonksiyonel derecelendirilmiş modellerde ise gerilme dağılımının daha kademeli hale geldiği tespit edilmiştir. Kemik dokuda gözlenen bu artışın, yük aktarımının dengelenmesi ve stress shielding (gerilme kalkanı) etkisinin azaltılması açısından mekanik olarak avantajlı bir davranış sergilediği ortaya konulmuştur.

Özet (Çeviri)

This master's thesis aims to design custom titanium mesh and lattice structure implants produced by metal additive manufacturing (MAM) technologies based on solid mechanics principles, and to investigate their mechanical behavior through finite element analysis (FEA). A review of the literature reveals that the mechanical behavior of titanium mesh structures and lattice based implants has not been systematically examined, particularly under varying biomechanical loading conditions. To overcome this limitation, a two-stage methodological framework is adopted. In the first stage, the effects of geometric and structural parameters of the titanium mesh on mechanical behavior are investigated. Within this scope, the elliptic geometry is defined by c/a ratios of 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0, while mesh thickness is parametrically varied as 0.2, 0.3, and 0.4 mm. The developed models are analyzed under two loading scenarios: masticatory loading representing chewing behavior, and muscle loading representing physiological muscle forces. In the second stage, TPMS (Triply Periodic Minimal Surface) based Gyroid and Diamond lattice structures are employed to generate implant models with homogeneous porosities of 50%, 60%, 70%, and 80%, as well as functionally graded porosity distributions in the ranges of 50–60%, 50–70%, and 50–80%. These models are compared with a fully solid reference model. All simulations incorporate anatomically realistic structures to ensure physiological relevance. The analysis results indicate that geometry, thickness, and loading conditions significantly influence the mechanical behavior of titanium mesh models, whereas porosity distribution and lattice architecture play a dominant role in lattice structure implant models. In particular, for the 0.2 mm thickness group, increasing the c/a ratio from 0.5 to 1.5 leads to an approximately 38% reduction in maximum stress, decreasing from 289.802 MPa to 180.252 MPa. Additionally, an overall reduction in stress levels is observed with increasing thickness. For implant models, increasing porosity from 50% to 80% results in an approximate 32% increase in stress within the implant, while simultaneously enhancing stress distribution in the surrounding bone, indicating more effective load transfer. At equivalent porosity levels, the Gyroid structure yields lower stress concentrations within the implant, whereas the Diamond structure promotes higher stress levels in the surrounding bone, suggesting improved load transfer efficiency. Functionally graded models exhibit a more gradual stress distribution profile. The observed increase in stress within the bone tissue is mechanically advantageous in terms of load sharing and reduction of the stress shielding phenomenon.

Geri Dön