Additive manufacturing of 3-dimensional bioceramic structures elaborated by calcium phosphate cement reactions
Kalsiyum fosfat çimento reaksiyonları yardımıyla üç boyutlu biyoseramik yapıların katmanlı imalatla üretimi
- Tez No: 759771
- Danışmanlar: PROF. DR. CANER DURUCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Biyoseramikler, Doku iskeleleri, Kalsiyum fosfat, Çimento, Üç boyutlu baskı, Bioceramics, Tissue scaffolds, Calcium phosphates, Cement, 3D printing
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kalsiyum fosfat çimentosu klinik olarak kemik hastalıkları ve yaralanmaları ile alakalı çarpık kemik boşluklarını doldurmada sıklıkla kullanılır. Çimentomsu yapısı sayesinde katmanlı imalat teknikleriyle birleştirip geometrik olarak düzensiz ve makro gözenekli biyomeseramik doku iskelelerinin üretimi mümkündür. Bu bilimsel çalışmada, çimento ham maddesi olarak kullanılacak olan alfa-trikalsiyum fosfat (α-TCP ya da α-Ca3(PO4)2) farklı toz karışımları kullanılarak (sırasıyla CaHPO4:CaCO3 ve Ca2P2O7:CaCO3) sentezlenmiştir. İkinci toz karışımı ile üretilen α-TCP tozunun çimento reaksiyonunda daha aktif rol aldığı görülmüştür. α-TCP su ile karıştırdığında sertleşerek biyolojik olarak vücutta bulunan kemik minerali kalsiyumca eksik hidroksiapatite (CDHAp) dönüşür. Sentezlenen a-TCP tozları farklı polimerik tutucularla (Pluronic F127:Su ve sodyum aljinat:Su) hazırlanmış sıvı solüsyonlarla karıştırılarak enjekte edilebilir macunumsu bir yapı kazanmıştır. Yapılan deneyler sonucu α-TCP:Pluronic F127:Su karışımlarının enjekte edilebilirliği ve enjekte edildikten sonra yapısını koruma özelliği daha iyi bulunmuştur. α-TCP ve/veya hibrit çimentolar kalsiyum sülfat (alçı veya CaSO4 · 1/2 H2O) ile karıştırılarak hazırlanmış ve sertleşme davranışları incelenmiştir. Kalsiyum sülfat tozunun eklenmesi α-TCP tozunun sertleşmesini geciktirdiği görülmüştür. Öncül deneyleri baz alarak optimize edilmiş çimento karışımları Direct-Ink Writing adı verilen 3 boyutlu basım tekniğine başarıyla aktarılmıştır. Kalsiyum sülfat tozunun eklenmesi beklendiği gibi sertleşme sonrasında mekanik özellikleri arttırmamış ve kalsiyum sülfat fazlarının yapı içerisinde çözünerek makro ve mikro gözenekli bir yapı elde edilmiştir. Bu tezin sonucunda düzensiz makro/mikro gözenekli yapı iskelerinin 3 Boyutlu bilgisayar destekli tasarım yazılımları yardımıyla basılabildiği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
Calcium phosphate cements (CPCs) are clinically used in bone related surgical operations for irregular defect filling operations. The cement nature also enables them to be used in additive manufacturing to produce bioceramic structures with irregular shapes and scaffolds with specific geometry, shape and macroporosity, as explored in this thesis. In this study, first a CPC cement precursor, α-tricalcium phosphate (α-TCP or α-Ca3(PO4)2), is synthesized by using two different powder mixtures of CaHPO4:CaCO3 and Ca2P2O7:CaCO3, respectively. The end-product of second mixture found to be more reactive for cement conversion. The cement conversion here implies conversion of α-TCP to biological bone mineral-like phase calcium deficient hydroxyapatite (CDHAp or Ca9(PO4)(HPO4)(OH)) upon water uptake. The synthesized α-TCP powder are combined with two different binder liquid solutions (Pluronic F127:water and sodium Alginate:water) to obtain injectable cement paste. It is observed that α-TCP:Pluronic F127:Water mixture showed better injectability and provided good integrity upon injecting. α-TCP-based and/or hybrid cement pastes were prepared by blending a-TCP:calcium sulfate Hemihydrate (Plaster of Paris, CSH or CaSO4 · 1/2 H2O) and hydration (cement conversion) behavior of those mixtures were examined thoroughly. It is shown that CSH addition delayed hydration of α-TCP. Taking into consideration of preliminary experiments, optimized cement pastes were implemented on Direct-Ink Writing 3D printing process. Scaffolds with different solid compositions (TCP:CSH) were successfully fabricated. As it was expected, addition of CSH did not improve the strength of the scaffolds, however it enabled controlling microporosity for the printed constructs due to dissolution of calcium sulfate phases during cement hydration. The results of this can be expanded to print any irregular shaped CDHAp, by combining CAD-supported 3D.
Benzer Tezler
- B2 O3 katkısının doğrudan sinterlenen isatropik sert ferritlerin manyetik özellikleri üzerine etkisi
Effect of B2 O3 addition on the magnetic propertiesof direct sintered isotropic hard ferrites
ALMİLA AK YILDIRIM
- Effect of pre-heating and processing parameters on the laser additive manufacturing via multiphysics simulation and experimentation
Çoklu fizik benzetimi ve deneysel yöntemi kullanılarak ön ısıtma ve işlem parametrelerinin lazer eklemeli imalat üzerindeki etkisi
ASIF UR REHMAN
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN UYMAZ SALAMCI
- 3boyutlu eklemeli üretim yöntemiyle üretilmiş termoplastik esaslı ökzetik çekirdek geometrili sandviç yapıların statik ve dinamik yükler altında davranışının incelenmesi
Investigation of behavior of thermoplastic sandwich structures with auxetic core geometries produced by 3-dimensional additive manufacturing method under static and dynamic loads
İBRAHİM KÜRŞAD TÜRKOĞLU
Doktora
Türkçe
2020
Polimer Bilim ve TeknolojisiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT YAZICI
- Farklı 3 boyutlu yazıcı teknolojileri kullanılarak üretilen geçici restoratif materyallerin dönüşüm derecelerinin değerlendirilmesi
Evaluating the conversion degree of temporary restorative materials produced by different 3-dimensional printer technologies
EBRU SÜRER
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2023
Diş HekimliğiÇukurova ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ESMA BAŞAK GÜL AYGÜN
- Development of construction demolition waste-based geopolymeric composites suitable for three-dimensional additive manufacturing
İnşaat yıkıntı atıkları kullanılarak üç boyutlu eklemeli imalata uygun jeopolimer bağlayıcılı kompozitlerin geliştirilmesi
OĞUZHAN ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2021
İnşaat MühendisliğiHacettepe Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN