Asetabular kapakların ökzetik yapıda modellenerek eklemeli imalat ile üretimi ve mekanik, morfometrik, biyolojik özelliklerinin geliştirilmesi
Additive manufacturing of acetabular cups modeled in auxetic structure and improvement of mechanical, morphometric, biological properties
- Tez No: 969835
- Danışmanlar: PROF. DR. MİHRİGÜL EKŞİ ALTAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Asetabular kapak, analiz, eklemeli imalat, ökzetik, re-entrant, Acetabular cup, analysis, auxetic, additive manufacturing, re-entrant
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İmal Usulleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Total kalça artroplastisinde (TKA) kullanılan asetabular kapakların (AK) porozitelerinin insan kemik dokusunun porozitesine yakın olması önemlidir. Eklemeli imalat (Eİ) teknolojisi ile hasta anatomisine uygun ve kontrollü poroziteye sahip asetabular kapak üretilebilmektedir. Bu kapaklar doğal kemiğe benzer biyolojik özelliklere ve azaltılmış elastiklik modülüne sahiptir. Bu çalışmada, ökzetik yapılar esas alınarak mekanik, morfometrik ve biyolojik açıdan özellikleri iyileştirilmiş yenilikçi asetabular kapak tasarımı, sonlu elemanlar analizi (FEA), Lazer Toz Yatağı Füzyon (L-TYF) eklemeli imalat yöntemi ile üretimi ve basma testi gerçekleştirilmiştir. AK tasarımında biyomekanik uyumluluğu artırmak için özelleştirilmiş tasarım parametreleriyle belirlenen re-entrant ökzetik birim hücreler kullanılarak gözeneklilik dağılımı kademeli bir şekilde modellenmiştir. FEA ile prizmatik kafes yapıların negatif Poisson oranı (NPR) ve porozite değerleri belirlenmiştir. Ökzetik karakter gösteren ve Ti6Al4V'nin basmadaki akma dayanımından düşük gerilmeye sahip modeller L-TYF ile üretilmiştir. Ökzetik prizmatik numunelerin 1 mm/dk hızda gerçekleştirilen basma testlerinde ortalama 44-103 MPa basma dayanımı; 1,9-4,5 GPa elastiklik modülü belirlenmiştir. FEA ile elde edilen Poisson oranları (PR) ve porozite değerleri deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak aralarındaki trendin benzerliği sunulmuştur. Aşınma testleri sonucunda ortalama spesifik aşınma miktarı değerleri 0,0004-0,0064 mm³/Nm aralığında elde edilmiştir. En düşük değerler, dikme (strut) kalınlıklarının en fazla olduğu numunelerde tespit edilmiştir. Bu numunelerde temas basıncı azalarak lokal deformasyonlar sınırlanmaktadır. Yüksek çevrimli kuvvet kontrollü yorulma testlerinde 3000 N ile 5000 N yük uygulanmıştır. Yük arttığında numunelerde dikme deformasyonu ve birim hücre kopması şeklinde hasar oluşumu belirgin hale gelmiştir. Biyouyumluluk testleri sonucunda, numunelerin sitotoksik bir etki göstermediği ve porozitesi fazla olan numunede kalsifikasyonun daha fazla olduğu belirlenmiştir. 1600 N basma yükü altında maksimum 445 MPa gerilme ve 0,016 mm yer değiştirme gösteren bir linersiz asetabular kapak modeli geliştirilmiştir. Basma testi ile ökzetik kademeli yapının 0,1 GPa Young modülü ve 15,6 kN maksimum yük taşıdığı belirlenmiştir. Bu tasarım ile gerilme kalkanı etkisi azaltılmış, yük dağılımı daha homojen hale getirilmiş ve osseointegrasyon için uygun porozite sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Acetabular cups (AC) used in Total Hip Arthroplasty (THA) should have porosity similar to human bone. Additive manufacturing (AM) allows production of patient-specific ACs with controlled porosity, offering bone-like biological properties and reduced elastic modulus. In this study, a novel AC design with improved mechanical, morphometric, and biological properties based on auxetic structures, finite element analysis (FEA), manufacturing by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), and compression test were perfomed. The AC design incorporated a graded porosity distribution utilizing re-entrant auxetic unit cells, which determined by custom design parameters, to enhance biomechanical compatibility. Negative Poisson's ratio (NPR) and porosity values of the prismatic lattice structures were determined using FEA. Models exhibiting auxetic behavior and stresses below the compressive yield strength of Ti6Al4V were manufactured via L-PBF. Compression tests at the strain rate of 1 mm/min presented the mean compressive strength of 44–103 MPa and the elastic modulus of 1.9-4.5 GPa. The Poisson's ratio (PR) and porosity values obtained from FEA were compared with the experimental results, and the trend similarity between them was presented. Wear tests revealed specific wear rates between 0.0004–0.0064 mm³/Nm, with the lowest wear in samples with thicker struts due to reduced contact pressure and local deformation. High-cycle force-controlled fatigue tests under 3000 N and 5000 N loads showed failure progression through strut deformation and unit cell fracture at higher loads. Biocompatibility tests showed no cytotoxic effects, and the sample with higher porosity exhibited more calcification. Acetabular cup model without liner exhibiting 445 MPa maximum stress and 0.016 mm displacement under 1600 N compressive load was developed. The compression test revealed that the auxetic graded structure exhibited the Young's modulus of 0.1 GPa and the maximum load of 15.6 kN. This design reduces the stress‑shielding, achieves more homogeneous load distribution, and provides a porosity suitable for osseointegration.
Benzer Tezler
- Asetabular displazili olgularda pemberton tipi asetabuloplasti erken dönem sonuçları
Başlık çevirisi yok
ALPER KEBUDİ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2005
Ortopedi ve Travmatolojiİstanbul ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF.DR. TUNCAY CENTEL
- Asetabular labral yırtık nedeniyle manyetik rezonans artrografi incelemesi yapılan hastalarda transvers asetabular ligamanın değerlendirilmesi
Transverse acetabular li̇gament evaluati̇on i̇n pati̇ent whi̇ch have magneti̇c resonance arthrography due to acetabular labral tear
FADIMA URUŞ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2015
Radyoloji ve Nükleer Tıpİstanbul ÜniversitesiRadyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH KANTARCI
- Erişkin asetabular displazili hastalarda periasetabular osteotomi operasyonunun sonuçlarının klinik ve radyolojik değerlendirmesi
Clinical and radiological evaluation of the results of periacetabular osteotomy operation in adult patients with acetabular dysplasia
OĞUZHAN ÇETİNARSLAN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2021
Ortopedi ve TravmatolojiManisa Celal Bayar ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN SERHAT YERCAN
- Rezidüel asetabular yetmezliklerin tedavisinde innominate osteotomi ve sonuçlarımız
Innominate osteotomy in residuel acetabular insufficiency and our results
DOĞAN BEK
- Erişik asetabular displazili hastalarda ganz tipi periasetabular osteotomi sonuçları
The resuts of ganz periacetabular osteotomy in adult acetabular dysplasia patients
MEHMET FATİH GÜVEN
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2004
Ortopedi ve Travmatolojiİstanbul ÜniversitesiOrtopedi ve Travmatoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNCAY CENTEL