3 Boyutlu Yazıcı ile Üretilen Biyouyumlu AFO ların Mekanik Analizi

Creative Commons License

Bozkurt B., Dirikolu M. H.

Istanbul Yeni Yuzyil Universitesi, Yeni Yuzyil Journal of Medical Sciences, cilt.1, sa.5, ss.22-30, 2024 (TRDizin)

Özet

Geleneksel ortez üretim malzemelerine göre üstün nitelikli malzemelerle, kişiye özel Ayak-Ayak Bileği Ortezi (AFO) üreterek çekme dayanım analizinin gerçekleştirilmesi ve geleneksel AFO’lar ile karşılaştırılması amaçlanmaktadır. Yöntem: İlk olarak geleneksel AFO malzemeleri çekme testine tabii tutulmuştur. Test bilgileri ışığında benzer çekme dayanımı gösteren malzemeler araştırılmış ve farklı karışım oranlarıyla Polilaktik asit (PLA) / Polikaprolakton (PCL) karışımı biyokompozit filamentler elde edilmiştir. Filamentlerden 3 boyutlu (3B) yazıcı ile mekanik test çubukları üretilmiştir. Üretilen çubuklara çekme testi uygulanmıştır. Test çubuklarından elde edilen bilgiler ışığında filamentlerden AFO üretimi yapılmış ve AFO’lara özel deney düzeneği hazırlanmıştır ve mekanik analiz yapılmıştır. Yapılan deneyler ile sonlu eleman analizinde (SEA) elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bulgular: Geleneksel AFO’larda yaygın olarak kullanılan polipropilen (PP) malzemelerinin mekanik analizi ile elde edilen çekme dayanımı 22,6 MPa olarak ölçülmüştür. Biyouyumlu olduğu bilinen malzemelerin belirli oranları ile karışım yapılarak imal edilen malzemeler ise; 43,2-27,6 MPa çekme dayanımı ile geleneksel AFO’lara oranla daha yüksek çekme dayanımı göstermektedir. Ayrıca, biyouyumlu olan bu malzemeler doğaya zarar vermedikleri ve çevre dostu olmaları nedeniyle de avantaj sağlamaktadır. Bu nedenle; oluşturulan AFO malzemelerinin hem yüksek çekme dayanımı hem de yeşil dönüşüm anlamında endüstriyel AFO malzemelerine üstünlük sağladığı görülmüştür. Sonuç: PLA/PCL karışımı filamentlerden üretilen AFO’ların, geleneksel üretim AFO’lara göre daha yüksek çekme dayanımı sağladığı görülmüştür. Bu malzemelerden yapılan AFO’lar aynı zamanda biyouyumlu ve benzer çekme dayanımı için geleneksel yöntemlerle üretilen AFO’lara göre daha hafif yapıların oluşmasına imkân tanımaktadır. Anahtar Kelimeler: biyokompozit, ayak-ayak bileği ortezi, AFO, eklemeli imalat, mekanik analiz 

The aim is to produce custom Ankle Foot Orthoses (AFO) with biocompatible materials compared to traditional orthotic manufacturing materials, perform tensile strength analysis, and compare them with traditional AFOs. Methods: Initially, traditional AFO materials were subjected to a tensile test. Following the test information, materials demonstrating similar tensile strength were researched, and biocomposite filaments with different mixture ratios of Polylactic acid (PLA) / Polycaprolactone (PCL) were obtained. Mechanical test specimens were produced from the filaments using a 3-dimensional printer. A tensile test was applied to the produced specimens. Based on the information obtained from the test specimens, AFO production was carried out using the filaments; a special experimental setup for the AFOs was prepared, and mechanical analysis was conducted. The results obtained from the experiments were compared with those from the finite element analysis (FEA). Results: The biocomposite materials known as biocompatible have not only achieved a tensile strength of 43.2-27.6 MPa, surpassing the 22.6 MPa tensile strength obtained from the mechanical analysis of polypropylene materials commonly used in traditional AFOs, but they have also demonstrated superiority over industrial AFO materials by offering higher tensile strength while being environmentally respectful. Results: The tensile strength obtained by mechanical analysis of polypropylene (PP) materials commonly used in traditional AFOs was measured as 22.6 MPa. The materials manufactured by mixing with certain ratios of materials known to be biocompatible show higher tensile strength compared to traditional AFOs with a tensile strength of 43.2-27.6 MPa. In addition, these biocompatible materials are also advantageous because they are environmentally friendly and do not harm nature. Therefore, it was observed that the created AFO materials are superior to industrial AFO materials in terms of both high tensile strength and green transformation. Conclusion: The AFOs produced from PLA/PCL blend filaments have been observed to provide higher tensile strength than traditional manufacturing AFOs. These materials also allow for the creation of biocompatible lighter structures and offer similar tensile strength to those produced by conventional methods. Keywords: biocomposite, ankle-foot orthosis, AFO, additive manufacturing, mechanical analysis