Akıllı polimerden biyokompozit malzeme tasarımı ve 3 boyutlu yazıcıda kullanımı
Smart polymer biocomposite material design and use in 3D printing
Yazar: ERDOĞAN KARİP
Danışman: PROF. DR. MEHTAP MURATOĞLU
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Biyomalzemeler, insan vücudundaki canlı dokuların işlevlerini yerine getirmek ya da desteklemek 
amacıyla kullanılan doğal ya da sentetik malzemelerdir. Bu biyomalzemelerden biri olan hidroksiapatit, 
doğal kemiğe benzerliği dolayısıyla ortopedik implantlarda yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Fakat 
hidroksiapatitin klinik uygulamaları kırılganlığı nedeniyle sınırlanmaktadır.
Bu nedenle mevcut biyomalzemelerin mekanik, biyouyumluluk ve biyobozunurluk özelliklerini 
geliştirmek için kompozit malzemelere ihtiyaç duyulmaktadır. Ayrıca 3 boyutlu baskılama yöntemi ile iskele 
üretimi veya hidrotermal yöntem ile nano biyokompozit malzeme üretimi gibi yenilikçi yöntemler, son 
zamanlarda giderek önemini arttırmıştır.
Bu çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada piyasada uygun fiyatlarda bulanan, tescilli 
olmayan, açık kodlu ve birtakım değişiklikler yapılmasına olanak tanıyan bir 3 boyutlu yazıcı satın alındı ve 
bu yazıcı pellet ekstrüder sistemine sahip bir 3 boyutlu yazıcıya dönüştürüldü. İkinci aşamada ise 
hidroksiapatit, kitosan ve perlit nano tozlar üretilerek, hidrotermal yöntem ile hidroksiapatit-perlit, kitosanperlit ve hidroksiapatit-kitosan-perlit nano biyokompozitlerin sentezi gerçekleştirildi. Daha sonra bu nano 
biyokompozitler polilaktik asit (PLA) 'e ilave edilerek biyopolimer kompozitler üretildi. Elde edilen 
biyokompozitlerin SEM, EDS, XRD, FTIR ve Zeta Partikül analizleri ile karakterizasyonu incelenmiştir. Son 
olarak DSC ve çekme testi analizleri ile biyopolimer kompozitlerin şekil hafıza özellikleri ve mekanik 
özellikleri analiz edilerek, 3 boyutlu yazıcıda baskılanma parametreleri incelendi. 
Sonuç olarak biyokompozitler başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Ayrıca biyopolimer kompozitlerin
üç boyutlu baskılaması sağlanmıştır.

Abstract:
Biomaterials are natural or synthetic materials used to fulfill or support the functions of living tissues 
in the human body. Hydroxyapatite, one of these biomaterials, has been widely used in orthopedic implants 
due to its similarity to natural bone. However, clinical applications of hydroxyapatite are limited by its 
brittleness. Therefore, composite materials are needed to improve the mechanical, biocompatibility and 
biodegradability properties of existing biomaterials. In addition, innovative methods such as scaffold 
production with 3D printing method or nano biocomposite material production with hydrothermal method 
have increased their importance recently.
This study consists of two stages. In the first stage, a non-proprietary, open-code 3D printer that was 
available on the market at affordable prices and allowed for some modifications was purchased, and this 
printer was converted into a 3D printer with a pellet extruder system. In the second stage, hydroxyapatite, 
chitosan and perlite nano powders were produced and the synthesis of hydroxyapatite-perlite, chitosan-perlite 
and hydroxyapatite-chitosan-perlite nano biocomposites was carried out by the hydrothermal method. Then, 
these nano biocomposites were added to polylactic acid (PLA) to produce biopolymer composites.
Characterization of biocomposites was examined by SEM, EDS, XRD, FTIR and Zeta Particle analyses.
Finally, the shape memory properties of biopolymers and mechanical properties were analyzed with DSC 
analysis, tensile test and the printing parameters were examined in the 3D printer.
As a result, biocomposites have been successfully synthesized. Additionally, 3D printing of 
biopolymers has been achieved.