Farklı biyomalzemelerin, eklemeli imalat yöntemiyle ortez üretiminde kullanımına yönelik topoloji optimizasyonu, tasarımı ve karakterizasyonu
Topology optimization, design, and characterization for the use of different biomaterials in orthesis manufacturing by additive manufacturing method
Yazar: BAHADIR BOZKURT
Danışman: PROF. DR. M. HÜSNÜ DİRİKOLU
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Biyomekanik analiz = Biomechanical analysis ; Biyomekanik modelleme = Biomechanical modelling ; Kompozit polimerler = Composite polymers ; Stres-mekanik = Stress-mechanical

Özet:
Ortezler, nöromüsküloskeletal sistemin yapısal ve fonksiyonel özelliklerini geliştirmek için kullanılan aparatlardır. Ortezler farklı boyutlarda üretilmesine rağmen, standart ölçülerde olduğundan farklı antropometrik gereksinimlere cevap verememektedir. Ortezler genellikle geçici sakatlanma durumlarında kullanılmakta ve kullanım ihtiyacı ortadan kalktığında çöpe atılmaktadır. Geleneksel yöntemlerle üretilen ortezlerde kullanılan materyaller biyobozunur olmadığından, çevreye zarar veren plastik atıklar haline dönüşmektedir. Bu nedenle, eklemeli imalat yöntemiyle kişinin vücut ölçülerine tam oturan ve biyobozunur özellikli biyokompozitlerin gelişim potansiyeli bulunmaktadır.

Ortez kullanımında, gereken mukavemet sağlanarak ortezin kendi ağırlığının minimum olması istenir. Yüksek yoğunluklu plastikler, ortez için ağırlık yaratırken, düşük yoğunluklu plastiklerin kullanımı ergonomik açıdan dezavantajlı yapılar ortaya çıkarır. Bu nedenler, ortez üretiminde yeni biyomalzemelerin kullanımı fırsatlar sunmaktadır.

Bu Tez çalışmasında, farklı biyomalzemelerin eklemeli imalat yöntemiyle ortez üretiminde kullanımına yönelik topoloji optimizasyonu, tasarımı ve karakterizasyonu ile yenilikçi ortezler geliştirme hedefi taşımaktadır. Biyobozunur özellikli malzemeler ile ortezlerin kullanımındaki sınırların genişletilmesi, kullanıcı deneyiminin iyileştirilmesi ve üretim maliyetlerinin azaltılması amaçlanmaktadır. Bu çalışma, ortez kullanıcı konforunun artırılması, üretim maliyetinin düşürülmesiyle ülke ekonomisine ve sanayisine katkı sağlanması, sürdürülebilir üretimin desteklenmesi ve medikal ürünlerin yerlileştirilmesine olanak sağlama potansiyeline sahiptir.

Abstract:
Orthoses are devices used to enhance the structural and functional features of the neuromusculoskeletal system. Despite orthoses made in different sizes, they cannot address  the exact varying anthropometric requirements due to their standardized dimensions. Typically, orthoses are used in temporary injury situations and discarded when the need for them diminishes. Traditional orthoses, constructed using non-biodegradable materials, contribute to environmental pollution by becoming plastic waste. Therefore, there is potential in employing additive manufacturing methods to create orthoses that perfectly fit an individual's body measurements and possess biodegradable features.

In orthotic usage, it is desired to minimize the weight of the orthosis while ensuring the necessary strength. High-density plastics add weight to orthoses, while the use of low-density plastics results in ergonomically disadvantaged structures. These reasons provide opportunities for the utilization of new biomaterials in orthotic production.

This research aims to develop innovative orthoses through topology optimization, design, and characterization for the use of various biomaterials in orthotic production using additive manufacturing methods. The goal is to expand the limits of orthosis utilization by incorporating biodegradable materials, enhancing user experience, and reducing production costs. This study aims to investigate how to improve orthotic user comfort, contribute to the country's economy and industry by lowering production costs, support sustainable production, and facilitate the localization of medical products.