Farklı kafes yapılar ile gözenekli dental implant tasarımı ve biyomekanik davranışlarının sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi
Porous dental implant design with different lattice structures and investigation of biomechanical behaviors by finite element method
Yazar: MUHAMMED ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. HÜCCET KAHRAMANZADE
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Diş Hekimliği = Dentistry ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dental implantasyon = Dental implantation ; Dental implantlar = Dental implants ; Gözeneklilik = Porosity ; Kafes yapılar = Truss structures ; Minimal yüzeyler = Minimal surfaces

Özet:
Günümüzde vücutta eksilen doku ve organların yerine implantlar ve protezlerin kullanımı oldukça yaygındır. Bu doğrultuda vücuda yerleştirilen implantların gerek malzeme gerek ise mekanik anlamda vücut ile uyumlu çalışması gerekmektedir. Son yıllarda gözenekli yapıların implant tasarımlarında kullanımı oldukça popüler çalışma konusu olarak literatürde göze
çarpmaktadır. Bu çalışmada hücre boyutu 0,5 mm olacak şekilde %50, 65 ve 80 gözenekliliğe sahip 'Primitive Schwarz (P)', 'Gyroid (G)' ve 'Diamond (D)' kafes yapıları tasarlanmıştır. Mono blok diş implant modelleri %50, 65 ve 80 gözenekli kafes yapılar ile 0,4, 0,8 ve 1,2 mm çaplı çekirdek, ayrıca çekirdeksiz şekilde tasarlanmıştır. Gözenekli diş implant modelleri ile birlikte kortikal ve trabeküler kemik bileşenleri içeren kemik içi implant montaj modelleri SolidWorks 2021 yazılımı kullanılarak elde edilmiştir. Elde edilen farklı kafes yapılara sahip kemik içi implant montaj modelleri, katı implant montaj modeli ve birim kafes yapıların sonlu elemanlar analizi Ansys Workbench yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Gözenekliliğin artışıyla birlikte kafes yapıların efektif elastisite modülünde %84'lere varan azalma gözlemlenmiştir. P kafes yapısı diğer kafes yapı modellerine göre daha rijit davranış sergilemiştir. G80_0,0, G80_0,4, P80_0,0 ve P80_0,4 implant modellerinde yüklemeye bağlı kemik atforbisi ile rezorbsiyon mekanizmalarının oluşmaması gözlemlenmiştir. P80_0,4 implanta sahip trabeküler kemik en düşük von-Mises gerilme, deformasyon ve gerinim davranışı sergilemiştir. Bununla birlikte implant modellerine eklenen çekirdeklerin, eğilmeye karşı direnci artırdığı ve implantın daha rijit olmasını sağladığı da göz önüne alındığında, P80_0,4 implant modeli kemik replasmanlarında kullanılabilir en uygun implant modeli olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Nowadays use of implants and prostheses instead of missing tissues and organs in the body is quite common. In this manner, implants placed in the body are supposed to work in accordance with the body in terms of material and mechanic. In recent years, the use of porous structures in implant designs has been a very popular subject in the literature. In this study, 'Primitive Schwarz (P)', 'Gyroid (G)' and 'Diamond (D)' lattice structures were designed with 50, 65 and 80 % porosity with 0.5 mm of cell size. Additionally, monoblock dental implant models are designed with 50, 65 and 80 % porous lattice structures and 0.4, 0.8, and 1.2 mm diameter cores, as well as coreless. Intraosseous implant assembly models containing cortical and trabecular bone components along with porous dental implant models were obtained using SolidWorks 2021 software. Finite element analysis of the obtained intraosseous implant assembly models with different lattice structures, solid implant assembly model and unit lattice structures were performed with Ansys Workbench software. With the increase in porosity, a decrease of up to 84 % in the effective elastic modulus of lattice structures was observed. P lattice structure exhibited more rigid behavior compared to other lattice structure models. In G80_0,0, G80_0,4, P80_0,0, and P80_0,4 implant models, it has been observed that bone atphoria and resorption mechanisms do not occur due to loading. Trabecular bone with P80_0,4 implant exhibited the lowest von-Mises stress, deformation and strain behavior. However,
considering that the cores added to the implant models increase the resistance against bending and make the implant more rigid, the P80_0,4 implant model has been determined as the most suitable implant model that can be used in bone replacements.