Boşluk doldurma eğrileri kullanılarak kemik iskelesi tasarımı ve eklemeli imalatı
Design and additive manufacturing of bone scaffolds using space filling curves
Yazar: FURKAN HAKKI GEZER
Danışman: PROF. DR. İSMAİL ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Biyomalzemeler = Biomaterials ; Eklemeli üretim =   ; İskele kurma = Scaffolding

Özet:
Boşluk doldurma eğrileri, eklemeli imalat süreçlerinde önemli bir rol oynayan ve tasarımın başarılı bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlayan bir araçtır. Bu çalışma, boşluk doldurma eğrilerinin kullanıldığı bir eklemeli imalat sürecini özetlemektedir. İmalat sürecinin başlangıcında, kullanılan boşluk doldurma eğrilerinin ve seçilen birim hücrenin 0.4 mm olarak belirlenen payanda çapı ve 1 mm olarak belirlenen gözeneklilik çapına göre tel kafes tasarımı Siemens NX programı kullanılarak yapılmıştır. Tel kafes tasarımı yapıldıktan sonra payanda çapı kadar tel kafes yapısına silindirik ögeler giydirilerek birim hücre tasarımı yapılmıştır. Oluşturulacak iskelelerin ölçüleri 36 mm x 36 mm x 36 mm (En x Boy x Yükseklik) olarak belirlenmiştir. Bu iskele ölçülerinin sağlaması adına tasarlanan birim hücreleri periyodik olarak artarak yan yana eklenmesiyle birlikte iskele yapıları modellenmiştir. Tasarlanan iskeleler stl formatına dönüştürülerek önce Polyjet yöntemiyle, daha sonra SLA yöntemiyle baskısı alınmıştır. 3 farklı yöntemle üretilen numunelerin mekanik testleri yapıldıktan sonra sonuçlar analiz edilerek iskelelerin performansları incelenmiştir. Yapılan mekanik testler sonucunda elde edilen sonuçlara göre en düşük elastikiyet modülü değeri Hilbert eğrisi ile oluşturulan iskele modelinde elde edilirken, en yüksek elastikiyet modülü değeri Sierpinski eğrisi ile oluşturulan modelde elde edilmiştir. Elde edilen gerilim-gerinim değerlerine göre Quad birim hücresi ve Hilbert eğrisi ile oluşturulan iskele modellerinde sünek davranış gözlemlenirken, Sierpinski eğrisi ile oluşturulan iskele modelinde kırılgan davranış gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, eklemeli imalatta sıklıkla kullanılmayan boşluk doldurma eğrilerini kullanılarak farklı bir bakış açısı getirilmeye çalışılmıştır.

Abstract:
Space-filling curves play a crucial role in additive manufacturing processes, contributing significantly to the successful realization of a design. This study provides an overview of an additive manufacturing process where space-filling curves are employed. At the onset of the manufacturing process, the space-filling curves utilized and a unit cell with a support diameter of 0.4 mm and a pore size of 1 mm were determined using Siemens NX software for lattice design. Following the lattice design, cylindrical elements were added to the lattice structure corresponding to the support diameter, creating a unit cell design. The dimensions of the created scaffolds were set at 36 mm x 36 mm x 36 mm (Width x Length x Height). To ensure compliance with these scaffold dimensions, unit cells were periodically added side by side, resulting in the modeling of scaffold structures. The designed scaffolds were then converted to STL format and 3D printed using both PolyJet and SLA methods. Mechanical tests were conducted on samples produced by the three different methods, followed by analysis. According to the results obtained as a result of the mechanical tests, the lowest modulus of elasticity value was obtained in the scaffolding model created with the Hilbert curve, while the highest modulus of elasticity value was obtained in the model created with the Sierpinski curve. According to the stress-strain values obtained, ductile behavior was observed in the scaffolding models created with Quad unit cell and Hilbert curve, while brittle behavior was observed in the scaffolding model created with Sierpinski curve. This study aims to introduce a different perspective by utilizing space-filling curves not commonly employed in additive manufacturing.