پديد آورنده :
سليماني، رعنا
عنوان :
بررسي خواص مكانيكي صفحات كامپوزيتي تثبيتكننده شكستگي استخوان تقويت شده با الياف به روش چاپ سهبعدي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 104ص. :مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
صفحات ثابت شكستگي استخوان , چاپگرهاي سهبعدي , رفتار مكانيكي , كامپوزيت اليافي , اجزاي محدود
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/03/04
رشته تحصيلي :
مهندسي نساجي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/03/18
چكيده فارسي :
در سالهاي اخير فناوري چاپ سهبعدي در صنايع مختلف و براي كاربردهاي متفاوت به خصوص كاربردهاي پزشكي رشد چشمگيري داشته است. امروزه، فناوري چاپ سهبعدي فرصت بزرگي براي شركتهاي پزشكي به جهت امكان سريع توليد ايمپلنتهاي پزشكي و تغيير روشي كه پزشكان و جراحان رويههاي عملهاي جراحي را برنامه ريزي كنند، ارائه ميدهد. در اين پژوهش به تجزيه و تحليل اثرات عوامل مختلف بر خواص مكانيكي صفحات كامپوزيتي تثبيتكننده شكستگي استخوان توليد شده با استفاده از چاپگر سهبعدي پرداخته ميشود. هدف از ساخت اين صفحات، تثبيت استخوانهاي شكسته درشت ني ساق پا است. در همين راستا خواص مكانيكي شامل خواص كششي و خواص خمشي برروي دو نوع كامپوزيت اليافي تهيه شده از الياف شيشه به عنوان تقويتكننده و رزينهاي اكريلو نيتريل بوتادين استايرن و پلي اتيلن ترفتالات گليكول به عنوان ماتريس مورد بررسي قرار گرفت. تثبيتكنندههاي كامپوزيتي در نرمافزار ساليدورك طراحي و سپس براي بررسي اثر تقويت كنندگي الياف با كارايي بالا، الياف شيشه با نمره 100 تكس آماده سازي و عمليات چاپ توسط چاپگر سهبعدي با قطر نازل 5/1 ميليمتر انجام شد. نتايج حاصل از بررسي خواص مكانيكي پس از انجام آزمون خمش سه نقطه، نشان ميدهد تثبيتكننده از جنس پلي اتيلن ترفتالات گليكول مقاومت خمشي بالاتري نسبت به تثبيتكننده از جنس پلي اكريلو نيتريل بوتادين استايرن از خود نشان ميدهد و همچنين پديده شكست در آن ديرتر رخ ميدهد. مد شكست سازهها نيز فرورفتگي در زير عامل بارگذار و ايجاد كمانش در نواحي نزديك به عامل بارگذار است. با مقايسه حداكثر نيروي خمشي مورد نياز براي سازه كامپوزيتي حاوي پلي اتيلن ترفتالات گليكول نسبت به اكريلونيتريل بوتادين استايرن نشان دهنده افزايش حدودا 33/46 درصدي است. همچنين جذب انرژي مخصوص تفاوت تقريباً 3 برابري را براي سازه پلي اتيلن ترفتالات گليكول توليد شده به نسبت اكريلو نيتريل بوتادين استايرن نشان ميدهد. با نگاهي به دادههاي بدست آمده از انجام آزمون كشش، ميتوان دريافت كه سفتي نمونه كامپوزيتي تهيه شده از پلي اكريلو نيتريل بوتادين استايرن نسبت به نمونه پلي اتيلن ترفتالات گليكول بيشتر است. صفحات كامپوزيتي تقويت شده با الياف شيشه به جهت مدول و استحكام كششي كم كه ناشي از كسرحجمي پايين (10%) الياف است، براي كاربرد عملي پيشنهاد نميشود. استفاده از الياف كربن نيز به روش شبيه سازي اجزاي محدود، با مدول بسيار بالاتر از الياف شيشه (220 گيگاپاسكال) در دستور كار قرار گرفت. نتايج حاصله از شبيه سازي آزمون خمش سه نقطه و آزمون كشش براي تثبيتكننده پلي اتيلن ترفتالات گليكول و الياف كربن، نشان ميدهد كه اين سازه كامپوزيتي از استحكام و مدول مناسب براي كاربرد به عنوان صفحات تثبيت شكستگي استخوان برخوردار است . دادههاي بدست آمده از روش شبيهسازي انطباق قابل قبولي با نتايج تجربي دارد.
چكيده انگليسي :
In recent years, 3D printing technology has seen remarkable growth in various industries, particularly in medical applications. Today, 3D printing technology provides a significant opportunity for medical companies by enabling the rapid production of medical implants and transforming the way doctors and surgeons plan surgical procedures. This research analyzes the effects of various factors on the mechanical properties of composite plates used for bone fracture fixation, which are produced using 3D printers. The aim of fabricating these plates is to stabilize fractured tibia bones.In this context, mechanical properties, including tensile and flexural properties, were investigated for two types of fiber-reinforced composites. These composites were prepared using glass fibers as reinforcement and acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and polyethylene terephthalate glycol (PETG) resins as matrices. The composite fixation plates were designed using SolidWorks software, and to evaluate the reinforcing effects of high-performance fibers, glass fibers with a grade of 100 tex were prepared. The printing process was carried out with a 3D printer using a nozzle diameter of 1.5 mm.The results of mechanical property analysis, based on three-point bending tests, show that fixation plates made from PETG exhibit higher flexural strength than those made from ABS, and the occurrence of failure is delayed. The failure mode of the structures was characterized by indentation under the loading point and buckling in areas near the loading point. A comparison of the maximum flexural force required for the PETG-based composite structure to that of the ABS-based structure indicates an approximately 46.33% increase. Moreover, the specific energy absorption of the PETG-based structure is about three times higher than that of the ABS-based one.Tensile test data indicate that the stiffness of the ABS-based composite sample is higher than that of the PETG-based sample. However, due to the low tensile modulus and strength resulting from the low fiber volume fraction (10%), glass fiber-reinforced composite plates are not recommended for practical applications. Simulations using finite element analysis also explored the use of carbon fibers, which have a significantly higher modulus (220 GPa) compared to glass fibers.The results of three-point bending and tensile tests for PETG-carbon fiber composite fixation plates demonstrate that this composite structure possesses sufficient strength and modulus for use as bone fracture fixation plates. The simulation data show acceptable consistency with the experimental results.
استاد مشاور :
توحيد دستان
استاد داور :
محمد قانع , محمد شيخ زاده