بررسي خواص مكانيكي صفحات كامپوزيتي تثبيت‌كننده شكستگي استخوان تقويت شده با الياف به روش چاپ سه‌بعدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

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.

233378

فناوري

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان