ENJEKSİYON KALIPLAMA İLE ÜRETİLEN FEMUR İMPLANTLARININ ISIL VE YAPISAL DAVRANIŞLARININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

Bu araştırma, biyomedikal uygulamalarında standart Ti-6Al-4V alaşımı yerine biyouyumlu mühendislik polimerlerini kullanma üzerine yapılmıştır. İmplantların üretimi için enjeksiyon kalıplama prosesinde Polipropilen (PP), Polioksimetilen (POM) ve Polibütilen Tereftalat (PBT) kullanımı incelenmiştir. Kalıp içi akış, hacimsel büzülme, çarpılma ve mekanik dayanım dikkate alınan parametrelerdir. (Autodesk Moldflow Insight yazılımı kullanılarak) Z eksenindeki deformasyon için, en büyük deformasyon 1.134 mm ile POM, ardından 1.102 mm ile PP ve 0.987 mm ile PBT iken hacimsel büzülme oranları sırasıyla 18.05, 18.29 ve 16.76 olarak hesaplanmıştır. Ansys Workbench yazılım simülasyonları, femur implant modeline maksimum 45 Nm eksenel kuvvetin uygulandığını ve maksimum eşdeğer gerilmenin POM için 112,3 MPa, PP için 89,7 MPa ve PBT için 104,2 MPa olduğunu göstermektedir. POM için toplam deformasyon değerinin 1,24 mm, PP için 1,68 mm ve PBT için 1,09 mm olduğu belirlenmiştir. Araştırmada, PBT’nin en yüksek boyutsal stabiliteye ve minimum eğrilme ve hacimsel büzülme oranlarına sahip ideal bir malzeme olduğu ve kemikle mekanik olarak uyumlu bir malzeme olduğu temel sonucuna varılmıştır. Analizler, PBT termoplastik malzemenin, enjeksiyon kalıplama tekniği kullanılarak implant yapımı için daha uygun bir seçim olduğunu göstermektedir.

The biomedical applications utilized in this research adopt biocompatible engineering polymers instead of the standard Ti-6Al-4V alloy. The use of Polypropylene (PP), Polyoxymethylene (POM), and Polybutylene Terephthalate (PBT) was explored through the process of injection molding in the manufacture of implants. In examining the various polymers, molding flow, volumetric shrinkage, warpage, and mechanical strength were the parameters that were put under consideration. It was found (using the Autodesk Moldflow Insight software) that the deformation in the Z-axis was the largest for POM with 1.134 mm, followed by PP with 1.102 mm and PBT with 0.987 mm, whereas the volumetric shrinkage rates were computed as 18.05, 18.29, and 16.76, respectively. The Ansys Workbench software simulations demonstrated that a maximum axial force of 45 Nm was applied to the femur-implant model, and the maximum equivalent stress was 112.3 MPa for POM, 89.7 MPa for PP, and 104.2 MPa for PBT. The total deformation values were determined to be 1.24 mm for POM, 1.68 mm for PP, and 1.09 mm for PBT. The key results of this research were that PBT is the ideal material with the utmost dimensional stability and minimal warpage and volumetric shrinkage rates, as well as being the one that is mechanically compatible with the bone. The analyses confirmed that PBT thermoplastic is the more favorable choice among the materials for implant-making using the injection molding technique.