بررسی خواص خمشی پلاک‌های ارتوپدی پلیمری ساخته‌شده از پلیمرهای مختلف به روش ساخت افزایشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش، تفرش، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

پلاک‌های ارتوپدی فلزی می‌تواند سبب مشکلاتی از جمله پوکی استخوان در ناحیه زیر پلاک، رهایش محصولات خوردگی ناخواسته در بدن به دلیل سایش پلاک‌های فلزی و در نتیجه عفونت و همچنین عمل جراحی سخت مجدد جهت بیرون آوردن پلاک سخت فلزی شوند لذا پلاک‌­های پلیمری و کامپوزیتی می‌تواند جایگزین مناسبی برای پلاک­‌های فلزی باشد. در تحقیق حاضر تأثیر جنس بر خواص مکانیکی دو پلاک تثبیت‌کننده استخوانی با هندسه یکی تخت و دیگری انحناء دار و هر دو با سوراخ‌های ردیفی و کاربرد بالینی زیاد با استفاده از آزمایش خمش سه‌نقطه‌ای بررسی شده است. به این منظور نمونه‌ها با استفاده از روش ساخت افزایشی پرینت سه‌بعدی و به روش لایه نشانی مذابی FDM از جنس ABS، PLA و PETG ساخته شدند. نتایج آزمایش نشان داد بیشترین مقاومت و مدول خمشی برای هر دو مدل نمونه پلاک ارتوپدی مربوط به PLA است. برای نمونه تخت، مقاومت خمشی و مدول خمشی PLA نسبت به PETG به ترتیب 58 و 100 درصد و برای نمونه انحناء دار مقاومت خمشی و مدول خمشی PLA نسبت به PETG به ترتیب 49 و 100 درصد بیشتر است. همچنین دیده شد اگرچه مقاومت و مدول خمشی وابستگی به ابعاد و هندسه مدل­‌ها دارد ولیکن نسبت تغییرات این خواص به‌­ویژه مدول خمشی تقریباً ثابت است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigating the bending properties of polymeric orthopedic plaque made of different polymers by additive manufacturing method

نویسندگان [English]

  • Mohammah Hossein Pol 1
  • Gholamhossein Liaghat 2
1 Department of Mechanical Engineering, Tafresh University, Tafresh, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Metal orthopedic plaques can cause problems such as osteoporosis in the area under the plaque, the release of unwanted corrosion products in the body due to the wear of metal plaque and as a result of infection, as well as surgery to remove the hard metal plaque. Therefore, polymer plaques and composite plaques can be a good substitute for metal plaques. In the current research, the effect of polymeric material type on the mechanical properties of two bone stabilizing plaques, one flat and the other curved, both with a row of holes and high clinical application, is investigated using the three-point bending test. For this purpose, samples were made of ABS, PLA and PETG using additive manufacturing method of 3D printing and FDM melt deposition method. The test results showed that the highest strength and flexural modulus for both models of orthopedic plaque samples is related to PLA material. For the flat plaque, the bending strength and bending modulus of PLA compared to PETG are 58% and 100% higher, respectively. For the curved plaque, the bending strength and bending modulus of PLA compared to PETG are 49% and 100% higher, respectively. It was also seen that although the strength and flexural modulus depend on the dimensions and geometry of the models, but the ratio of changes in these properties, especially the flexural modulus, is almost constant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Orthopedic plaque
  • Additive manufacturing method
  • 3D printing
  • Three-point bending properties

مراجع

[1] B. D. Ratner, A. S. Hoffman, F. J. Schoen, J. E. Lemons, Biomaterials science: an introduction to materials in medicine, Elsevier, 2012, ISBN-10‏: 9780123746269
[2] K. Fujihara, Z. M. Huang, S. Ramakrishna, K. Satknanantham, H. Hamada, Performance study of braided carbon/PEEK composite compression bone plates, Biomaterials, Vol. 24, No. 15, pp. 2661-2667, 2003. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(03)00065-6
[3] T. Fu, J. L. Zhao, K. W. Xu, The designable elastic modulus of 3-D fabric reinforced biocomposites, Materials Letters, Vol. 61, No. 2, pp. 330-333, 2007. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2006.04.057
[4] M. S. Ali, T. A. French, G. W. Hastings, T. Rae, N. Rushton, E. R. Ross, C. H. Wynn-Jones, Carbon fibre composite bone plates: Development, evaluation and early clinical experience, Bone & Joint Journal, Vol. 72, No. 4, pp. 586-591, 1999. https://doi.org/10.1302/0301-620X.72B4.2380209
[5] N. Gillett, S. A. Brown, H. H. Dumbleton, R. P. Pool, The use of short carbon fibre reinforced thermoplastic plates for fracture fixation, Biomaterials, Vol. 6, No. 2, pp. 113-121,1985. https://doi.org/10.1016/0142-9612(85)90074-2
[6] A. Z. Kharazi, M. H. Fathi, F. Bahmani, H. Fanian, Nonmetallic textile composite bone plate with desired mechanical properties, Journal of Composite Materials, Vol. 46, No. 21, pp. 2753-2761, 2012. https://doi.org/10.1177/0021998311431997
[7] Z. S. Bagheri, I. El Sawi, H. Bougherara, R. Zdero, Biomechanical fatigue analysis of an advanced new carbon fiber/flax/epoxy plate for bone fracture repair using conventional fatigue tests and thermography, Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, Vol. 35, No. 1, pp. 27-38, 2014. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2014.03.008
[8] S. W. Park, S. H. Yoo, S. T. An, S. H. Chang, Material characterization of glass/polypropylene composite bone plates according to the forming condition and performance evaluation under a simulated human body environment, Composites Part B, Vol. 43, No. 3, pp. 1101-1108, 2012. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2011.09.008
 [9] N. D. Chakladar, L. T. Harper, A. J. Parsons, Optimisation of composite bone plates for ulnar transverse fractures, Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, Vol. 57, No. 1, pp. 334-346, 2016. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.01.029
[10] W. Wattanutchariya, J. Ruennareenard, P. Suttakul, Appropriate Forming Conditions for Hydroxyapatite-Bioactive Glass Compact Scaffold, Engineering Journal, Vol. 20, No. 3, 2016. https://doi.org/10.4186/ej.2016.20.3.123
[11] A. M. Hashim, K. TANNER, J. K. Oleiwi, Biomechanics of natural fiber green composites as internal bone plate rafted, in matec web of conference, Vol. 83, 2016. https://doi.org/10.1051/matecconf/201CSNDD201668309002

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار