27083

بررسي اثر دانه‌بندي بر رفتار رئولوژي و چاپ‌پذيري خميرهاي هيدروكسي آپاتيت به روش استريوليتوگرافي

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي- بيومتريال

1398

1401/6/30

جعفر جوادپور - سيد امير غفاري

مرتضي بهزاد نصب

مهندسي مواد و متالورژي

ساخت كاشتني‌هاي هيدروكسي آپاتيت به روش‌هاي سنتي به دليل عدم كنترل بر معماري قطعه و سرعت پايين توليد، چالشي بزرگ براي محققان بوده است. روش استريوليتوگرافي به‌واسطه قابليت چاپ سريع قطعاتي با هندسه‌هاي پيچيده و با دقت ابعادي قابل‌قبول توانسته است از پس چنين چالش‌هايي به‌خوبي برآيد و به ‌عنوان روشي مناسب براي ساخت افزايشي قطعات مهندسي شناخته ‌شود. با اين‌حال محدوديت بزرگ اين روش حساسيت بالا به رئولوژي سيستم است كه اجازه رسيدن به درصد وزني بالايي از پودر هيدروكسي آپاتيت در رزين فوتوپليمر را نمي‌دهد. فاكتوري كه براي جلوگيري از تغييرات ابعادي شديد و در نهايت رسيدن به بالاترين استحكام بعد از زينتر امري حياتي است. از همين رو چاپگر استريوليتوگرافي ساده‌اي با هدف غلبه بر اين محدوديت طراحي شد. در اين پروژه امكان استفاده از چاپگر طراحي‌شده براي ساخت كاشتني‌هاي هيدروكسي آپاتيت و همچنين عوامل مؤثر در كيفيت چاپ و رئولوژي بررسي شدند. عوامل متعددي چون درصد ذرات هيدروكسي آپاتيت اضافه‌شده، اندازه ذرات و توزيع آن، روانسازها و اصلاح سطحي پودر مي‌توانند بر رئولوژي سيستم تأثيرگذار باشند. در اين پژوهش اثر اين عوامل بررسي ‌شد تا بالاترين درصد وزني ممكن براي پودر هيدروكسي آپاتيت در تركيب با رزين به دست آيد. در نهايت خميري با 80 درصد وزني پودر در اين پروژه آماده شد. با اينكه خمير تهيه‌شده گرانروي نسبتاً بالايي داشت اما به‌واسطه چاپگر طراحي‌شده چاپ آن با موفقيت انجام شد. بعد از چاپ، نمونه‌ها براي زينتر در دماي °C1200 آماده شدند. در حين زينتر مواد آلي و سمي براي سلول پيروليز شده و نمونه‌هايي از هيدروكسي آپاتيت با استحكامي برابر با MPa 20 و تغييرات ابعادي كمتر از 9 درصد تهيه شدند. شكل، تراكم و استحكام مطلوب نمونه‌ها نشان داد كه روش استريوليتوگرافي توانايي و پتانسيل بالايي در توليد كاشتني‌هاي زيستي به‌ويژه در اشكال پيچيده و در مصارف مربوط به مهندسي بافت دارد.

1401/07/05

Effect of particle size on rheological behavior and printability of hydroxyapatite pastes via stereolithography technique

9/21/2023 12:00:00 AM

Hydroxyapatite (HA) have frequent applications in medical engineering to improve human well-being. Stereolithography (SLA) as subsidiary additive manufacturing technique, possess the unique capability to produce complex geometries and structural architectures and therefore have been widely used in the fabrication of porous HA scaffolds. However the main disadvantage in this technique is the complicated printing process for high solid filled suspensions. To avoid the excessive contraction during the sintering process, a high solid loading is quite important for achieving high-performance ceramic products. However, with increase of powder content, the slurry viscosity will rise rapidly. Therefore in this research and to overcome this challenge, a simple top-down SLA set-up was designed with the unique ability of printing highly viscous pastes. First to achieve the highest HA content in the photocurable resin, the effect of solid loading, particle size, surfactant and surface modification on the rheological property was investigated. Then the effect of time and solid content on UV curing of the suspensions was studied to achieve an appropriate exposure time. Finally, pastes made of 80wt.% of HA powder with the maximum value of viscosity reached up to 7.35Pa•s were successfully printed. After debinding and sintering at 1200˚C, HA samples with compressive strength of 20MPa and less than 9 percent contraction were achieved, along with the elimination of toxic polymers. Therefore, with good bioactivity of hydroxyapatite as well as high mechanical strength, the 3D printed HA ceramics in this SLA system could have good potential in customized bone repairing applications.

ساخت افزايشي , استريوليتوگرافي , هيدروكسي آپاتيت , كاشتني

Additive Manufacturing , stereolithography , hydroxyapatite , implant

Farzad Faridani

Dr. Jafar Javadpoor