31303

امكان سنجي كاربرد پرينت سه بعدي در ساخت بريس‌هاي شنو

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي

1400

1403.03.29

دكتر برهان بيگ زاده- دكتر محمد رضا محمد عليها

-

مهندسي مكانيك

با توجه به اين كه حدود 3-1 درصد از نوجوانان به اختلال اسكوليوز يا انحناي جانبي ستون فقرات كه منشأ مشخصي ندارد مبتلا هستند، روش‌هاي غير جراحي متعددي از جمله فيزيوتراپي، ورزش، ماساژ و تحريك الكتريكي براي درمان اين بيماري پيشنهاد مي‌شود. با اين وجود بررسي‌ها نشان داده‌اند كه مؤثرترين روش، استفاده از بريس در جلوگيري از پيشرفت انحنا و نياز متعاقب آن به جراحي است. در روش‌هاي سنتي ساخت بريس، از گچ گرفتن نيم‌تنه بدن بيمار به منظور دستيابي به فرم بدن و اصلاح آن استفاده مي‌شود. اين روش‌ها بسيار زمانبر است و كيفيت و اثر‌بخشي بريس توليدي به مهارت متخصص بستگي دارد. در سال‌هاي اخير پرينت سه بعدي نقش قابل توجهي در بخش ارتوپدي داشته‌است. پرينت سه بعدي روشي است كه مي‌تواند زمان فرايند ساخت بريس را به طور قابل ملاحظه‌اي كاهش و كيفيت بريس توليدي را بهبود دهد. در اين تحقيق به بررسي مواد اوليه مناسب پرينت سه بعدي از نظر خواص مكانيكي به منظور توليد بريس با اثر مشابه و يا بهتر از بريس‌هاي توليدي به روش سنتي پرداخته شده‌است. به اين منظور سه ماده پلي‌اتيلن ترفتالات گليكول اصلاح شده (PETG)، پلي‌لاكتيك اسيد (PLA) شركت يوسو و PLA شركت ايسان انتخاب شدند. مقايسه دو راستاي پرينت (عمودي و بر لبه) براي PETG و PLA شركت ايسان، سه ضخامت 3، 4 و 5 ميلي‌متر براي PETG تحت آزمون كشش انجام شد. همچنين رفتار اين مواد با ضخامت 4 ميلي‌متر و در دو جهت براي مواد پرينت شده، در برابر رشد ترك بررسي شد. علاوه بر اين به بررسي و طبقه‌بندي انواع انحناي ستون فقرات و انتخاب بريس متناسب با نوع انحنا پرداخته و يك نمونه بريس شنو طراحي شد. به كمك نرم‌افزار المان محدود آباكوس نحوه باز شدن بريس مورد بررسي قرار گرفت. بر اساس نتايج حاصل از تست كشش، همه نمونه‌هاي پرينت شده در راستاي بر لبه استحكام و مدول بيشتر و كرنش تسليم كم‌تري نسب به ماده پلي‌پروپيلن مورد استفاده در ساخت بريس‌هاي سنتي داشتند. همچنين با افزايش ضخامت به 5 ميلي‌متر، استحكام و مدول كاهش مي‌يابد. بيشترين مقاومت در برابر رشد ترك متعلق به ماده PLA شركت يوسو و در حالت پرينت شده بر لبه است. با توجه به نتايج شبيه‌سازي باز كردن بريس، تنها ماده PETG با ضخامت 3 و 4 ميلي‌متر هيچ‌گونه كرنش پلاستيكي نداشتند. بنابراين ماده PETG در حالت پرينت بر لبه با ضخامت‌هاي 3 يا 4 ميلي‌متر، بنا بر تشخيص متخصص، گزينه‌هاي مناسبي براي پرينت بريس هستند.

1403/07/18

Application of 3D printing in design and fabrication of chêneau braces

6/18/2025 12:00:00 AM

Considering that about 1-3% of teenagers suffer from scoliosis disorder or lateral curvature of the spine which has no specific origin, several non-surgical methods such as physiotherapy, exercise, massage and electrical stimulation are suggested to treat this disease. However, studies have shown that the most effective method is to use a brace to prevent the progression of curvature and the subsequent need for surgery. In the traditional methods of making braces, plastering of the patient's torso is used in order to achieve the body shape and correct it. These methods are very time-consuming and the quality and effectiveness of the production brace depends on the skill of the specialist. 3D printing is a method that can significantly reduce the time of the brace manufacturing process and improve the quality of the manufactured brace. In this research, the suitable raw materials for 3D printing are investigated in terms of mechanical properties in order to produce braces with the same or better effect than braces produced by the traditional method. For this purpose, three materials, modified polyethylene terephthalate glycol (PETG), polylactic acid (PLA) from Yousu Company and PLA from Isan Company were selected. The comparison of two print directions (vertical and on the edge) for PETG and PLA of Isan company, three thicknesses of 3, 4 and 5 mm for PETG were performed under tensile test. Also, the behavior of these materials with a thickness of 4 mm and in two directions for printed materials was investigated against crack growth. In addition, it investigated and classified the types of curvature of the spine and selected a brace according to the type of curvature and designed a hearing brace sample. With the help of Abaqus finite element software, the opening method of the brace was investigated. Based on the results of the tensile test, all the samples printed in line with the edge had more strength and modulus and less yield strain compared to the polypropylene material. Also, by increasing the thickness to 5 mm, the strength and modulus decrease. The highest resistance to crack growth belongs to the PLA material of Yousu company and in the printed state on the edge. According to the simulation results of brace opening, only PETG material with thickness of 3 and 4 mm did not have any plastic strain. Therefore, PETG material in edge printing mode with thicknesses of 3 or 4 mm, according to the expert's diagnosis, are suitable options for printing braces.

اسكوليوز , ارتوز و پروتز , بريس , پرينت سه بعدي

Scoliosis , Orthosis and Prosthesis , brace , 3D printing

Asieh Kaihani

Dr. Borhan Beigzadeh-Dr. Mohamad Reza Mohamad Aliha