ایمپلنت های پلیمری با روش پرینت سه بعدی مستقیم
محور پژوهش
تجهیزات و ملزومات پزشکی
پژوهشکده/دانشکده
مهندسی مکانیک
حوزه پژوهش
تجهیزات و ملزومات پزشکی
عنوان
ایمپلنت های پلیمری با روش پرینت سه بعدی مستقیم هدف از اجرای پژوهش، کاربردها، مزیت‌ها و ضرورت انجام پروژه: یکی از موضوعات کاربردی در بایومکانیک و حوزه مواد پیشرفته زیستی، ساخت ایمپلنت های پلیمری و یا نانوکامپوزیتی به عنوان جایگزین اندام آسیب دیده مانند مهره کمر و گردن و یا جایگزین نوع فلزی آنها و بطور مشخص نوع تیتانیومی این ایمپلنت ها است. سالانه ارز بسیاری به دلیل واردات ایمپلنت های فلزی خارج شده که صرف نظر از این مهم، هزینه هنگفت آنها برای بسیاری از بیماران قابل برآورده شدن نمی باشد. در این طرح با استفاده از روش پرینت سه بعدی مستقیم یا LDM بدون فیلامنت به ساخت ایمپلنت های پلیمری و نانوکامپوزیتی با خواص مکانیکی بالا پرداخته شده که از نقطه نظر خواص سایشی، غیر واکنش پذیری و خنثی بودن در محیط بدن انسان با نوع فلزی آنها برابری می کند. همچنین با استفاده از این روش نوین در ساخت قابلیت پرینت سه بعدی مهره ها با ساختار هندسی پیچیده قابل انجام بوده در حالیکه نیاز به استفاده از فیلامنت پلیمری نمی باشد اگرچه اساسا نوع پلیمر مورد استفاده فاقد هرگونه فیلامنت بوده که این به سبب خواص مکانیکی بالا و تردی پلیمر مورد نظر است. دستگاه پرینت سه بعدی مستقیم یکی از روش های فرآوری پلیمرهای ترموپلاستیک است که به ویژه در ساخت نمونه ها با قابلیت ذوب و آلیاژسازی با دیگر پلیمر ها و یا ساخت نانوکامپوزیت های آن مورد استفاده قرار می گیرد. پلیمر مورد استفاده در این طرح در صورت ماشینکاری و ساخت ایمپلنت بسیار هزینه بر بوده که با توجه به روش ساخت منحصر به فرد آن در این طرح، از نقطه نظر دور ریز مواد پایه گران قیمت، قیمت تمام شده بسیار کمتری را چه از نظر مواد چه از نظر روش ساخت می توان متصور شد. کاربرد مشخص نتایج طرح دانش فنی و دستیابی به فرمولاسیون و روش فرآوری ایمپلنت های پلیمری مورد استفاده در قطعات پزشکی درون تنی بوده که با توجه به نیاز روزمره بیماران بسیار با ضایعه و یا آسیب مهره های ستون فقرات چه به سبب کهولت سن و یا آسیب های جدی در تصادفات و یا حوادث مختلف می تواند در راستای تامین ایمپلنت های جایگزین یک پژوهش کلیدی در حوزه بایومکانیک و بایومواد و علوم بین رشته ای محسوب گردد. در روش LDM، ماده خام می تواند در دمای اتاق به صورت مایع با ویسکوزیته متغیر باشد. در این روش معمولا از مواد با ویسکوزیته متوسط- بالا استفاده می شود. این مواد در فرآیندی که برعکس فرآیند اکستروژن می باشد تحت فشار مناسب توسط نازل پرینت می شود. در این فرآیند اکسترود کردن مواد با فشار مناسب از راه های مختلفی امکان پذیر است. مزایای روش LDM در مقایسه با روش FDM در تهیه محصولات پزشکی شامل: گستره مواد بیشتر از پلیمرهای تحت پرینت سه بعدی استفاده از نازل با قطر میکرون برای پرینت مواد افزایش سرعت پرینت مواد عدم نیاز به فیلامنت بطور خلاصه اهمیت و مزیت این طرح شامل حذف نیاز به فیلامنت پلیمری صرف نظر از عدم در دسترس بودن آنها، ساخت قطعات پزشکی پیچیده و با هندسه خاص و منحصر به فرد (خاص هر انسان) است که بدون ایجاد دور ریز مواد بهطور همزمان کامپوزیت سازی را در محفظه ذوب خود ایجاد کرده و با استفاده از برنامه نویسی CNC و هندسه قطعه، نمونه مورد نیاز را لایه نشانی می نماید. گزارش و شرح زیرساخت‌ها، فعالیت‌ها، و دستاوردها این طرح هم اکنون با توجه به فراهم شدن زیرساخت های مهم مورد نیاز آن در حال انجام است و در خصوص ساخت نمونه اولیه در حال انجام مطالعات پیشین و گردآوری مستندات پزشکی و استاندارد ها توسط دانشجویان تحصیلات تکمیلی می باشد.زیرساخت محوری مورد نیاز در این طرح دستگاه پرینت سه بعدی مستقیم پلیمرهای ترموپلاستیک بوده که در گروه پلیمر و نانوکامپوزیت دانشکده مهندسی مکانیک طراحی و ساخته شده است- پروژه کارشناسی ارشد 1399 این دستگاه ضمن ایجاد دیسپارسیون بالا هنگام ترکیب پلیمرهای ترموپلاستیک با نانومواد در روند آلیاژسازی و ذوب، قادر به لایه نشانی مواد خروجی از نازل بوده که با استفاده از هندسه و اطلاعات نقاط مورد نظر، به صورت سه بعدی قطعه مورد نیاز را تهیه می کند. دستاورد فعلی طرح، تجهیز به پرینت سه بعدی مستقیم مذاب یا LDM است که در کنار تجهیزات مورد نیاز و در دسترس در زمینه ترکیب و فرمولاسیون و مشخصه یابی پلیمرها زمینه کلیدی را در حوزه توسعه محصولات برون و یا درون تنی پزشکی مهیا می نماید. -یکی از مهترین موضوعات در خصوص ساخت ایمپلنت های پزشکی مواد مورد استفاده است که در این طرح انتخاب شده است. - تجهیزات مشخصه یابی حرارتی و خواص مکانیکی نمونه های ساخته شده در دسترس می باشد. -یکی از زیرساخت ها/ملزومات مورد نیاز دسترسی به دیتا هندسه مهره کمر افراد بوده که نیاز مند اسکن سه بعدی و یا استفاده از سامانه های دیجیتایزر بمنظور استخراج اطلاعات نقاط و هندسه اندام تحت پرینت سه بعدی است. تصاویر و محتوای گرافیکی مرتبط: پرینت سه بعدی مستقیم- سامانه طراحی و ساخته شده در آزمایشگاه پلیمر و نانوکامپوزیت