نظام التصميم والتصنيع المعان بالحاسوب المتكامل للغرسات القحفية المخصصة للغاية باستخدام طريقة نمذجة الترسيب المنصهر لمادة بولي ميثيل ميثاكريلات

الباحث

نارين حافظ عبيد

المشرف

وسام كاظم حمدان

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة الانتاج والمعادن / هندسة الانتاج والمعادن

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Cranial implants;CAD/CAM;Fused deposition modeling;PMMA

تعد عملية رأب الجمجمة الإجراء الذي يستخدم بشكل متكرر لعلاج العيوب في عظام الجمجمة الناتجة عن تشوهات في الجمجمة وكسور الجمجمة الرضحية وسرطان العظام والالتهابات. وقد تم استخدام مواد متوافقة حيوياً مثل أسمنت بولي ميثيل ميثاكريلات PMMA لعلاج عيوب الجمجمة. إن نهج الجمجمة البشرية لإصلاح واستعادة التشوهات يمثل Gant كبيرًا بسبب وظيفتها وجاذبيتها الجمالية. تقدم تقنيات التصنيع الإضافي إمكانيات جديدة لإنشاء غرسات مخصصة: مما يسمح بإنشاء ملفات تعريف معقدة للتطبيقات الجراحية المعقدة. حيث يركز الباحثون على بناء قالب مسبق الصنع واستخدام عملية الصب. لذلك، حتى هذه الدراسة، لم تستخدم أي دراسة الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج غرسات جمجمية من PMMA Bale مخصصة للمريض مباشرة دون الحاجة لصنع قالب. تتناول هذه الدراسة إجراءً منهجيًا يتضمن نهجًا متعدد التنخصصات في تصميم وتصنيع غرسات الجمجمة المخصصة مباشرةً عبر الطباعة ثلاثية الأبعاد بدلاً من استخدامها كوسيط. تستند المنهجية المقترحة إلى العديد من الركائز الأساسية التي تجد حلولاً قوية للتحديات التالية: تصميم غرسات جمجمة عالية الجودة خاصة بالمريض 55001 ، وتحليل الإجهاد والتشوه للغرسات القحفية، والتجارب العملية للعينات القياسية، والتقييم، والتنبؤ والتحسين الذكيء وأخيرًا تصنيع وتقييم Gla pall القحفية المخصصة Id خصائص ميكانيكية محاكاة حيوية وبنية مسامية ممائلة لعظم الجمجمة الطبيعي.نهج الحل: في هذا العمل؛ تم اقتراح صور التصوير المقطعي المحوسب لتصميم المغروسة القحفية. يستخدم التحليل العددي تحليل العناصر المحددة FEA anil توزيع الإجهاد وتشوه CI. تم اعتماد معيار ASTM D790 المخصص ol gall البلاستيكية الحرارية لتصنيع عينات قياسية من Bale البولي ميثاكريلات من الدرجة الطبية MG PMMA. من خلال عملية نمذجة الترسيب المنصهر FDM عبر آلة QIDI X-MAX لتقييم وتحسين أداء 7101/4 . يتم استخدام تقنية التصنيع الإضافي لتبني هذا العمل لتصنيع Cus PSCI تختلف خمسة معلمات عملية على ثلاثة مستويات يتم أخذها في الاعتبار في هذه الدراسة وهي ارتفاع الطبقة (120، 200، 0 ميكرومتر)،: وسمك الغلاف )61.2 61.6 2 مم)، وكثافة التعبئة (40، 65، 790(، ونمط التعبئة (مكعبء جيرويدء ثلاثي السداسي) واتجاه الشبكة (45/0 Bays 90/45 ays 90/0 درجة). من ناحية أخرىء فإن خصائص الأداء المترابطة التي Gag’ على تصنيع المغروسة القحفية هي قوة الانحناء وخشونة السطح والانحراف الهندسي. تم تصميم الحملة التجريبية بناءً على إجراء تصميم Taguchi في جميع أنحاء مجموعة 127 المتعامدة للدراسة الحالية. يعد تحليل التباين المتعدد المتغيرات MANOVA أداة احترافية لفحص معلمات عملية FDM التي تؤثر بشكل كبير على جميع المخرجات التابعة في وقت واحد. تم استخدام نماذج نظام الاستدلال العصبي الضبابي الذكي ANFIS لتقييم أداء ،FDM وتحقيق معدلات دقة عالية تبلغ 7 و 299.5 لقوة الانحناء، و 99.89/ و 93.86/ لخشونة السطحء و 799.8 و 794.46 للانحراف الهندسي. تم إجراء خوارزمية تحسين الذئب الرمادي متعدد الأهداف MOGWO لتقليل الانحراف الهندسيء وتحديد قوة الانحناء إلى 5 ميجا باسكال لأنها تشبه متوسط قوة الانحناء الموصى بها للجمجمة البشرية، وتحديد خشونة السطح لنطاق الهدف لتقليل امتصاص العظام من خلال تعزيز التشابك الميكانيكي بين الغرسة وعظم الجمجمة المحيط. MOG WO sail by ، فإن المستويات المثلى لإعدادات معلمات عملية FDM هي 162.235 ميكرومتر من ارتفاع الطبقة، و1.756 مم من سمك الغلاف: و97288.815 من كثافة الحشوء وثلاثي سداسي الشكل لنمط الحشوء و90/0 درجة من اتجاه الشبكة. تم إجراء تجارب التحقق لتقييم خوارزمية MAGOW المعتمدة. تظهر تجارب التحقق فرقًا بين القيم التجريبية والمُحمسّنة على النحو التالي: 1.941,؟ لقوة coins! و904.787 لخشونة السطحء 5 %3.687 للانحراف الهندسي المتوسط وهي نسب ممتازة وتعكس ثفة خوارزمية MOGWO يتم استخدام المستويات المُحسّنة لخوارزمية MOGOW لتصنيع المغروسة القحفية من مادة البولي ميثاكريلات من الدرجة الطبية. يؤدي التحقق من صحة أبعاد غرسة MG PMMA المصممة والمصنعة على أساس نهج التشريح إلى دقة متوسطة تبلغ (0.5796 مم) وبالتالي ملاءمة أفضل للجمجمة المعيبة و 2501 المصنعة مما يدل على أن غرسات MG PMMA المطورة تتناسب مع نموذج الجمجمة بشكل جيد للغاية. يوفر سير العمل هذا نهجًا متقدمًا لإعادة بناء الوجه والفكين وتصنيع الغرسات بدقة عالية وبشكل مباشر دون استخدام القالب ويمكن أن يثبت فعاليته في الممارسة اليومية.

Cranioplasty is a procedure used to treat skull bone deficiencies caused by abnormalities, fractures, malignancies, and infections. Biocompatible materials like PMMA cement have been used for treating cranial defects. The human skull's approach to repairing and restoring abnormalities is a significant challenge due to its functionality and aesthetic appeal. Additive manufacturing techniques offer new possibilities for creating customized implants, allowing for intricate profiles for complex surgical applications. Where the researchers concentrate on building a prefabricated mold and use a casting process. Till this study, no study has used 3D printing to produce patient-specific PMMA cranial implants directly without mold making. The proposed methodology is based on several foundation pillars that find robust solutions for the following challenges: design of high-quality Patient-Specific Cranial Implant PSCI, stress and deformation analysis of CI, practical experiments of standard samples, evaluation, intelligent prediction, and optimization, and finally fabrication and evaluation customized CI with biomimetic mechanical properties and porous structure similar to the natural skull bone. Solution approach: Computed Tomography CT images are proposed in this work to design the PSCI. The Numerical analysis uses Finite Element Analysis FEA to assess stress distribution and deformation of CI. The Fused Deposition Modeling FDM process, using the QIDI X-MAX machine, is used to manufacture standard samples of medical-grade MG PMMA, to evaluate and optimize the optimal FDM performance. Five process parameters vary over three levels are considered in this study namely layer height (120, 200, 280 μm), shell thickness (1.2, 1.6, 2 mm), infill density (40, 65, 90%), infill pattern (cubic, gyroid, tri-hexagon) and raster orientation (0/45o, 45/90o, 0/90o). On the other hand, the interconnected performance characteristics dominating manufacturing are flexural strength, surface roughness, and geometrical deviation. The experimental campaign for the current study is designed based on the Taguchi design procedure throughout the L27 orthogonal array. The multivariate analysis of variance MANOVA is a professional tool to examine which FDM process parameters significantly affect all dependent outputs simultaneously. The Intelligent Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System ANFIS models have been used to evaluate FDM performance, achieving high accuracy rates of 99.97% and 99.5% for flexural strength, 99.89% and 93.86% for surface roughness, and 99.8% and 94.46% for geometrical deviation. Multi-Objective Grey Wolf Optimization MOGWO algorithm has been conducted for minimization of the geometrical deviation, specifying the flexural strength to 82.5 MPa as it is similar to the recommended average flexural strength of the human skull, and specifying the surface roughness for the target range to decrease bone resorption by enhancing the mechanical interlocking between the implant and surrounding skull bone. According to the MOGWO model, the optimal levels of the FDM process parameter settings as 162.235 μm of layer height, 1.756 mm shell thickness, 88.815% infill density, Tri-hexagon of infill pattern, and 0/90 degrees of raster orientation. Verification experiments show that the MAGOW algorithm's confidence is high, with optimized values of 1.941% for flexural strength, 4.787% for surface roughness, and 3.687% for average geometrical deviation. The optimized levels of the MOGOW algorithm are utilized to manufacture MG PMMA PSCI. The dimensional validation of the designed and fabricated MG PMMA implant based on the anatomization approach leads to an average accuracy of (0.5796mm) consequently a better fit for the defective skull and manufactured PSCI. This workflow provides an advanced approach for maxillofacial reconstruction and manufacturing implants with high precision and directly without using mold, and it can prove effective in daily practice.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب