دراسة الكلفة والوقت لعينات العظام المخصصة باستخدام التكنولوجيا الإضافية

الباحث

زينب حميد نعمه

المشرف

لمى عدنان الكندي - غسان عدنان الكندي

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم هندسة الانتاج والمعادن / الهندسة الصناعية

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Additive manufacturing;Custom orthopedic implants;Cost estimation;Build time

في مجال الصناعة الطبية، غالبًا ما تكون الغرسات المخصصة ضرورية لتلبية المتطلبات الجراحية، خاصة في الحالات التي تنطوي على تشوهات معقدة أو مؤلمة. قد تساعد التقنيات الناشئة في التصنيع الإضافي (AM) مثل الطباعة ثلاثية aba) في توفير استجابة صالحة وسريعة لمثل هذه الاحتياجات. يمكن استخدام مواد مختلفة، Ley في ذلك المواد المعتمدة على البوليمر al gall المعدنية المتوافقة حيويّاء لتناسب التطبيقات الجراحية الطبية. يتضمن هذا البحث شكلاً من أشكال الدمج الطبي الميكانيكيء بهدف تقييم استخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد كجزء من نظام كاملء بما في ذلك التقاط بيانات USS الزرعة لإنتاج el jal مزروعة مخصصة. وتضمنت المنهجية التكامل الميكانيكي الطبي، مما أدى إلى إنشاء ست مراحل أساسية لتقليل التكلفة والوقت في التصميم المخصص لزراعة العظام باستخدام AM تضمنت هذه المراحل التقاط البيانات، وإعادة البناء، والتصميمء والتحميل الميكانيكي، والتصنيع عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد، وأخيرًا تقدير التكلفة والوقت وتقليلهما. يتم دعم التحقيق من خلال دراسة تجريبية تشمل الحالات الطبية. تهدف الحالة الأولى إلى إنتاج جزء مخصص من عظم الفخذ. تتضمن الحالة الثانية لوحة تثبيت العظام المصممة لتتناسب مع محيط العظام الخاص بالمريض طوال سلسلة الإنتاج بأكملها. تم تنفيذ سيناريوهين: لوحات خاصة بالمريض لتثبيت جزء من عظم الفخذ وتثبيت كسر عظم الفخذ. واستخدمت هذه السيناريوهات لتطوير وتقييم الطريقة من خلال استخدام تحليل العناصر المحدودة (FE) لألواح التثبيت. بعد cll ركزت الحالة الثالثة على إنتاج غرسات للسلامية البعيدة للإصبع المكسورء في حين هدفت الحالات الرابعة والخامسة والسادسة إلى تصميم وإعادة بناء الغرسات القحفية المناسبة للمرضى الذين يعانون من آفات في العظم الأمامي الأيمن، المنطقة الجبهية الجدارية اليمنى. ، والمنطقة الجبهية الجدارية اليسرى من الجمجمة، على التوالي. تم استخدام كل من البلاستيك والمعدن في إنتاج هذه النماذج الأولية، وذلك باستخدام مرافق شركة UrukTech في بغداد، العراق، وجامعة صحار في عمان. تشير النتائج إلى أن النهج الذي تم تطويره قد نجح في معالجة الحاجة إلى إنتاج غرسات مخصصة. وقد تم التأكيد على أهمية التكلفة في استخدام هذه التكنولوجيا. كشف فحص النماذج لتقييم تكلفة المنتجات الطبية المصنوعة باستخدام تقنية التصنيع AM أن كل نموذج يركز على أنظمة تصنيع AM محددة. وقد تم اقتراح نموذج التكلفة الرياضية، بما في ذلك جميع هذه العناصر التي تم تجاهلها سابقاء في هذه الدراسة. تشمل صياغة النموذج تكاليف المعالجة المسبقة والمعالجة وما بعد المعالجة. للتوضيحء سيتم تطبيق هذا النموذج على الغرسات الطبية بتصميمات مخصصة باستخدام التصنيع الإضافي باستخدام نموذج (ABC وبناءً على ذلك، توفر الشركات للعملاء حلاً فعالاً من حيث التكلفة للغرسات المخصصة.تظهر النتائج أن النموذج الأولي المعدني المستخدم كدراسة حالة يتطلب من الشركات المصنعة تخصيص 90.095 دولارًا US yal لعملية بناء التصنيع الإضافي. تم تقسيم تخصيص تكاليف النموذج إلى فئات مختلفة: %57 لمعالجة col jal 5 38 للمعالجة المسبقة، و05/! فقط للمعالجة cde dU مع حساب النفقات العامة للآلة والطاقة بنسبة 9/08 و9012 و901. على التوالى. وشكلت النفقات المادية 921 فقطء في Gus شكلت نفقات العمالة أعلى نسبة بنسبة %56 وتؤكد النتائج فعالية هذا النموذج من خلال عرض قدرته على تقديم تقييمات دقيقة للتكلفة لمساعدة الشركات المصنعة في تعزيز عمليات صنع القرار. أما بالنسبة لتقدير co ll فهناك ثلاث غرسات بنفس الحجم وبسماكات طبقات مختلفة: 0.2 مم و0.3 مم ل EDM و0.05 مم ل ،SLA مما يؤدي إلى تباين أوقات البناء والتكاليف الإجمالية لكل منهما. claw 0.3 مم sal إلى انخفاض وقت الطباعة بشكل مدهش. أخيرّاء حدد تحليل الحساسية 01 و02 كعوامل مؤثرة على التكلفة الإجمالية، مع وجود تأثير طفيف للأكسجين بسبب الاستخدام غير المتكرر. تم أيضًا تحليل استخدام الغاز الخامل 7172 لتقليل التكلفة المحتملة من خلال Bale} التدوير في المستقبل، مما يشير إلى الحد الأدنى من الخسارة عند انخفاض بنسبة -%40 ولكن لا توجد خسارة عند انخفاض بنسبة -%90.

In the field of medical industry, customized implants are often necessary to meet surgical requirements, especially in cases involving complicated or traumatic deformities. Emerging techniques in Additive Manufacturing (AM), such as 3D printing, may help provide a valid and quick response to such needs. Various materials, including biocompatible polymer- based and metal-based materials, can be used to suit medical surgical applications. This research involves a form of medical-mechanical fusion, investigating to assess the use of 3D printing technology as part of a full system, encompassing the capturing of implant shape data to the production of customized implant parts. The methodology included Medical Mechanical Integration, establishing six essential stages for Cost and Time Minimization in the Custom Design of Orthopedic Implants Using AM. These stages involved data capturing, reconstruction, design, mechanical loading, manufacturing by 3D printing, and finally, cost and time estimation and minimization. The investigation is supported by an experimental study involving medical cases. The first case aims to produce a customized part of the Femur. The second case involves an Orthopedic Fixation Plate designed to match the patient-specific bone contour throughout the entire production chain. Two scenarios were implemented: patient-specific plates for Part of the Femur fixation and Femur fracture fixation. These scenarios were used to develop and evaluate the method by employing finite element (FE) analysis of fixation plates. Following this, a third case focused on producing implants for shattered-related finger distal phalanx, while the fourth, fifth, and sixth cases aimed to design and reconstruct suitable cranial implants for patients with lesions in the right-frontal bone, the right frontoparietal region, and the left frontoparietal region of the skull, respectively. Both plastic and metal were used in the production of these prototypes, utilizing the facilities of UrukTech Company in Baghdad, Iraq, and Sohar University in Oman. The results indicate that the developed approach has successfully addressed the need for producing customized implants. The importance of cost in employing this technology is underscored. An examination of models to assess the cost of medical products made with AM technology revealed that each model focuses on specific AM systems. A mathematical cost model, including all these previously disregarded elements, has been proposed in this study. The model formulation encompasses pre- processing, processing, and post-processing costs. To illustrate, this model will be applied to medical implants with custom designs using additive manufacturing by using an ABC model, and accordingly, the companies provide customers with a cost-effective solution for custom implants. The results show that the metallic prototype utilized as a case study necessitates manufacturers to allocate $90.95 for the Additive Manufacturing build process. Allocation of costs for the model was divided into different categories: 57% for part processing, 38% for pre-processing, and only 5% for post-processing, with machine overhead and energy accounting for 8%, 12%, and 1% respectively. Material expenses represented merely 21%, whereas labor expenses constituted the highest proportion at 56%. The outcomes validate the effectiveness of this model by showcasing its capacity to furnish precise cost evaluations aiding manufacturers in enhancing decision-making processes. As for estimating time, three implants of the same size and with different layer thicknesses: 0.2mm and 0.3mm for FDM, and 0.05mm for SLA, resulting in varied build times and total costs for each. The 0.3mm thickness surprisingly decreased printing time. Finally, sensitivity analysis identified O1 and O2 as impactful factors on overall cost, with O2 having a minor effect due to infrequent use. Inert gas W2 usage was also analyzed for potential cost reduction through recycling in the future, indicating minimal loss at a -40% decrease but no loss at a -90% reduction.

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