Analýza 3D tištěných porézních struktur určených pro biomedicínské aplikace

Abstract

Práce se zabývá analýzou 3D tištěných porézních struktur, které jsou určené pro biomedicínské aplikace. Cílem byl detailní rozbor elementárních buněk a nalezení závislosti globálního modulu pružnosti na vlastnostech struktury, jako je porozita či množství elementárních buněk modelu. Přináší základní přehled organických struktur, které jsou vhodné pro aplikace v biotechnologiích, s fokusem na strukturu gyroidní, která byla na základě předchozího testování vyhodnocena jako nejvhodnější alternativa pro využití v oblasti implantologie. Práce popisuje vlastnosti této struktury, její možné modifikace, modelování a nakonec i finální výrobu pomocí aditivních technologií. Součástí je také představení softwarů, ve kterých byly tvořeny modely určené pro experimentální část práce. Dále byla popsána norma ČSN ISO 13314, podle níž probíhala experimentální analýza a která je nezbytná pro následnou výrobu a distribuci zdravotních pomůcek. Dle zmiňované normy pak bylo provedeno testování zkušebních těles s různou porozitou, počtem elementárních buněk a rovinou roznášecí podstavy. V závěru došlo k vyhodnocení experimentu, konkrétně mezní zatěžovací síly a závislosti globálního modulu pružnosti na funkčních vlastnostech struktury.

This thesis deals with analysis of 3D printed porous structures designed for biomedical applications. The goal was to analyze the elemental cells in detail and find the dependency of the global modulus of elasticity on the properties of the structure, such as porosity or the number of elementary cells. It provides a basic overview of organic structures that are suitable for applications in biotechnology, with a focus on the gyroid structure, which, based on previous testing, has been assessed as the most suitable alternative for implantology. The work describes the properties of this structure, its possible modifications, modelling and eventually final production using additive technologies. It also includes a introduction of software in which samples for the experimental part were made. Furthermore, the standard ČSN ISO 13314 was described, according to which experimental analysis was conducted and which is necessary for the manufacture and distribution of medical devices. The thesis is focused on mechanical testing of samples with different porosity, number of elemental cells and plane of delivery according to ČSN ISO 13314. In the end, there was an evaluation of the experiment. Namely the limit force and the dependence of the global modulus of elasticity on the functional properties of the structure.