BİYOMEDİKAL UYGULAMALARDA 4B BASKI İŞLEMİ: ŞEKİL HAFIZALI MALZEMELERİN KATMANLI İMALAT YÖNTEMİYLE ÜRETİLMESİ

Katmanlı üretim veya diğer bir ifadeyle 3B baskı, hızlı prototipleme teknolojisinin gelişmesiyle son yirmi yılda her sektör için yaygın kullanım alanına sahip olmuştur. Özellikle uzay ve havacılık başta olmak üzere malzeme ve tasarım konularının etkin olarak kullanıldığı ve geliştirildiği sektörlere ciddi katkılar sağlamıştır. Katmanlı üretim teknolojisi sağlık alanına; kişiye özel implant yapımı, cerrahi müdahale öncesi anatomik model çalışmaları ve doku mühendisliği gibi konularda önemli ölçüde fayda getirmiştir. Teknolojik gelişmeler çerçevesinde, 3B baskıya uygun olarak tercih edilen ve şekil hafızası içeren bir malzemenin; biçim, özellik veya işlevinin zamanla değişebilecek duruma gelmesiyle 4B baskı teknolojisi elde edilmiştir. Zamana bağlı olan, 3B baskı makinesinden bağımsız, üretilen son şeklin tahmin edilebilmesi ve kendiliğinden montajlanabilir ürünlerin tasarlanabilir olması 4B baskının en önemli özelliğidir. 3B baskının sunmuş olduğu karmaşık tasarımları üretebilme yeteneği ve şekil değiştiren veya şekil hafızalı malzemelerin doku veya organla uyum sağlaması ve istenilen şekli alması, hayati bazı problemlerin çözümü açısından biyomedikal alanda gelecek yüzyılın en önemli gelişmelerinden biri olması beklenmektedir. Bu çalışmada, 4B baskı teknolojisinin kullanım alanlarını anlamak için öncelikle temel özellikleri incelenmiştir. Bununla birlikte, şekil hafızalı malzemeler konusuna değinilerek kullanım yerleri açıklanmıştır ve biyomedikal alanda bu konuyla ilgili güncel uygulamalar belirlenmiştir

Anahtar Kelimeler:

Şekil hafızalı malzemeler, Şekil hafızası etkisi, 4B baskı, Katmanlı üretim, Biyomedikal uygulamalar

4D PRINTING FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS: ADDITIVE MANUFACTURING OF SHAPE MEMORY MATERIALS

Additive manufacturing or orther words 3D printing has been widely used for every sector over the last two decades with development of rapid prototyping technology. In particular, it has contributed significantly to the sectors where material and design issues, especially space and aviation, are used and developed effectively. Additive manufacturing technology to the health field; It has benefited considerably in terms of personal implantation, anatomic model studies and tissue engineering before surgery. Within the framework of technological developments, a material which is preferred in accordance with 3D printing and includes shape memory; 4B printing technology has been obtained with the change of form, feature or function. The most important feature of the 4D printing processes includes the time-dependence, independence of 3D printing machine, the final shape produced and the design of self-assembly products. The ability to produce complex designs presented by 3D printing and the adaptation of shape-shifting or shape-memory materials to the tissue or organ over time and taking the desired shape will be one of the most important developments in the biomedical field in the next century. In this study, the basis of 4B printing technology is investigated and firstly the properties of this technology are examined for understanding of using areas. However, the usage areas of the shape memory materials are explained and these materials have been introduced which is used current applications in the biomedical field.

Keywords:

Shape memory materials, Shape memory effect, 4D Printing, Additive manufacturing, Biomedical aplications,

PDF

___

[1]. Wu, J. J. Huang, L. M. Zhao, Q. Xie, T. 4D Printing: History and recent progress. Chinese J. Polym. Sci. 2018; 36(5): 563−575.
[2]. Tibbits, S. 4D Printing: Multi‐material shape change. Architectural Design 84.1.2014: 116-121.
[3]. Y. Zhou et al. From 3D to 4D Printing: Approaches and typical applications. Journal of Mechanical Science and Technology 29.2015; 10: 4281~4288.
[4]. Khoo, Z. X., Teoh, J. E. M., Liu, Y., Chua, C. K., Yang, S., An, J., ... & Yeong, W. Y. 3D printing of smart materials: A review on recent progresses in 4D printing. Virtual and Physical Prototyping. 2015;10(3):103-122.
[5]. Roy, D., Cambre, J. N., & Sumerlin, B. S. Future perspectives and recent advances in stimuli-responsive materials. Progress in Polymer Science, 2010;35(1-2): 278-301.
[6]. Orhon, A. V. Akıllı malzemelerin mimarlıkta kullanımı. Ege Mimarlık. 2012;82: 18-21.
[7]. Bedeloğlu, A. Ç. Şekil hafızalı alaşımlar ve tekstil malzemelerindeki uygulamaları. 2011;18: 83.
[8]. Hu, J., Meng, H., Li, G., & Ibekwe, S. I. A review of stimuli-responsive polymers for smart textile applications. Smart Materials and Structures. 2012;21(5): 053001.
[9]. Toptaş, E., & Akkuş, N. Şekil hafızalı alaşımlar ve endüstriyel uygulamaları. Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi. 2007;4: 15-22.
[10]. Yakıncı, Z. D. Şekil hafızalı alaşımların sağlık alanındaki uygulamaları. İnönü Üniversitesi Sağlık Hizmetleri Meslek Yüksek Okulu Dergisi. 3(2); 1-6.
[11]. Erdoğuş H., Şekil hafızalı malzemelerin katmanlı üretim yöntemiyle üretilmesi. ASELSAN 3. Malzeme Teknolojileri Çalıştayı. 2018:35.
[12]. Momeni, F., Liu, X., & Ni, J. A review of 4D printing. Materials & design. 2017;122: 42-79.
[13]. Hiller, J., & Lipson, H. Tunable digital material properties for 3D voxel printers. Rapid Prototyping Journal. 2010;16(4): 241-247.
[14]. Bakarich, S. E., Gorkin III, R., Panhuis, M. I. H., & Spinks, G. M. 4D printing with mechanically robust, thermally actuating hydrogels. Macromolecular rapid communications. 2015;36(12): 1211-1217.
[15]. González-Henríquez, C. M., Sarabia-Vallejos, M. A., & Rodriguez-Hernandez, J. Polymers for additive manufacturing and 4D-printing: materials, methodologies, and biomedical applications. Progress in Polymer Science. 2019.
[16]. G. Ciofani & A. Menciassi (Eds.). Introduction to active materials for biomedical applications. Piezoelectric Nanomaterials for Biomedical Appl., NANOMED, pp. 1–27.
[17]. Ge, Q., Sakhaei, A. H., Lee, H., Dunn, C. K., Fang, N. X., & Dunn, M. L. Multimaterial 4D printing with tailorable shape memory polymers. Scientific reports. 2016;6: 31110.
[18]. Zarek, M., Mansour, N., Shapira, S., & Cohn, D. 4D printing of shape memory‐based personalized endoluminal medical devices. Macromolecular rapid communications. 2017;38(2): 1600628.
[19]. Gao, B., Yang, Q., Zhao, X., Jin, G., Ma, Y., & Xu, F. 4D bioprinting for biomedical applications. Trends in biotechnology. 2016; 34(9): 746-756.