Üç boyutlu yazıcıyla ayak bileği ortezinin tasarımı ve geliştirilmesi

Abstract

Üç boyutlu yazıcılar, günümüzde birçok alanda kullanılan ve hızla gelişen bir teknolojidir. Bu tez çalışmasında, öncelikle bir üç boyutlu yazıcı açık kaynak donanımın geliştirilmesiyle imal edildi ve açık kaynak yazılımının iyileştirilmesiyle kontrol edildi. Daha sonra bu üç boyutlu yazıcıyı kullanarak ayak bileği ortezi (ankle-foot orthosis, AFO) üretildi.Açık kaynak donanım kullanarak imal edilen üç boyutlu yazıcıda parçaların uyumsuzluğu ve eksen kaçıklığı gibi bir takım problemler ortaya çıktı. Bu tip problemler üç boyutlu yazıcının mekaniğinde bazı değişimlerin yapılmasını gerektirdi. X, Y ve Z eksenlerindeki eklem kaçıklığını gidermek için gerekli parçalar yerli imkânlarla mümkün olduğu kadar rijit üretildi. Bu değişimler sonucunda üretilen yazıcı ile 100 mikron çözünürlükte bir çıktı elde edilmiştir.İnsan yürümesi için son derece önemli olan ayak bileği ortezleri deformasyonları önlemek ve bilek hareketini kontrol etmek için üretilir. Bir AFO genellikle zayıf bacağı korumak, bilek ve ayağı doğru pozisyonda tutmak ve adım atmayı düzeltmek amaçları için kullanılır. Son kullanıcı farklı boyutlarda bilek ve farklı tipte deformasyonlara sahip olabileceğinden bir AFO son kullanıcının ayağına tam uygun bir şekilde üretilmelidir. Dolayısıyla seri üretilen AFO'lar her bir son kullanıcı için uygun olmayabilir. Bu durum göz ününde bulundurulduğunda üç boyutlu yazıcılar kişiselleşmiş biyomedikal cihaz üretiminde öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, özel bir AFO öncelikle bir CAD yazılımı ile modellendi ve daha sonra bu model geliştirilen yazıcıyla üretildi. Bu çalışma literatürde bilinen üç boyutlu yazıcı ile gerçekleştirilen ilk ayak bileği ortezidir. Ayrıca bu çalışma üç boyutlu yazıcılarla biyomedikal malzemelerin daha kaliteli ve daha ekonomik bir şekilde üretilebileceğini kanıtlamıştır.

Three dimensional (3D) printer technologies are rapidly developing and increasingly being used in several fields. In this thesis, as a first step a 3D printer is constructed by modifying open source hardware and controlled by improving open source software. Subsequently, an ankle foot orthosis (AFO) is designed and constructed by using this 3D printer.Some problems such as axes offsets and incompatible parts have come out after constricting 3D printer by using open source hardware. These kinds of problems were required some changes in the mechanics of 3D printer. The required parts that eliminate the offsets in X, Y and Z axes were produced as rigid as possible. A printout with 100 micron resolution is obtained by using constructed 3D printer that uses 3mm filament and a nozzle having 0.5mm diameter.The ankle foot orthosis, very important for human walking, is designed to control motion of the ankle and prevents deformities. An AFO can generally be used for following purposes: brace weak limbs, grasp ankle and foot in the right potion and correct the foot drop. Since the users have different sizes of ankles and different types of deformities, an AFO must be produced to match in size to the end-user. Therefore mass production AFOs may not suitable for the each end user. Considering these factors, 3D printers are of great importance for producing individualized biomedical equipment. In this thesis, a distinctive ankle foot orthosis is first modelled by using CAD software and then produced by using constructed 3D printer. This AFO is the first orthosis produced by a 3D printer in the literature. This study is a proof that biomedical equipment can be produced with higher quality and cheaper price by using 3D printers.