Διερεύνηση της κατασκευής εμφυτεύματος πλάκας εγγύς βραχιoνίου με επιλεκτική τήξη με laser βάσει θερμομηχανικής προσομοίωσης

Κατσιούλα, Ισμήνη; Katsioula, Ismini

dc.contributor.author	Κατσιούλα, Ισμήνη	el
dc.contributor.author	Katsioula, Ismini	en
dc.date.accessioned	2025-09-02T06:59:21Z
dc.date.available	2025-09-02T06:59:21Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62266
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29962
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Τρισδιάστατη εκτύπωση	el
dc.subject	Εμφύτευμα	el
dc.subject	Βραχιόνιο	el
dc.subject	Επιλεκτική τήξη laser	el
dc.subject	Selective laser melting	en
dc.subject	Stainless steel 316L	en
dc.subject	Proximal humerus plate	en
dc.subject	Παράμετροι κατεργασίας	el
dc.subject	3D Printing	en
dc.subject	SLM	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Βελτιστοποίηση παραμέτρων	el
dc.subject	Ανοξείδωτος χάλυβας 316L	el
dc.subject	process parameters	en
dc.title	Διερεύνηση της κατασκευής εμφυτεύματος πλάκας εγγύς βραχιoνίου με επιλεκτική τήξη με laser βάσει θερμομηχανικής προσομοίωσης	el
dc.title	Investigation of proximal humerus plate implant manufacture by Selective Laser Melting using thermomechanical simulation	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Κατεργασίες	el
heal.classification	Manufacturing	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-27
heal.abstract	Η παρούσα εργασία πραγματεύεται την διερεύνηση της κατασκευής και διαστατικής ακρίβειας μιας πλάκας στερέωσης του εγγύς βραχιονίου που κατασκευάζεται μέσω επιλεκτικής τήξης με λέιζερ (SLM) χρησιμοποιώντας ανοξείδωτο χάλυβα 316L. Η παρούσα μελέτη επιδιώκει τον προσδιορισμό του βέλτιστου συνόλου παραμέτρων για την εκτύπωση της πλάκας στερέωσης του βραχιονίου οστού, συνδυάζοντας τη θεωρητική βελτιστοποίηση των παραμέτρων της κατεργασίας με τη χρήση θερμομηχανικών προσομοιώσεων και την πειραματική τους επικύρωση. Το τρισδιάστατο μοντέλο CAD της πλάκας σχεδιάστηκε από το Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου του Nis στη Σερβία και χρησιμοποιείται στην παρούσα μελέτη με την άδεια του καθηγητή N. Vitkovic. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του λογισμικού θερμομηχανικής προσομοίωσης Autodesk Netfabb Local Simulation με σκοπό την ανάλυση των επιδράσεων της ισχύος του λέιζερ (laser power), της ταχύτητας σάρωσης (scanning speed), της απόστασης μεταξύ διαδοχικών σαρώσεων (hatch spacing) και του προσανατολισμού κατασκευής (orientation) σε βασικές μετρικές αξιολόγησης, όπως οι μετατοπίσεις, ο σχηματισμός θερμών σημείων (hotspots) και η έλλειψη σύντηξης (lack of fusion) του τεμαχίου. H προσέγγιση σχεδιασμού πειραμάτων (DoE), κατά την οποία ένα L18 Orthogonal Array κατά Taguchi εφαρμόστηκε, διευκόλυνε τη συστηματική αξιολόγηση αυτών των παραμέτρων. Η ανάλυση ANOVA υπέδειξε τους πιο κρίσιμους παράγοντες που συμβάλλουν σε κάθε μετρική αξιολόγησης, ενώ η ανάλυση ευαισθησίας προσδιόρισε ότι ο κατακόρυφος προσανατολισμός του τεμαχίου με 240 W laser power, 1300 mm/sec scanning speed και 0,08 mm hatch spacing ελαχιστοποιεί τις μετατοπίσεις και τα hotspots, συμφωνώντας σε μεγάλο βαθμό και με τις προτεινόμενες τιμές του κατασκευαστή. Η εκτύπωση των τεμαχίων για την πειραματική επικύρωση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης, πραγματοποιήθηκε στον εκτυπωτή ZRapid iSLM280 στις εγκαταστάσεις του εργαστηρίου. Τα τεμάχια που εκτυπώθηκαν με κατακόρυφο προσανατολισμό υπέστησαν σημαντικά μικρότερη στρέβλωση και υπέδειξαν βελτιωμένη ποιότητα επιφάνειας σε σύγκριση με τα οριζόντια εκτυπωμένα, υποστηρίζοντας τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. Οι μετρήσεις της διαστασιολογικής ακρίβειας των τεμαχίων πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση τεχνικών φωτογραμμετρίας και επεξεργασίας νεφών σημείων, χρησιμοποιώντας τα λογισμικά RealityCapture και CloudCompare. Η σύγκριση των υπολογισμένων αποστάσεων των εκτυπωμένων τεμαχίων από τα παραμορφωμένα αρχεία των προσομοιώσεων και από την απαραμόρφωτη αρχική γεωμετρία έδειξε ασυνέπειες μεταξύ των διαφόρων συνδυασμών παραμέτρων. Τα ευρήματα αυτά αποδόθηκαν στα αραιά σχηματιζόμενα νέφη σημείων εξαιτίας της χαμηλής ποιότητας λήψης εικόνων. Αναλύοντας τα παραπάνω, η παρούσα μελέτη συμβάλλει στην πρόοδο της τεχνολογίας SLM για βιοϊατρικές εφαρμογές και στην ενίσχυση της ποιότητας και της αξιοπιστίας των προσωποποιημένων εμφυτευμάτων με προσθετική κατασκευή.	el
heal.abstract	The scope of this thesis is to investigate the manufacturability and dimensional accuracy of a proximal humerus fixation plate manufactured via Selective Laser Melting (SLM) using Stainless Steel 316L. This study combines theoretical process parameter optimization using thermomechanical simulations and experimental validation to identify the optimal parameter set for printing of the humerus plate. The 3D CAD model of the plate was designed by the Mechanical Engineering Department in University of Nis in Serbia and is used in this thesis under the permission of Professor N.Vitkovic. A detailed study was conducted using Autodesk Netfabb Local Simulation Software to analyze the effects of laser power, scanning speed, hatch spacing, and build orientation on key metrics such as displacement, hotspot formation and lack of fusion. A Design of Experiments (DoE) approach, implemented through a Taguchi L18 orthogonal array, facilitated the systematic evaluation of these parameters. ANOVA analysis indicated the most critical factors contributing to each evaluation metric. Sensitivity analysis identified that a vertical build orientation with a parameter set of 240 W laser power, 1300 mm/sec scanning speed, and 0.08 mm hatch spacing minimizes displacements and hotspots, closely aligning with manufacturer recommendations. Experimental validation was carried out on the ZRapid iSLM280 printer on school’s premises. Parts printed in the vertical orientation demonstrated significantly lower warpage and improved surface quality compared to horizontally printed parts supporting simulation results. Dimensional assessments were performed using photogrammetry and cloud processing techniques, utilizing RealityCapture and CloudCompare software. Comparison between the computed distances between the printed, warped simulated parts and the undeformed geometry showed inconsistencies among different trial runs. These findings were attributed to the sparse point clouds created due to low image acquisition quality. By addressing these objectives, this thesis contributes to the advancement of SLM technology for biomedical applications and enhancing the quality and reliability of additively manufactured implants.	en
heal.advisorName	Βοσνιάκος, Γεώργιος - Χριστόφορος	el
heal.advisorName	Vosniakos, George - Christopher	en
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος - Χριστόφορος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών. Εργαστήριο Κατεργασιών των Υλικών (Μηχανουργικό και Μηχανολογικό Εργοστάσιο)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	92 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false