Βελτιστοποίηση στοχαστικής πλεγματικής
δομής για την κατασκευή εμφυτεύματος
ισχίου με τρισδιάστατη εκτύπωση

Βαζαίου, Άννα; Vazaiou, Anna

dc.contributor.author	Βαζαίου, Άννα	el
dc.contributor.author	Vazaiou, Anna	en
dc.date.accessioned	2026-06-11T06:08:33Z
dc.date.available	2026-06-11T06:08:33Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/64887
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.32581
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Εμφυτεύματα ισχίου	el
dc.subject	Χωρική στάθμιση	el
dc.subject	Πάχος δοκίδων	el
dc.subject	Τήξη λέιζερ	el
dc.subject	Έυρος διαδρομής	el
dc.subject	Ισχιακή άρθρωση	el
dc.subject	3D printing	en
dc.subject	Spatial weighting	en
dc.subject	Total hipanthroplasty	en
dc.subject	Trabecular bone	en
dc.subject	Struck thickness	en
dc.title	Βελτιστοποίηση στοχαστικής πλεγματικής δομής για την κατασκευή εμφυτεύματος ισχίου με τρισδιάστατη εκτύπωση	el
dc.title	Stochastic lattice structure optimization for a 3D-printed hip implant	en
dc.contributor.department	Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική	el
heal.classification	Βιοϊατρική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2026-03-06
heal.abstract	Το ερευνητικό αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάλυση, η σχεδίαση και ο έλεγχος στελεχών εμφυτευμάτων ισχίου με χρήση δομών πλέγματος. Συγκεκριμένα ερευνήθηκε ο σχεδιασμός των στελεχών που χρησιμοποιούνται στην Ολική Αρθροπλαστική Ισχίου (ΟΑΙ) με στόχο την πρόταση βελτιωμένων σχεδιαστικών λύσεων που θα μειώσουν το χρόνο φθοράς και χαλάρωσης του εμφυτεύματος. Η έρευνα επικεντρώθηκε στα εμφυτεύματα που τοποθετούνται χωρίς την χρήση τσιμέντου. Προτάθηκε η χρήση πλέγματος για αρθρωτά εμφυτεύματα, τα οποία με την εφαρμογή της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων (ΜΠΣ) διερευνήθηκαν ως προς την εμβιομηχανική τους συμπεριφορά σε συνθήκες «Όρθιας Στάσης», «Βάδισης» και «Ανέβασμα Σκαλιών». Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε βασίστηκε στη χρήση του λογισμικού nTopology, μέσω του οποίου υλοποιήθηκε ο σχεδιασμός μιας στοχαστικής πλεγματικής δομής τύπου Voronoi. Η δομή αυτή επιλέχθηκε λόγω της εξαιρετικής ικανότητας βιομιμητισμού, καθώς προσομοιάζει τη στοχαστική φύση του ανθρώπινου σπογγώδους οστού. Πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση της δομής μέσω χωρικής στάθμισης (spatial weighting), προσαρμόζοντας το πάχος των δοκίδων (strut thickness) ανάλογα με τα φορτία που προέκυψαν από την εμβιομηχανική ανάλυση, με στόχο τη βελτιστοποίηση της κατανομής των τάσεων και την αποφυγή του φαινομένου της «οστικής απορρόφησης» (stress shielding). Στο πλαίσιο της διερεύνησης της παραγωγικής διαδικασίας, εξετάστηκε η μέθοδος της Εκλεκτικής Τήξης Λέιζερ (Selective Laser Melting - SLM) ως η καταλληλότερη για την κατασκευή του μεταλλικού εμφυτεύματος (Stainless Steel 316L), λόγω της υψηλής ακρίβειας που απαιτείται για την απόδοση του πλέγματος. Η εργασία ολοκληρώθηκε με την πειραματική κατασκευή ενός φυσικού πρωτοτύπου υπό κλίμακα με τη μέθοδο FDM. Η διαδικασία αυτή ανέδειξε κρίσιμους κατασκευαστικούς περιορισμούς, όπως τη σχέση μεταξύ πάχους δοκίδας και εύρους διαδρομής (track width), επιβεβαιώνοντας ταυτόχρονα τη γεωμετρική ευστάθεια του σχεδιασμού. Σκοπός της έρευνας είναι να συλλεγούν δεδομένα τα οποία θα μπορούν να βοηθήσουν στην σχεδίαση στελεχών με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και καλύτερα ποσοστά οστεοενσωμάτωσης από τα ήδη υπάρχοντα, ενισχύοντας την τάση προς τον εξατομικευμένο σχεδιασμό εμφυτευμάτων και δίνοντας τελικά στον ιατρικό τομέα χρήσιμες πληροφορίες για την βέλτιστη επιλογή ισχιακών προθεμάτων.	el
heal.abstract	The research object of this diploma thesis is the analysis, design, and evaluation of hip implant stems utilizing lattice structures. Specifically, the design of stems used in Total Hip Arthroplasty (THA) was investigated, with the aim of proposing improved design solutions to reduce implant wear and loosening over time. The research focused on cementless implants. A lattice-based design for modular implants was proposed, and their biomechanical behavior was investigated using the Finite Element Method (FEM) under "Standing," "Walking," and "Stair Climbing" conditions. The methodology was based on the use of nTopology software, through which a stochastic Voronoi lattice structure was implemented. This structure was selected for its exceptional biomimetic capability, as it simulates the stochastic nature of human trabecular bone. The structure underwent optimization via spatial weighting, adjusting the strut thickness according to the loads derived from the biomechanical analysis. The objective was to optimize stress distribution and mitigate the "stress shielding" effect. Regarding the manufacturing process, Selective Laser Melting (SLM) was identified as the most suitable method for fabricating the metallic implant (Stainless Steel 316L), due to the high precision required for the lattice geometry. The thesis concluded with the experimental fabrication of a scaled physical prototype using the FDM method. This process highlighted critical manufacturing constraints, such as the relationship between strut thickness and track width, while simultaneously confirming the geometric integrity of the design. The purpose of this research is to collect data that can assist in designing stems with longer service life and superior osseointegration rates compared to existing ones, reinforcing the trend toward personalized implant design and ultimately providing the medical field with valuable information for the optimal selection of hip prostheses.	en
heal.advisorName	Βοσνιάκος, Γεώργιος
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος
heal.committeeMemberName	Βοσνιάκος, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false