Production of Artificial Human Tissue Prototype Using Silicone Material With Three-Dimensional Printer Technology Based On Freeform Reversible Embedding Method


Bozo A., Yıldız N., Gümrük R.

15 TH International Scientific Researc Congress - Science and Engineering, Ankara, Turkey, 17 - 18 December 2022, pp.337-344

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Ankara
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.337-344
  • Karadeniz Technical University Affiliated: Yes

Abstract

Silicone is a material that does not lose its physical properties at high and low temperatures and is used in many fields such as dental, medical, etc. due to its characteristic properties such as biological inertness. Prosthesis production with silicone is currently limited to methods such as molding, soft lithography, etc. With these methods, it is very difficult to produce parts with complex geometries. This situation has led to the search for alternative solutions such as production with a 3-dimensional (3D) printer. Silicone prostheses produced with 3D printers are already used in many fields such as synthetic tissue studies. Since it does not require molds, it is preferred in part production to prevent time loss in design studies. For this reason, in our study, it is aimed to produce silicone parts locally with the Freeform Reversible Embedding (FRE) method, which is one of the Additive manufacturing (AM) methods, which has not yet become widespread in our country, and to contribute to the literature by developing this system. In this study, a printer capable of printing domestic silicone prostheses using silicones in the RTV segment was produced and the necessary parametric studies were carried out to bring this printer to a level that can print synthetic tissue with biocompatible silicones. Silicone prosthesis is produced using the free-form reversible embedding method, which is one of the additive manufacturing methods. An FDM type printer was used as the printer and RTV silicone was used as the printing material. First, the FDM-type printer was converted into an FRE-type printer by designing a special injector system that can print silicone. Then, thinning studies were carried out with thinner to ensure the flow of the dense silicone through the injector needle. In order for the fluid silicone to maintain its geometry until curing, a support pool suitable for the printer was produced. Support gel with close viscosity values with silicone was used as the pool material. Necessary G-Codes were prepared for the test samples to be printed. Test specimens were produced by injecting the viscosified silicone into the pool using the designed printer. Then, interlayer adhesion properties were examined on the produced samples.

Silikon, yüksek ve düşük sıcaklıklarda fiziksel özelliklerini kaybetmeyen, biyolojik inertlik gibi karakteristik özellikleri sebebiyle dental, medikal vb. birçok alanda kullanılan bir malzemedir. Silikonla protez üretimleri günümüzde kalıplama, yumuşak liteografi vb. gibi yöntemlerle kısıtlı kalmaktadır. Bu yöntemlerle, karmaşık geometrili parçaların üretimi oldukça zordur. Bu durum, 3 boyutlu (3B) yazıcı ile üretim gibi alternatif çözüm arayışlarını oluşturmuştur. 3B yazıcı ile üretilen silikon protezler, sentetik doku çalışmaları gibi pek çok alanda halihazırda kullanılmaktadır. Kalıp gerektirmediği için tasarım çalışmalarında zaman kaybının önüne geçmek için parça üretiminde tercih edilmektedir. Bu sebeple çalışmamızda Eklemeli İmalat (Additive manufacturing, AM) yöntemlerinden biri olan henüz ülkemizde yaygınlaşmamış Serbest Biçimli Geri Dönüşümlü Gömme (Freeform Reversible Embedding, FRE) yöntemiyle silikon parçaların yerli olarak üretilmesi ve bu sistemin geliştirilip literatüre katkı sağlanması amaçlanmıştır. Bu çalışmada, RTV segmentinde olan silikonlar kullanılarak yerli silikon protez basabilecek özelliklerde yazıcı üretilmiş ve bu yazıcıyı biyouyumlu silikonlar ile sentetik doku basabilecek seviyeye getirmek için gerekli parametrik çalışmalar yapılmıştır. Silikon protez, eklemeli imalat yöntemlerinden biri olan serbest biçimi geri dönüşümlü gömme yöntemi kullanılarak üretilir. Yazıcı olarak FDM tipi bir yazıcı ve baskı malzemesi olarak RTV silikon kullanılmıştır. İlk olarak, silikon basabilen özel enjektör sistemi tasarlanarak FDM tipi yazıcı FRE tipi yazıcıya dönüştürülmüştür. Daha sonra yoğun olan silikonun enjektör iğnesinden akışının sağlanabilmesi için tiner ile inceltilme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Akışkan olan silikonun kürleşene kadar geometrisini koruyabilmesi için yazıcıya uygun destek havuzu üretilmiştir. Havuz malzemesi olarak silikon ile vizkozite değerlerlerinin yakın olduğu destek jeli kullanılmıştır. Baskı alınacak test numuneleri için gerekli G-Code’lar hazırlanmıştır. Tasarlanan yazıcı kullanılarak akışkanlığı sağlanan silikon havuz içerisine enjekte edilerek test numuneleri üretilmiştir. Daha sonra üretilen numuneler üzerinde katmanlar arası yapışma özellikleri incelenmiştir.