Vývoj světlocitlivých keramických suspenzí pro 3D tisk porézních bioskafoldů
No Thumbnail Available
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Cieľom diplomovej práce je vývoj svetlocitlivých keramických suspenzií pre tvorbu poréznych bioskafoldov pomocou 3D tlače. Suspenzie boli založené na báze oxidu hlinitého a v druhej fáze experimentálnej časti na báze kalcium fosfátov. Teoretická časť diplomovej práce je zameraná na opis ľudskej kosti a vlastností bioskafoldov, prehľad biomateriálov a metód príprav poréznej biokeramiky s následným prehľadom doterajších výsledkov iných vedeckých skupín v danej oblasti. Experimentálna časť popisuje vývoj suspenzií. Bol sledovaný vplyv monomérov, fotoiniciátorov, disperzantu a keramického prášku na vlastnosti suspenzií a ich schopnosť fotopolymerizácie. Optimalizovaním suspenzií bolo dosiahnuté vhodné zloženie pre 3D tlač skafoldov z oxidu hlinitého. Množstvo disperzantu a keramického prášku bolo volené podľa výsledkov reologických meraní a pomer monomérov a obsah iniciátorov podľa gelačných testov, kde bola sledovaná závislosť polymerizácie živice od dĺžky času osvietenia. Suspenzie boli následne vytlačené a spekané. U spekaných telies bola charakterizovaná mikroštruktúra so zameraním na defekty špecifické pre proces odstraňovania spojiva. Po vytvorení suspenzie z oxidu hlinitého vhodnej pre 3D tlač bol rovnaký postup aplikovaný i na tvorbu suspenzií na báze kalcium fosfátov. Výstupom diplomovej práce je suspenzia na báze oxidu hlinitého, respektíve trikalcium fosfátu pripravená zo zmesi dvoj a štvorfunkčných akrylátov v hmotnostnom pomere 1:1, s 73-77 hm.%, respektíve 65 hm.% plnením prášku a 2 hm.%, respektíve 3 hm.% disperzantu. Suspenzia je vhodná pre stereolitografickú 3D tlač tenkostenných telies pre biomedicínske aplikácie.
The aim of the diploma thesis is the development of light-sensitive ceramic suspensions for the creation of porous bioscaffolds using 3D printing. The suspensions were based on aluminum oxide in the first phase and, in the second phase of the experimental part, on calcium phosphate. The theoretical part of the thesis focuses on describing human bone and the properties of bioscaffolds, providing an overview of biomaterials and methods for preparing porous bioceramics, along with a summary of previous results achieved by other scientific groups in the field. The experimental part describes the development of the suspensions. The influence of monomers, photoinitiators, dispersants, and ceramic powders on the properties of the suspensions and their photopolymerization ability was observed. By optimizing the suspensions, a suitable composition for 3D printing of scaffolds from aluminum oxide was achieved. The amount of dispersant and ceramic powder was determined based on rheological measurements, and the ratio of monomers and initiator content was adjusted according to gelation tests, where the dependence of resin polymerization on the illumination time was monitored. The suspensions were subsequently printed and sintered. The microstructure of the sintered bodies was characterized with a focus on defects specific to the debinding process. After creating a suspension suitable for 3D printing from aluminum oxide, the same procedure was applied to develop suspensions based on calcium phosphates. The outcome of the diploma thesis is a suspension based on aluminum oxide or tricalcium phosphate prepared from a mixture of di- and tetrafunctional acrylates in a weight ratio of 1:1, with 73-77 wt.% or 65 wt.% powder filling and 2 wt.% or 3 wt.% dispersant. The suspension is suitable for stereolithographic 3D printing of thin-walled bodies for biomedical applications.
The aim of the diploma thesis is the development of light-sensitive ceramic suspensions for the creation of porous bioscaffolds using 3D printing. The suspensions were based on aluminum oxide in the first phase and, in the second phase of the experimental part, on calcium phosphate. The theoretical part of the thesis focuses on describing human bone and the properties of bioscaffolds, providing an overview of biomaterials and methods for preparing porous bioceramics, along with a summary of previous results achieved by other scientific groups in the field. The experimental part describes the development of the suspensions. The influence of monomers, photoinitiators, dispersants, and ceramic powders on the properties of the suspensions and their photopolymerization ability was observed. By optimizing the suspensions, a suitable composition for 3D printing of scaffolds from aluminum oxide was achieved. The amount of dispersant and ceramic powder was determined based on rheological measurements, and the ratio of monomers and initiator content was adjusted according to gelation tests, where the dependence of resin polymerization on the illumination time was monitored. The suspensions were subsequently printed and sintered. The microstructure of the sintered bodies was characterized with a focus on defects specific to the debinding process. After creating a suspension suitable for 3D printing from aluminum oxide, the same procedure was applied to develop suspensions based on calcium phosphates. The outcome of the diploma thesis is a suspension based on aluminum oxide or tricalcium phosphate prepared from a mixture of di- and tetrafunctional acrylates in a weight ratio of 1:1, with 73-77 wt.% or 65 wt.% powder filling and 2 wt.% or 3 wt.% dispersant. The suspension is suitable for stereolithographic 3D printing of thin-walled bodies for biomedical applications.
Description
Citation
RAVASOVÁ, M. Vývoj světlocitlivých keramických suspenzí pro 3D tisk porézních bioskafoldů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2023.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
bez specializace
Comittee
prof. RNDr. Karel Maca, Dr. (předseda)
prof. Ing. Ivo Dlouhý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Rudolf Foret, CSc. (člen)
prof. Ing. Vlastimil Vodárek, CSc. (člen)
doc. Ing. Antonín Záděra, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2023-06-13
Defence
1. Vlastní obhajoba závěrečné práce
2. Posudek vedoucího práce
3. Posudek oponenta
4. Odpovědi na dotazy oponenta
5. Odpovědi na dotazy komise:
* tab.1 - směřování mechanických vlastností experimentálních materiálů
* statistické vyhodnocení experimentálních dat
* nosnost keramických materiálů aplikovaných jako skafold
* proč je do zkoumané keramiky přidáván trikalciumfosfát
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení