Research Article
BibTex RIS Cite

Topology Optimization for 3D Printer Technology: A Study on the N95 Mask

Year 2020, Volume: 9 Issue: Özel Sayı, 152 - 159, 23.10.2020

Koray Özsoy Emre Şentürk Duygu Aydoğan Ömer Emre Korucu

https://doi.org/10.46810/tdfd.754863
Cited By: 2

Abstract

The disease is an undesired situation outside the life of the individuals that cannot be programmed. The disease primarily affects the individual biologically and psychologically. Although it may seem that it affects one person, it can affect more than one person, and therefore chaining can somehow harm the community. The treatment of infectious diseases is a great variety and varies according to the type of disease-causing microbe. As an example of the infectious diseases; flu, measles, cholera, meningitis, psittacosis, malaria, chickenpox, tetanus, tularemia, tuberculosis, sleep disease, pneumonia, typhoid, typhus and new types of coronavirus (COVID-19). New coronavirus disease (COVID-19), the virus that first appeared on December 31, 2019, as a result of research in a group of patients who developed respiratory tract symptoms (fever, cough, shortness of breath) in Wuhan Province in late December, January 13. It was defined in 2020.

This study comprises the topology optimization of the N95 mask design. The cover design is designed with ergonomics accordingly for easy replacement of the mask filter. In the N95 mask design, drawings with 30%, 40%, and 50% topology optimization and lightning are applied with the solid model. The solid models were manufactured by using a 3D printing device at 50 mm/sec printing speed, 0.2 mm layer thickness, and 15% filling rate. Finite element analysis was carried out using designs, SolidWorks simulation program, and a topology optimization module. Findings obtained were evaluated by comparison.

Keywords

N95 Mask Covid-19 3D Printer Topology Optimization

References

  • [1] Tekin A. Sağlık-Hastalık Olgusu Ve Toplumsal Kökenleri [yüksek lisans tezi]. Isparta: Süleyman Demirel Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Sosyoloji Anabilim Dalı; 2007
  • [2] Krauss, H. Weber A., Appel, M. , Enders B., Graevenitz A. v., Isenberg H. D., Schiefer H. G., Slenczka W., Zahner H. Infectious Diseases Transmissible from Animals to Humans. 3rd Edition, 456 pages. ASM Press. American Society for Microbiology, Washington DC., USA. 2003.
  • [3] Til, U. D. A., Yeni Koronavirüs hastalığı Hakkında bilinmesi gerekenler. Ayrıntı Dergisi, 2020; 8(85), 53-57.
  • [4] Wikipedia [Internet]. 2020 [cited 2020 Jun 17]. Available from: https://tr.m.wikipedia.org/wiki/COVID-19
  • [5] Çetintepe, S. P., İlhan, M. N., COVİD-19 Salgınında Sağlık Çalışanlarında Risk Azaltılması. Journal of Biotechnology and Strategic Health Research,2020; 4, 50-54.
  • [6] Şahan, C., Özgür, E. A., Arkan, G., Alagüney, M. E., Demiral, Y. COVID-19 Pandemisi’nde Meslek Hastalığı Tanı Kılavuzu,2020.
  • [7] Mahouti, P. 3 Boyutlu Yazıcı Teknolojisi İle Bir Mikroşerit Yama Antenin Maliyet Etkin Üretimi, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 2019, 7(3), 473-479.
  • [8] Duman, B., Kayacan, M. C, Seçmeli lazer sinterleme tezgâhı için imalat yazılımı geliştirilmesi. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 2016; 8(3), 27-45.
  • [9] Ertugrul, I. The Fabrication of Micro Beam from Photopolymer by Digital Light Processing 3D Printing Technology. Micromachines, 2020, 11.5: 518.
  • [10] Çelebi, A., Seziş, Ü. G. Katmanlı imalatta destek yapısının ve konumlandırmanın çarpılma üzerine etkisinin sımufact addıtıve yazılımı ile simülasyonu. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 2019; 3(2), 182-188.
  • [11] Ishack, S., & Lipner, S. R. (2020). Applications of 3D Printing Technology to Address COVID-19 Related Supply Shortages. The American Journal of Medicine.
  • [12] Li, J., Tanaka, H., & Miyagawa, S. (2018, July). Applying the Programmable Modeling Tool to Support the Hospital Infection Control Staff in Customizing the Filtering Face-Piece Respirators for Health Care Worker. In International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics (pp. 270-279). Springer, Cham.
  • [13] R. J. Morrison, K. N. Kashlan, C. L. Flanangan, J. K. Wright, G. E. Green, S. J. Hollister, K. J. Weatherwax, Clinical and translational science, 2015; 8, 594.
  • [14] M. Di Prima, J. Coburn, D. Hwang, J. Kelly, A. Khairuzzaman, L. Ricles, 3D printing in medicine, 2016; 2, 1.
  • [15] Davies, A., Thompson, K. A., Giri, K., Kafatos, G., Walker, J., Bennett, A. Testing the efficacy of homemade masks: would they protect in an influenza pandemic?. Disaster medicine and public health preparedness, 2013; 7(4), 413-418.
  • [16] Provenzano, D., Rao, Y. J., Mitic, K., Obaid, S. N., Pierce, D., Huckenpahler, J., Loew, M. H. Rapid Prototyping of Reusable 3D-Printed N95 Equivalent Respirators at the George Washington University, 2020.

3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma

Year 2020, Volume: 9 Issue: Özel Sayı, 152 - 159, 23.10.2020

Koray Özsoy Emre Şentürk Duygu Aydoğan Ömer Emre Korucu

https://doi.org/10.46810/tdfd.754863
Cited By: 2

Abstract

Hastalık, bireylerin yaşamı açısından programlanmayan iradesi dışında ve istenmeyen bir durumdur. Hastalık, biyolojik ve psikolojik olarak öncelikle bireyi etkiler. Görünür de tek kişiyi etkilemiş gibi görünse de birden fazla kişiyi etkileyebilir ve bu yüzden zincerleme bir şekilde topluma zarar verebilir. Bulaşıcı hastalıkların tedavisi çok çeşitli olup, hastalık yapıcı mikrobun cinsine göre değişir. Bunlar; grip, kızamık, kolera, menenjit, psittakoz, sıtma, suçiçeği, tetanos, tularemi, tüberküloz, uyku hastalığı, zatürre, tifo, tifüs ve yeni tip koronavirüs (COVID-19) gibi bulaşıcı hastalıklar örnek verilebilir. Yeni koronavirüs hastalığı (COVID-19), ilk olarak Çin’in Vuhan Eyaleti’nde Aralık ayının sonlarında solunum yolu belirtileri (ateş, öksürük, nefes darlığı) gelişen bir grup hastada yapılan araştırmalar sonucunda ilk başta 31 Aralık 2019 da ortaya çıkan virüs 13 Ocak 2020’de tanımlanmıştır.

Çalışma N95 maske tasarımı üzerinde yapılan topoloji optimizasyonunu kapsamaktadır. Maske filtresinin kolay değiştirilebilmesi için kapak tasarımı buna uygun ergonomide tasarlanmıştır. N95 maske tasarımında; tam dolu katı model ile %30, %40 ve %50 oranında topoloji optimizasyonu ile hafifletme işlemi uygulanmış çizimler yapılmıştır. Elde edilen katı modeller 3B baskı cihazı ile 50 mm/sn baskı hızında, 0,2 mm katman kalınlığında, %15 doluluk oranında işleme parametreleri ile imal edilmiştir. Tasarımlar, Solidworks simülasyon programı ile topoloji optimizasyon modülü kullanarak sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Elde edilen bulgular kendi içerisinde karşılaştırma ile değerlendirme yapılmıştır.

Keywords

N95 Maske Covid-19 3B Baskı Topoloji Optimizasyonu

References

  • [1] Tekin A. Sağlık-Hastalık Olgusu Ve Toplumsal Kökenleri [yüksek lisans tezi]. Isparta: Süleyman Demirel Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Sosyoloji Anabilim Dalı; 2007
  • [2] Krauss, H. Weber A., Appel, M. , Enders B., Graevenitz A. v., Isenberg H. D., Schiefer H. G., Slenczka W., Zahner H. Infectious Diseases Transmissible from Animals to Humans. 3rd Edition, 456 pages. ASM Press. American Society for Microbiology, Washington DC., USA. 2003.
  • [3] Til, U. D. A., Yeni Koronavirüs hastalığı Hakkında bilinmesi gerekenler. Ayrıntı Dergisi, 2020; 8(85), 53-57.
  • [4] Wikipedia [Internet]. 2020 [cited 2020 Jun 17]. Available from: https://tr.m.wikipedia.org/wiki/COVID-19
  • [5] Çetintepe, S. P., İlhan, M. N., COVİD-19 Salgınında Sağlık Çalışanlarında Risk Azaltılması. Journal of Biotechnology and Strategic Health Research,2020; 4, 50-54.
  • [6] Şahan, C., Özgür, E. A., Arkan, G., Alagüney, M. E., Demiral, Y. COVID-19 Pandemisi’nde Meslek Hastalığı Tanı Kılavuzu,2020.
  • [7] Mahouti, P. 3 Boyutlu Yazıcı Teknolojisi İle Bir Mikroşerit Yama Antenin Maliyet Etkin Üretimi, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 2019, 7(3), 473-479.
  • [8] Duman, B., Kayacan, M. C, Seçmeli lazer sinterleme tezgâhı için imalat yazılımı geliştirilmesi. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 2016; 8(3), 27-45.
  • [9] Ertugrul, I. The Fabrication of Micro Beam from Photopolymer by Digital Light Processing 3D Printing Technology. Micromachines, 2020, 11.5: 518.
  • [10] Çelebi, A., Seziş, Ü. G. Katmanlı imalatta destek yapısının ve konumlandırmanın çarpılma üzerine etkisinin sımufact addıtıve yazılımı ile simülasyonu. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 2019; 3(2), 182-188.
  • [11] Ishack, S., & Lipner, S. R. (2020). Applications of 3D Printing Technology to Address COVID-19 Related Supply Shortages. The American Journal of Medicine.
  • [12] Li, J., Tanaka, H., & Miyagawa, S. (2018, July). Applying the Programmable Modeling Tool to Support the Hospital Infection Control Staff in Customizing the Filtering Face-Piece Respirators for Health Care Worker. In International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics (pp. 270-279). Springer, Cham.
  • [13] R. J. Morrison, K. N. Kashlan, C. L. Flanangan, J. K. Wright, G. E. Green, S. J. Hollister, K. J. Weatherwax, Clinical and translational science, 2015; 8, 594.
  • [14] M. Di Prima, J. Coburn, D. Hwang, J. Kelly, A. Khairuzzaman, L. Ricles, 3D printing in medicine, 2016; 2, 1.
  • [15] Davies, A., Thompson, K. A., Giri, K., Kafatos, G., Walker, J., Bennett, A. Testing the efficacy of homemade masks: would they protect in an influenza pandemic?. Disaster medicine and public health preparedness, 2013; 7(4), 413-418.
  • [16] Provenzano, D., Rao, Y. J., Mitic, K., Obaid, S. N., Pierce, D., Huckenpahler, J., Loew, M. H. Rapid Prototyping of Reusable 3D-Printed N95 Equivalent Respirators at the George Washington University, 2020.
There are 16 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Engineering, Health Care Administration
Journal Section Articles
Authors

Koray Özsoy 0000-0001-8663-4466

Emre Şentürk This is me 0000-0003-0574-1425

Duygu Aydoğan This is me 0000-0002-1847-9633

Ömer Emre Korucu This is me 0000-0001-7598-5674

Publication Date October 23, 2020
Published in Issue Year 2020 Volume: 9 Issue: Özel Sayı

Cite

APA Özsoy, K., Şentürk, E., Aydoğan, D., Korucu, Ö. E. (2020). 3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma. Türk Doğa Ve Fen Dergisi, 9(Özel Sayı), 152-159. https://doi.org/10.46810/tdfd.754863
AMA Özsoy K, Şentürk E, Aydoğan D, Korucu ÖE. 3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma. TJNS. October 2020;9(Özel Sayı):152-159. doi:10.46810/tdfd.754863
Chicago Özsoy, Koray, Emre Şentürk, Duygu Aydoğan, and Ömer Emre Korucu. “3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma”. Türk Doğa Ve Fen Dergisi 9, no. Özel Sayı (October 2020): 152-59. https://doi.org/10.46810/tdfd.754863.
EndNote Özsoy K, Şentürk E, Aydoğan D, Korucu ÖE (October 1, 2020) 3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma. Türk Doğa ve Fen Dergisi 9 Özel Sayı 152–159.
IEEE K. Özsoy, E. Şentürk, D. Aydoğan, and Ö. E. Korucu, “3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma”, TJNS, vol. 9, no. Özel Sayı, pp. 152–159, 2020, doi: 10.46810/tdfd.754863.
ISNAD Özsoy, Koray et al. “3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma”. Türk Doğa ve Fen Dergisi 9/Özel Sayı (October 2020), 152-159. https://doi.org/10.46810/tdfd.754863.
JAMA Özsoy K, Şentürk E, Aydoğan D, Korucu ÖE. 3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma. TJNS. 2020;9:152–159.
MLA Özsoy, Koray et al. “3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma”. Türk Doğa Ve Fen Dergisi, vol. 9, no. Özel Sayı, 2020, pp. 152-9, doi:10.46810/tdfd.754863.
Vancouver Özsoy K, Şentürk E, Aydoğan D, Korucu ÖE. 3B Yazıcı Teknolojisi için Topoloji Optimizasyonu: N95 Maske Üzerine Bir Çalışma. TJNS. 2020;9(Özel Sayı):152-9.

Cited By

Structural and topology optimization of steel construction profiles in solar energy systems
European Mechanical Science
https://doi.org/10.26701/ems.1388159
COMPARISON OF OPTIMIZATION METHODS FOR ADDITIVE MANUFACTURING AND MACHINING METHODS
International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry
https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.950425
 Download Cover Image

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-Non-Commercial-Non-Derivable 4.0 International License.