Ti6Al4V toz alaşımı kullanılarak sls ile üretilen geçişli (değişken) gözenekli numunelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi

Mehmet Cengiz Kayacan, Yunus Emre Delikanlı, Burhan Duman, Koray Özsoy
967 160

Öz


Günümüzde eklemeli imalat teknolojilerinin gelişmesine bağlı olarak, bu imalat yönteminde kullanılabilen malzeme çeşidi de oldukça artmış ve titanyum alaşımları da bu alanda yerini almıştır. Eklemeli imalat teknolojisi sayesinde geleneksel imalat yöntemleri ile üretimi mümkün olmayan geometriler oluşturularak, protez ve implantlarda “kişiye özel”lik kavramı doğmuş ve hastanın kusurlu bölgesine daha uyumlu, aynı zamanda daha hafif implantların üretilebilmesi mümkün hale gelmiştir.

 

Geleneksel yöntemlerle imal edilen metalik implantların rijitliklerinin içine ya da üzerine yerleştirildiği kemiğe göre daha yüksek olması, zaman içerisinde implant çevresindeki kemik dokuda tahribat oluşturabilmektedir. Kemiklere yerleştirilecek implantların elastikiyetlerinin kemiğe yakın olması beklenmektedir. Eklemeli imalat teknolojileri sayesinde implantların iç bölgesinde kontrollü geçişli gözenekli (poroz) mikro yapılar oluşturulabilmektedir. Böylece, kullanım yerinde yeterince dayanıklı, rijitliği düşürülmüş, hafif implantlar üretilebilmekte ve gözeneklendirilmiş yüzeyleri sayesinde kemik doku gelişimini artırarak kullanım yerindeki kemikle iyi bir osseointegrasyon sağlamaktadırlar.

 

Bu çalışmada, seçmeli lazer sinterleme yöntemiyle farklı parametrelerde üretilmiş deney numunelerinin mekanik özellikleri incelenmiştir. Numunelerin dış yüzeyi, yarı küresel geometri ile pürüzlendirilmiş ve iç bölgesi kontrollü geçişli gözenekli (KRZ tipi) şekilde tasarlanmıştır. Çekme dayanımları, basma dayanımları, darbe dirençleri ve sertlikleri ölçülerek en iyi parametre/parametreler belirlenmiştir. Farklı tarama stratejileri, farklı parametreler kullanılarak elde edilen sonuçlar literatürle kıyaslanmıştır.

Anahtar kelimeler


İmplant; Eklemeli İmalat; Kemik; Doğrudan Metal Lazer Sinterleme; Gözenekli yapı

Tam metin:

PDF


Referanslar


Gökçek E.I., Ortopedik İmplant ve Protez Tasarımı İçin Biyomalzemelerin Mekanik Özelliklerinin Araştırılması, (Yüksek Lisans Tezi), Zonguldak Karaelmas Üniversitesi, FBE, Zonguldak, 2006.

Akdoğan, G., Ti-6Al-4V Alaşımının Biyokorozyon ve Biyouyumluluk Özelliklerinin Araştırılması, (Doktora Tezi), Gazi Üniversitesi, FBE, Ankara, 1998.

Enderle, J. D., Blanchard, M. S., Bronzino, D. J., Biomaterials, Introduction to Biomedical Engineering, Academic Press, ABD, 220-222, 2012.

Parida, P., Behera, A., Mishra, S.C., Classification of biomaterials used in medicine, International Journal of Advances in Applied Sciences, 1(3), 125-129, 2012.

Nasab, M.B., Hassan, M.R. “Metallic biomaterials of knee and hip - a review”, Trends in Biomaterials and Artificial Organs, 24(1), 69-82, 2010.

Yalçın, B., “Toz metalurjisi yöntemiyle imal edilen titanyum alaşımı implantların temel özelliklerinin araştırılması”, Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 2007.

Walter M.J., Stainless Steel for medical, (2006). Available from: http://www.veridiam.com/articles/article3.pdf. Yayın tarihi 2006. Erişim tarihi Mart 15, 2010.

Wang, W., Ouyang, Y., Poh, C.K., Orthopaedic Implant Technology: Biomaterials fromPast to Future Review Article, Academy of Medicine, 40 (5), 237-244, 2011.

Oliveira M., Hussain N.S., Dias A.G., Lopes M.A., Azevedo L., Zenha H., et al., 3-D biomodelling technology for maxillofacial reconstruction, Material Scientific Engineering, 28,1347–51, 2008.

İşoğlu İ.A.,v.d., Biyomalzemeler, Biyomedikal Mühendisliğinin Temelleri, Cilt 1, Asyalı M.H., Nobel Yayınevi, Ankara, 395-450, 2014.

Schmoelz, W., Implant Materials in Spinal Surgery, Manual of Spine Surgery, SpringerHeidelberg, 17-21, 2012.

Ayhan, H., Biyomalzemeler. Bilim ve Teknik, http://www.biltek.tubitak.gov.tr/bdergi/yeniufuk/icerik/biyomalzemeler.pdf. Yayın tarihi 2002. Erişim tarihi

Czernuszka, J., Biomaterials under the microscope, Materials World, 4, 452-53, 1996.

ASM International. Biomaterials in Orthopaedic Surgery. http://www.asminternational.org/content/ASM/StoreFiles/05233G_Sample_Chapter.pdf. Yayın tarihi 2009. Erişim tarihi: Aralık 23, 2012.

Gümüşderelioğlu, M., Biyomalzemeler. Bilim ve Teknik, http://www.biltek.tubitak.gov.tr/bdergi/yeniufuk/icerik/biyomalzemeler.pdf. Yayın Tarihi 2002, Erişim tarihi Aralık 23, 2012.

Roe, S.C., Implant Materials: Structural Advances in Small Animal Total Joint Replacement.

http://www.google.com.tr/books?hl=tr&lr=&id=gEN2-q1fsMC&oi=fnd&pg=PA11&dq=orthopaedic+implant+materials&ots= riJsElS_6B&sig=Fgg- UfQeeoAnDk5rqPUWXonVOlU&redir_esc=y#v=onepage&q=orthopaedic%20implant%20materials& f=true. Erişim tarihi Kasım 2, 2012.

Parthasarathya, J., Starlya, B., Ramana, S., Christensenb, A., Mechanical evaluation of porous titanium (Ti6Al4V) structures with electron beam melting (EBM), Journal of TheMechanical Behaviour of Biomedical Materials, 3, 249-259, 2010.

Harrysson O.L.A., Cansızoglu Ö., Marcellin-Little D.J., Cormier D.R., West II H.A., Direct metal fabrication of titanium implants with tailored materials and mechanical properties using electron beam melting technology, Materials Science and Engineering, C28, 366–373, 2008.

Prein, J., Rahn, B.A., Manual of internal fixation in the cranio-facial skeleton,1,1–41, 1998.

Long, M.,Rack,H.J., Titanium alloys in total joint replacement—a materials scienceperspective, Biomaterials, 19, 18, 1621–1639, 1998.

Özdemir M., Özdemir D., Balık A., Erman T., İmplantolojide doku mühendisliği ve gen tedavisi, Cumhuriyet Dent J, 14(1), 64-68, 2011.

Büyükakyüz N., Darwish A., İmplant Cerrahisini Kısıtlayan Durumlar ve Cerrahi Komplikasyonlar, İstanbul Üniversitesi Diş Hekimliği Fakültesi Dergisi, 43, 1-2, 1-6, 2009.

Kumar S., Selective Laser Sintering: Recent Advances, CSIR National Laser Centre, South Africa, 2010.

Lohfeld S., McHugha P., Serban D., Boyleb D., O’Donnell G., Peckitt N., Engineering Assisted SurgeryTM: A route for digital design and manufacturing of customised maxillofacial implants, Journal of Materials Processing Technology, 183, 333–338, 2007.

Cunningham B., Breast cancer diagnosis and prognosis in augmented women- Discussion, Plastic Reconstructive Surgery, 118(3), 594–595, 2006.

Parthasarathya J., Starlya B., Ramana S., Christensenb A., Mechanical evaluation of porous titanium (Ti6Al4V) structures with electron beam melting (EBM), Journal of The Mechanical Behaviour of Biomedical Materials, 3, 249-259, 2010.

Harrysson O.L.A., Cansızoglu Ö., Marcellin-Little D.J., Cormier D.R., West II H.A., Direct metal fabrication of titanium implants with tailored materials and mechanical properties using electron beam melting technology, Materials Science and Engineering, 28, 366–373, 2008.

Francesco G.M., Cirotti B., Sammons R.L., Mangano C., Custom-made, root-analogue direct laser metal forming implant: a case report, Lasers Med Sci, 27, 1241–1245, 2012.

Pounkens et al., Custom Surgical implants using additive manufacturing, Digital Dental News, 30-34, 2010.

Chua, C.K., Teh, S.H., Gay, R.K., Rapid prototyping versus virtual prototyping in product design and manufacturing, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 15, 597–603, 1999.

Song, B., Dong, S., Deng, S., Liao, H., Coddet, C., Microstructure and tensile properties of iron parts fabricated by selective laser melting. Optics & Laser Technology, 56, 451-460, 2014.

Data from EOS, Additive Manufacturing in the Medical Field, EOS. E-Manufacturing Solutions.

http://gpiprototype.com/images/PDF/EOS_Titanium_Ti64_en.pdf. Yayın tarihi Kasım, 2011. Erişim tarihi Temmuz 25, 2013.

Ivy, I. Skeletal tissue.

http://www.glogster.com/jen2092293/skeletal-system/g-6m2dfs8e6u1361kaq4fqea0. Yayın tarihi 2005. Erişim tarihi Temmuz 2016.

Murr, L.E.,vd., Characterization of Ti-6Al-4V open cellular foams fabricated by additive manufacturing using electron beam melting, Materials Science and Engineering A, 527, 1861-1868, 2010.

Puebla, P., vd., Effect of melt scan rate on microstructure and macrostructure for electron beam melting of Ti-6Al-4V, Materials and Sciences and Applications, 3, 259-264, 2012.

MatWeb Material Property Data. http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?MatGUID=c4297fb8f1094da189732c224e3be1ed. Yayın tarihi 2016. Erişim tarihi Temmuz 2016.




Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.