Seçimli Lazer Ergitme ile Ti6al4v Elı Alaşımından Üretilen Trabeküler Metal Yapıların Basma ve Basmakayma Dayanımlarının İncelenmesi

Abstract

Üretildiği malzemenin dayanım, biyolojik ve yorulma gibi özelliklerini kullanım alanına uygun olarak şartlandırabilen gözenekliyapılara ortopedi alanında özellikle onarıcı biyomedikal ürün üretimi için gereksinim duyulmaya başlanmıştır. Dolu malzemelerinkemik ile dayanım farkının fazla olması sonucu ortaya çıkan gerilme kalkanı etkisi biyomedikal ürün kaybına sebep olmaktadır.Eklemeli imalat yöntemlerinin sağladığı avantaj sayesinde gözenekli malzemeler koşullara uygun olarak tasarlanabilmekte veyadoğal yapıya sahip geometrilerin kopyalanması ile üretim yapılabilmektedir. Literatürün genelinde yer alan tasarlanabilir birimhücre geometrilerinin üretilebilirliği ve dayanımı hakkındaki çalışmaların aksine yapılan çalışmada koyuna ait femur ve vertebrabölgelerinden alınan trabeküler kemiklerin Mikro-CT ile kopyalanması sonucu elde edilen geometriler Ti6Al4V ELI alaşımındanseçimli lazer ergitme (SLE) metodu ile üretilmiştir. Yapılan üretimlerin basma ve basma-kayma dayanımları incelenmiştir. Destekyapılar kullanılmadan yapılan üretim sonrası karşılaşılabilecek üretim değişimleri göz önünde bulundurularak trabeküler yapınınüretiminde 1:1, 1:1,10 ve 1:1,20 ölçekli geometriler kullanılmıştır. Yapılan basma testleri sonucunda elastisite modül femurnumunelerinde ortalama 3±0,25 GPa ve vertebra numunelerinde 2±0,15 GPa olarak elde edilmiş olup analizlerin deney sonuçlarıile uyumluluğunun yüksek olduğu görülmüştür. Çalışma kapsamında üretilen trabeküler metal yapının biyomedikal ürünlerdekullanılması durumunda sahip olduğu düşük elastisite modül değerleriyle gerilme kalkanı etkisini azaltacağı ve doğal kemikgeometrisi avantajı ile kemiğin içe doğru büyüme davranışını destekleyeceği sonucuna varılmıştır.

Porous structures that can provide properties of material and have started to be needed for production of regenerative biomedical products in orthopedics. The stress-shielding effect, which occurs as a result of remarkable strength difference from solid materials to bone, causes loss of biomedical implants. Porous materials can be designed according to conditions with advantages of additive manufacturing and manufacturing can be made by copying natural geometries. In the study, the geometries obtained by copying the trabecular bones taken from femur and vertebra regions of a sheep by Micro-CT compared to studies on reproducibility and strength of designable unit cell geometries in the literature were produced by selective laser melting from Ti6Al4V ELI alloy. Compression and compression-shear strengths of samples were examined. The elasticity module was obtained from the compression tests and found 3±0.25 GPa on the femur samples and 2±0.15 GPa on the vertebra samples. It was found that the compatibility of finite element analysis with the test results was admirable. As the trabecular metal takes its geometry from bone structure, it is concluded that it is an interface material with high fusion capability for biomedical products by supporting bone inward growth behavior and decreasing stress shielding effect.