Eklemeli imalat ile elde edilen implant yüzeylerinde biyoaktif kaplamaların gerçekleştirilmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: DORUK GÜRKAN
Danışman: Binnur Sağbaş
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Ortopedik implantlar, kemik ve eklem sağlığının geri kazanılması, ağrının azaltılması, hareket kabiliyetinin sağlanması ve hastaların yaşam kalitesinin arttırılması amacıyla vücuda yerleştirilen son derece önemli tıbbi bileşenlerdir. Ortopedik implantların başarısı, kullanılan implant malzemelerinin kimyasal kararlılığı, toksik etkiye sahip olmaması ve kemik ile uyumlu mekanik özellikler sergilemesidir. Bu özellikler bir implantın vücut içerisindeki ömrü boyunca biyolojik açıdan uyumluluk sağlaması bakımından hayati öneme sahiptir. Bu nedenle, mekanik ve biyolojik özelliklerin kombinasyonu biyomalzemelerin ortopedik cerrahide kullanım uygunluğunu belirlemektedir. Titanyum ve alaşımlarının mükemmel mukavemet/ağırlık oranı, korozyon direnci, tokluğu ve biyo-inert oksit yüzeyi oluşturması nedeniyle en yaygın kullanılan implant malzemesidir. Eklemeli imalat, karmaşık geometrili ve gözenekli yapıların üretimini mümkün kılarak, kemik benzeri implantların üretimini mümkün kılan etkin bir imalat yöntemi olarak literatürde yerini almıştır. Kafes yapılı ortopedik implantların imalatına imkan sağlayan eklemeli imalat, daha hafif, özelleştirilebilir, biyouyumlu, hızlı üretilebilir ve yenilikçi implantların tasarlanması ve üretilmesinin önünü açmıştır. Böylelikle, ortopedik implantların biyouyumluluklarının ve fonksiyonelliklerinin artmasıyla hastaların yaşam kalitesinin de iyileştirilmesi sağlanmaktadır. Lazer toz yatak füzyonu (LTYF), bir lazer ışını tarafından sağlanan termal enerjiyi kullanarak toz halindeki malzemelerden CAD tasarımına dayalı yapılar üreten bir eklemeli imalat sürecidir. LTYF, art arda gelen metal tozu katmanlarının ergitilmesiyle karmaşık 3B parçaların oluşturulmasına izin verir. Mevcut literatürde, farklı yüzey özellikleri, mekanik özellikler ve mikro yapı ile ilgili eklemeli imalatın farklı proses parametreleri arasındaki ilişkiyi gösteren çalışmalar bulunmaktadır. Literatür çalışmalarının büyük çoğunluğunun temel olarak, farklı geometrilere sahip kafes yapıların mekanik performansına odaklandığı görülmektedir. Biyomedikal uygulamalarla ilgili olarak, çok az kafes yapısı için osseintegrasyon mekanizması incelenmiştir. Bu tez çalışmasında gözenek boyutunun ve gözenekliliğin lazer toz yatak füzyonu ile üretilen kafes yapılarının mekanik ve biyolojik özellikleri üzerindeki etkileri konusunda ilgili literatüre yeni verilerin sunulması ile katkı sağlanmıştır. Ti6Al4V (Ti64) kafes yapılarının mekanik özelliklerinden, biyomedikal özelliklerine kadar sistematik bir araştırma yapılmıştır. Bunun için 3 farklı kafes yapısında kiriş tabanlı olmak üzere (dodekahedron, oktahedroid ve yıldız) çekme, basma, kaplama ve korozyon test numuneleri üretilmiştir. Parçaların tasarım metodolojisi, yüzey pürüzlülük değerleri, yoğunluk ölçümleri, morfolojik incelemeler, boyutsal ölçümler, test hazırlık aşamaları ve sorunların çözümü tez çalışmasında verilmiştir. Bütün numuneler aynı LTYF proses parametreleri ile üretilmiş ve karşılaştırılmıştır. Bu şekilde proses parametresi değiştirilmeden farklı kafes yapılara uygulanan yüzey işlemlerinin etkisi görülmek istenmiştir. Bunun için elektroforez biriktirme (EPD) kullanılarak kafes yapıları üzerine hidroksiapatit / kitosan (HA/CS) kompozit kaplama başarılı bir şekilde biriktirilmiş ve biyouyumluluğu incelenmiştir. Literatürde titanyum kafes yapısının kemik-implant biyoarayüzeyini iyileştirmek için nasıl kullanılabileceğine dair sınırlı araştırma yapılmıştır. Ayrıca kafes yapılar üzerine yapılan kaplama çalışmaları ile ilgili de son derece az sayıda araştırma blunmaktadır. Başarılı olan kaplamalar biyouyumluluk için önemli bir adım olmakla beraber, kemik implantı uygulamaları için mekanik dayanımında sağlanması gerekir. Basma ve çekme testleri ile kemik implant uygulamaları için kafes yapıların uygunluğu karşılaştırılmıştır. Ardından elektrokimyasal testler ile korozyon davranışı gözlemlenmiştir. Yapılan testlerde kafes yapıların mekanik ve biyouyumluluk davranışlarını etkilediği görülmüştür. Yüzeyler üzerine biriktirilen kompozit kaplamalar biyouyumluluk davranışını ve korozyon direncini arttırmıştır. Mekanik özellikler kemik implant uygulamaları için yeterli bulunmuş ve kullanım alanları için önerilerde bulunulmuştur. Bu çalışma gerek kullanılan ince kiriş kafes geometrileri gerekse geliştirilen biyoaktif kompozit kaplama yapıları ile literature katkı sağlamıştır. Bu çalışmada sunulan analiz sonuçlarının, değerlendirme ve yorumların bundan sonraki çalışmalara temel oluşturması beklenmektedir.