Eklemeli imalat yöntemi ile Tİ6AL4V alaşımından trabeküler omurlararası füzyon kafesi tasarımı, üretimi ve biyomekanik karakterizasyonu
Design, production and biomechanical characterization of trabecular intervertical fusion cage from TI6AL4V alloy by additive manufacturing
- Tez No: 641415
- Danışmanlar: PROF. DR. TEYFİK DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 100
Özet
Kranium adı verilen kafa kemiklerinin altından başlayıp, kuyruk sokumuna kadar devam eden, yumuşak dokular ve omurlardan oluşan omurga insan vücudunun fonksiyonel ve karmaşık önemli bir parçasıdır. Omurganın bölümlerinden olan, büyük mekanik ve işlevsel öneme sahip omurlar arası disk, günlük aktiviteler sırasında basma, bükme ve burulma kombinasyonu başta olmak üzere karmaşık yüklere maruz kalır. Bu yapının, yük dağıtma, yük taşıma ve aşırı hareketi engelleme gibi kritik görevleri vardır. Bu nedenle, omurlar arası diskte meydana gelen olası patolojik değişiklikler, omurgada fonksiyon bozukluklarına neden olabilir. Omurga rahatsızlıklarının ve dejeneratif disk hastalıklarının tedavisinde füzyon cerrahisi standart tedavi yöntemi haline gelmiştir. Omurlar arası füzyon kafesler, disk mesafesinin restore edilerek yüksekliğin korunmasını sağlamak amacıyla ve diskektomi işlemi sonrası füzyon sağlanması amacıyla spinal cerrahide yaygın olarak kullanılmaktadır. Omurlar arası füzyon kafesler tasarlanırken ve üretilirken kullanılacak malzeme seçiminde, osseointegrasyon kabiliyeti yüksek olması, çok iyi mekanik özelliklere, yüksek korozyon direncine ve yüksek aşınma direncine sahip olması önemli parametrelerdir. Artan osseointegrasyon, daha çok kemik implant etkileşimi ve daha güçlü mekanik mukavemet sağlayacağından, bu tez kapsamında osseointegrasyon artırmak için, yeni bir üretim tekniği olan ve son zamanlarda yaygın olarak kullanılan, üç boyutlu yazım olarak da bilinen eklemeli imalat yöntemi kullanılmıştır. Gözenekli omurlar arası füzyon kafesi geliştirerek, titanyum kafeslerin elastikiyet katsayısını azaltarak, esneklik özelliklerini doğal kemik dokusuna daha yakın hale getirmek amacı doğrultusunda, bu tez çalışmasında eklemeli imalat yöntemi (EİY) ile Ti-6Al-4V alaşımından trabeküler omurlar arası füzyon kafesi tasarımı, üretimi ve biyomekanik karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Uygun üretim parametrelerini belirlemek amacıyla literatür taraması gerçekleştirilmiştir. Yapılan literatür taraması sonucunda, yorulma performansını değerlendiren çalışmalar görülememiştir. Mevcutta yapılmış olan mekanik, klinik çalışmalar ve analizler sonucu, EİY ile üretilecek olan omurlar arası füzyon kafesinin en uygun üretim parametreleri belirlenmiştir. Üretim tekniği olarak da doğrudan metal lazer sinterleme (DMLS) seçilmiştir. Üretim sonrası, ısıl işlem yaptırılmasına karar verilerek, farklı tasarımlar oluşturulmuştur. Seçilen parametreler üreticiye gönderilerek, farklı tasarımları üretmesi sağlanmıştır. Üretilen farklı tasarıma sahip omurlar arası füzyon kafeslerinin statik ve dinamik performansı, ASTM' nin ilgili standartlarına göre gerçekleştirilen biyomekanik testler ile değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, osseointegrasyon kabiliyeti olan, yüksek biyomekanik performansa sahip, eklemeli imalat yöntemi (EİY) ile üretilebilen Ti-6Al-4V alaşımından, trabeküler omurlar arası füzyon kafesi geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
The spine, which starts from the bottom of the head bones called cranium and continues until the coccyx, is composed of soft tissues and vertebrae, is an important part of the functional and complex body of the human body. The intervertebral disc which is part of the spine with a large mechanical and functional importance is subject to complex loads, with the combination of compression, bending and torsion during the daily activities. This structure has critical functions such as load distribution, load bearing and preventing excessive movement. Therefore, possible pathological changes in the intervertebral disc may cause dysfunction of the spine. In the treatment of spinal disorders and degenerative disc diseases, fusion surgery has become the standard treatment method. Intervertebral fusion cages are widely used in spinal surgery to restore disc space and maintain height and to provide fusion after discectomy. Parameters that to have high osseointegrasyon ability, good mechanical properties, high corrosion resistance and high wear resistance are important to select material of interbody fusion cages. In this thesis, additive manufacturing method, also known as three-dimensional printing, which is a new production technique and which has been widely used recently, has been used to increase osseointegrasyon, since bone o osseointegrasyon increases more bone implant interaction and stronger mechanical strength. The aim is to manufacture a porous intervertebral fusion cage, to reduce the elasticity modulus of titanium cages and to make the elastic properties closer to the natural bone tissue. In accordance with this purpose design, manufacturing and biomechanical characterization of the trabecular intervertebral fusion cage from Ti-6Al-4V alloy were performed by the additive manufacturing method in this thesis. A literature search was conducted to determine the optimum production parameters. As a result of the literature review, studies evaluating fatigue performance were not observed. The optimum production parameters of the intervertebral fusion cages to be produced by the additive manufacturing method were determined as a result of the mechanical, clinical studies and analysis. Direct metal laser sintering (DMLS) was chosen as the production technique. After production, heat treatment will be done. Different designs were created. The selected parameters were sent to the manufacturer to produce different designs. The static and dynamic performance of the intervertebral fusion cages with different designs are evaluated with biomechanical tests performed according to the relevant standards of ASTM. As a result, Ti-6Al-4V trabecular intervertebral fusion cage which has high biomechanical performance and osseointegrasyon capability has been developed with additive manufacturing method.
Benzer Tezler
- Verification study of wire arc additive manufacturing of titanium alloy TI6AL4V
Titanyum alaşımı TI6AL4V'nin tel ark eklemeli imalatının doğrulama çalışması
GANİ MELİK ÖNDER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY
- Seçici lazer ergitme yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımının mikro yapı ve mekanik davranışı üzerinde proses parametrelerinin etkisi
Effect of process parameters on microstructure and mechanical behavior of Ti6Al4V alloy fabricated by selective laser melting
NİYAZİ BASKIN
Doktora
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CELALETTİN YÜCE
- Investigation of effects of heat treatment and hot isostatic pressing on micro-drilling of additively manufactured Ti6Al4V alloy
Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımının mikro-delme işlemi üzerine ısıl işlem ve sıcak izostatik preslemenin etkilerinin araştırılması
AHMET BALCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM ÇİÇEK
- Eklemeli imalat yöntemi ile üretilmiş Ti6Al4V parçaların farklı ortam sıcaklıklarında mekanik özelliklerinin incelenmesi
Determining mechanical properties of Ti6Al4V additive manufactured parts at different test conditions
TAYLAN OVACIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİNNUR SAĞBAŞ
- Constitutive modelling and micro-machinability evaluation of wrought and additively manufactured Ti6Al4V alloys: Experimental characterization and numerical simulation
Dövme ve eklemeli imalat yöntemi ile üretilen Ti6Al4V alaşımlarının yapısal modellemesi ve mikro işlenebilirlilik değerlendirmesi: Deneysel karakterizasyon ve nümerik simülasyon
NECATİ UÇAK
Doktora
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADEM ÇİÇEK
PROF. DR. KUBİLAY ASLANTAŞ