Humerus kırıklarında kullanılan kemik plakalarının eklemeli imalat yöntemi ile üretilebilirliğinin incelenmesi

Bu çalışmada humerus kırıklarında kullanılan Ti6Al4V titanyum alaşımı kemik plakaların eklemeli imalat yöntemi ile üretilebilirliği araştırılmıştır. Eklemeli imalat yönteminde ideal üretim koşullarının belirlenmesi amacıyla; konumlandırmanın ve ön ısıtma durumunun mekanik özellikler üzerindeki etkisi incelenmiştir. İki parametre haricindeki üretim parametreleri ve üretim sonrasındaki ısıl işlem uygulamaları tüm deney numuneleri için standart olarak uygulanmıştır. Deney numuneleri dört farklı konumda (dikey, yatay, 1x45, 2x45) ve 200°C sıcaklıkta ön ısıtmalı veya ön ısıtmasız olarak üretilmiş ve belirlenen koşullarda gerilim giderme ısıl işlemine tabi tutulmuştur. Sonrasında ise eksenel çekme deneyi ile statik ve dinamik (yorulma) olarak üç nokta eğme deneylerine tabi tutulmuştur. Konumlandırma mekanik özellikler üzerinde istatiksel olarak anlamlı farklar oluşturmazken, ön ısıtma işlemi dayanım değerlerinin düşmesine neden olmuştur. Ancak, ön ısıtma işlemi sonrasında numunelerin tokluk ve süneklik özelliklerinde genel olarak bir iyileşme olduğu görülmüştür. Mekanik deneyler neticesinde dikey konumda ve ön ısıtmalı olarak üretilen numunelerin diğerlerine göre daha iyi mekanik özelliklere sahip oldukları tespit edilmiştir. Bu nedenle, kemik plakalar dikey konumda ve ön ısıtmalı olarak üretilmiş sonrasında benzer ısıl işlem uygulamalarından sonra ASTM F382 standardına göre statik ve dinamik olarak dört nokta eğme deneylerine tabi tutulmuştur. Eklemeli imalat yöntemi ile üretilen kemik plakaların sahip oldukları eğilme dayanımı ve yorulma davranışları ile klinik uygulamalar için humerus kırıklarının tedavisinde önemli bir alternatif olabilecekleri ortaya konulmuştur.

Anahtar Kelimeler:

Eklemeli imalat, kemik plakası, konumlandırma, ön ısıtma, mekanik özellikler

PDF

___

Benli, S., Aksoy, S., Havıtcıoğlu, H. ve Küçük, M., Evaluation of bone plate with low-stiffness material in terms of stress distribution. Journal of Biomechanics, 41, 3229-3235, 2008.
Ganesh, V., Ramakrishna, K. ve Ghista, D., Biomechanics of bone-fracture fixation by stiffness-graded plates in comparison with stainless-steel plates. BioMedical Engineering, 4, 46, 2005.
Dutta, B. ve Froes, F., The Additive Manufacturing (AM) of titanium alloys. Metal Powder Report, 72(2), 96-106, 2017.
Wycisk, E., Solbach, A., Siddique, S., Herzog, D., Walther, F. ve Emmelmann, C., Effects of Defects in Laser Additive Manufactured Ti-6Al-4V on Fatigue Properties. Physics Procedia, 56, 371-378, 2014.
Huang, S. H., Peng, L., Mokasdar, A., ve Hou, L., Additive manufacturing and its societal impact: a literature review. Int J Adv Manuf Technol, 67, 1191-1203, 2013.
Kruth, J., Leu, N., ve Nakagawa, T., Progress in additive manufacturing and rapid prototyping. CIRP Ann-Manuf Techn, 47, 525–540, 1998.
Popovich, A., Sufiiarov, V., Polozov, I., Borisov, E., ve Masaylo, D., Producing hip implants of titanium alloys by additive manufacturing. International Journal of Bioprinting, 2, 78-84, 2016.
Salmi, M., Tuomi, J., Paloheimo, K.‐S., Björkstrand, R., Paloheimo, M., Salo, J., Kontio, R., Mesimäki, K. ve Mäkitie, Patient‐specific reconstruction with 3D modeling and DMLS additive manufacturing. Rapid Prototyping Journal, 18(3), 209-214, 2012.
Wycisk, E., Emmelmann, C., Siddique, S., ve Walther, F., High Cycle Fatigue (HCF) Performance of Ti-6Al-4V Alloy Processed by Selective Laser Melting. Advanced Materials Research, 816-817, 34-139, 2013.
Konečná, R., Kunz, L., Bača, A., ve Nicoletto, G., Long fatigue crack growth in Ti6Al4V produced by direct metal laser sintering. Procedia Engineering, 160, 69-76, 2016.
Ali, H., Ma, L., Ghadbeigi, H., ve Mumtaz, K., In-situ residual stress reduction, martensitic decomposition and mechanical properties enhancement through high temperature powder bed pre-heating of Selective Laser Melted Ti6Al4V. Materials Science & Engineering A, 95, 211-220, 2017.
Vrancken, B., Thijs, L., Kruth, J.-P., ve Humbeeck, J., Heat treatment of Ti6Al4V produced by Selective Laser Melting: Microstructure and mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds, 541, 177-185, 2012.
Mower, T. ve Long, M., Mechanical behavior of additive manufactured, powder-bed laser-fused materials. Materials Science & Engineering A, 651, 198-231, 2016.
Xie, P., Ouyang, H., Deng, Y., Yang, Y., Xu, J. ve Huang, W., Comparison of conventional reconstruction plate versus direct metal laser sintering plate: an in vitro mechanical characteristics study. Journal of Orthopaedic Surgery and Research, 12, 128-137, 2017.
Aluede, E., McDonald, E., Jergesen, H., Penoyar, T., ve Calvert, K., Mechanical behaviour of low-cost dynamic compression plates correlates with manufacturing quality standards. Int Orthop., 38, 141-147, 2014.
ASTM F382, Standard Specification and Test Method for Metallic Bone Plates, ASTM, USA, 2014.
Król, M., ve Tomasz, T., Surface Quality Research for Selective Laser Melting of Ti-6Al-4V Alloy. Arch. Metall. Material, 61, 945–950, 2016.
Girardin, E., Barucca, G., Mengucci, P., Fiori, F., Bassoli, E., Gatto, A., Iuliano, L. ve Rutkowski, B., Biomedical Co-Cr-Mo components produced by Direct Metal Laser Sintering. Materials Today: Proceedings, 3, 889-897, 2016.
Brandl, E., Heckenberger, U., Holzinger, V., ve Buchbinder, D., Additive manufactured AlSi10Mg samples using Selective Laser Melting (SLM): Microstructure, high cycle fatigue, and fracture behavior. Materials and Design, 34, 159-169, 2012.
Shirurkar, A., Tamboli, A., Jagtap, P., Dondapati, S., ve Davidson, J., Mechanical Behavior of ZM21 Magnesium Alloy Locking Plates – An Experimental and Finite Element Study. Materials Today: Proceedings, 4 (6), 6728-6736, 2017.