Dövme ile kalça protezi üretiminin sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Analysis of hip prosthesis production with forging using finite element method
Yazar: HOJJAT GHAHRAMANZADEH ASL
Danışman: PROF. DR. AKGÜN ALSARAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dövme = Forging ; Kalça protezi = Hip prosthesis ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Titanyum alaşımları = Titanium alloys

Özet:
Kalça eklemi kireçlenme, kemik erinmesi ve travma gibi sebeplerden dolayı zamanla i?levin yerine getiremez hale gelir. Ayrıca kalça eklemi deği?ken gerilmelere maruz kaldığı için kırılmalar da görülebilir. Bu tür durumlarda kalça implantlarının kullanılması gerekmektedir. Kullanılan kalça protezleri tala?lı imalat, döküm ve plastik ?ekli verme yöntemleri ile üretilmektedir. Bu yöntemlerden en çok kullanılanı tala?lı imalat olup, bu yöntemde maliyet yüksek ve malzeme kaybı fazladır.Son yıllarda özellikle basit geometrilere sahip olan kalça protezleri için plastik ?ekil verme yöntemleri kullanılmaya ba?lanmı?tır. Bu yöntem özellikle hastaya özel kalça protezi imalatı için üretim hızını artıracak, daha dü?ük maliyetli ve daha dayanıklı implant üretimi sağlayacaktır. Ayrıca üretim yöntemlerini sınırlayan bir ba?ka unsur da protez malzemesidir. Özellikle titanyum ala?ımından üretilen protezler imalat yönteminin belirlenmesini sınırlamaktadır. ?u ana kadar literatürde kompleks geometriye sahip titanyum esaslı bir kalça protezi üretimi plastik ?ekil verme ile yapılmamı?tır. Bu çalı?mada, Ti6Al4V ala?ımından kompleks geometrili bir kalça protezinin dövme yöntemiyle üretim analizlerinin sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmesi amaçlanmı?tır. Bu amaçla ilk olarak kompleks geometrili kalça protezinin üç boyutlu modeli SolidWorks programı vasıtasıyla çıkarılmı?tır. Daha sonra bu protezin imalat analizleri MSC SIMUFACT programı ile gerçekle?tirilmi?tir. Üretimi etkileyen faktörler olarak sıcaklık, sürtünme katsayısı ve presleme hızı programa tanıtılmı? ve bunların gerilme dağılımları, sıcaklık deği?imleri, malzeme akı?ı, kalıp a?ınması ve kalıba uygulanacak kuvvete etkileri incelenmi?tir. Çalı?ma sonucunda, dövme ile kalça protezi imalatı için en uygun ?artlar olarak 500°C, 0.05 sürtünme katsayısı ve 2mm/s pres hızı olarak belirlenmi?tir.

Abstract:
Due to reasons such as arthritis, osteoclasis and trauma, the hip joints become unable to fulfill the function over the time. In addition, the hip joints are exposed to varying stresses which can lead to fracture. Hip prosthesis must be used in such cases. While used hip prostheses are made by machining, casting and plastic forming, the machining is the most used of these methods. But in this method, cost and material loss is high. Methods of plastic forming, especially for prosthesis with simple geometry, have been used in recent years. This method provides cost-effective and durable implants and faster manufacturing of patient-specific hip prosthesis. Furthermore, the other element that restricts the production method is prosthetic material. For instance, prostheses produced by titanium alloys limit the determination of production methods. So far, there is no complex-geometry and titanium based hip prostheses which are performed by plastic formation in scientific literature. In this study, results of the Ti6Al4V alloy hip prosthesis with a complex geometry, which is produced by forging, were analyzed by using FEM. For this purpose, the first three-dimensional model of complex geometry was designed by SolidWorks program and then the analyses were performed by MSC SIMUFACT program for this prosthesis. Factors affecting the production were defined as: heat, friction coefficient and the pressing velocity. Stress distribution, temperature change, material flow, die wear and applied force to the die were examined. As a result of the investigation, 500°C, 0.05 coefficient of friction and 2mm/s die speed was obtained, as a parameter of suitable hip prosthesis implants manufacturing, produced by forging.