Oral ve maksillofasiyal cerrahide geleneksel yöntemle üretilen plaklarla lazer sinter yöntemiyle üretilen plakların mekanik performansının karşılaştırılmalı değerlendirilmesi
Comparative evaluation of mechanical performance of plates manufactured by traditional method and plates manufactured by laser sinter method in oral and maxillofacial surgery
Yazar: NECDET DURMAZ
Danışman: PROF. DR. MEHMET EMRE BENLİDAYI
Çukurova Üniversitesi / Diş Hekimliği Fakültesi / Ağız, Diş, Çene Hastalıkları ve Cerrahisi Ana Bilim Dalı
Derece: Diş Hekimliği Uzmanlık, 2023
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry
Dizin: Cerrahi = Surgery ; Cerrahi-diş hekimliği = Dentistry-operative ; Kemik plakları = Bone plates ; Lazerler = Lasers ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Rekonstrüktif cerrahi = Reconstructive surgical ; Sinterleme = Sintering ; Titanyum = Titanium

Özet:
Oral ve maksillofasiyal cerrahide travma tedavi yöntemlerinden biri açık redüksiyon ve internal fiksasyondur. Rekonstrüksiyon plakları açık redüksiyonda kullanılan fiksasyon aygıtlarından birisidir. Bu plaklar paslanmaz çelik veya titanyum alaşımlardan üretilmektedir. Titanyum alaşımlar içerisinde Ti6Al4V ELI sık kullanılan bir alaşım türüdür.
Çalışmamızın amacı; Ti6Al4V ELI plakalardan CNC yöntemiyle ve Ti6Al4V ELI toz alaşımdan lazer sinterleme (selektif lazer ergitme) yöntemiyle üretilen rekonstrüksiyon plaklarının mekanik özelliklerinin değerlendirilmesini yapmaktır. Bu amaçla her iki grupta 54mm uzunluğunda 3mm kalınlığında 30 adet rekonstrüksiyon plağı üretildi. Statik 3 nokta bükme testi, yorulma testi, burulma testi, vickers sertlik testi, SEM-EDS, XRD, ICP-OES ve sonlu elemanlar analizleri yapıldı. Sonlu elemanlar analizi statik 3 nokta bükme testinin validasyonu şeklinde gerçekleştirildi. 
Statik 3 nokta bükme testinde elde edilen maksimum eğme kuvveti, akma kuvveti ve akma yer değiştirme miktarı ile burulma testindeki maksimumu tork değerlerine Mann Whitney U testi uygulandı. Sertlik analizi sonuçlarına bağımsız örneklem t testi uygulandı. Yorulma testi sonucunda CNC grubu plaklar 1.000.000 çevirim sayısına 60N'da ulaşırken lazer sinter grubu plaklar 40N'da ulaşmıştır. ICP-OES analizinde Ti oranları CNC grubunda %92,57 lazer sinter grubunda %91,32 bulunmuştur. Sonlu elemanlar analizi sonucunda ise plağın karşılayabileceği maksimum gerilim miktarı 862,5Mpa bulunmuştur.
Maksimum eğme kuvveti, akma kuvveti ve maksimum tork değerlerinde CNC grubu lazer sinter grubundan istatistiksel olarak anlamlı şekilde yüksek bulunmuştur. Akma yer değiştirme miktarlarında lazer sinter grubu daha yüksek değerlere elde etmiştir ancak bu fark istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır. Vickers sertlik testi sonuçlarında ise lazer sinter grubu plaklar CNC grubundan plaklardan istatistiksel olarak anlamlı şekilde üstün bulunmuştur. 
Lazer sinter yöntemiyle kişiye özel plaklar üretilirken plağın tasarımı, şekli, boyu ve kalınlığı değiştirilerek mekanik özellikler iyileştirilebilir. Ayrıca üretim (lazer dalga boyu, odak çapı, katman kalınlığı vb.) ve ısıl işleme ait parametreler (ısıl işlem sıcaklığı, süresi vb.) de değiştirilerek mekanik olarak üstün özelliklere sahip plaklar elde edilebilir. Çalışmamız bu noktada yol gösterici olacaktır.

Abstract:
Open reduction and internal fixation are trauma treatment methods in oral and maxillofacial surgery. Reconstruction plates are one of the fixation devices used in open reduction. These plates are manufactured from stainless steel or titanium alloys. Ti6Al4V ELI is a commonly used alloy type among titanium alloys.
The aim of our study is to evaluate the mechanical properties of reconstruction plates manufactured from Ti6Al4V ELI plates by CNC method and from Ti6Al4V ELI powder alloy by laser sintering (selective laser melting) method. For this purpose, 30 reconstruction plates of 54mm length and 3mm thickness were manufactured in both groups. Static 3-point bending test, fatigue test, torsion test, Vickers hardness test, SEM-EDS, XRD, ICP-OES and finite element analyzes were performed. Finite element analysis was performed as validation of the static 3-point bending test.
The Mann-Whitney U test was applied to the maximum bending force, yield force and yield displacement amount obtained in the static 3-point bending test and the maximum torque values in the torsion test. Independent sample t-test was applied to the hardness analysis results. As a result of the fatigue test, laser sinter group plates reached 40N, while CNC group plates reached 1,000,000 cycles at 60N. In the ICP-OES analysis, Ti ratios were 92.57% in the CNC group and 91.32% in the laser sinter group. As a result of the finite element analysis, the maximum amount of stress that the plate can withstand was found to be 862.5Mpa.
The CNC group was found to be statistically significantly higher than the laser sinter group in terms of maximum bending force, yield force and maximum torque values. The laser sinter group achieved higher values in yield displacement amounts, however, this difference was not statistically significant. In the Vickers hardness test results, the laser sinter group plates were found to be statistically significantly superior to the CNC group plates.
Mechanical properties can be improved by changing the design, shape, length and thickness of the plate while manufacturing customized plates with the laser sintering method. In addition, plates with mechanically superior properties can be obtained by changing the parameters of manufacture (laser wavelength, focal diameter, layer thickness, etc.) and parameters of the heat treatment (heat treatment temperature, duration, etc.). Our study will guide us at this point.