Seçici lazer ergitme yöntemiyle üretilen geçişli gözenekli yapılarda tasarım değişkenlerinin fiziksel ve mekanik özelliklere etkilerinin araştırılması
Investigation of effects of design variables on physical and mechanical properties in graded porous structures produced by selective laser melting
Yazar: MEHMET ÇAĞRI TÜZEMEN
Danışman: DOÇ. DR. ELMAS SALAMCİ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Eklemeli imalat ile implantlarda kullanılabilecek kemik benzeri işlevsel geçişli gözenekli yapıların üretimi oldukça kolaylaşmış ve bu alanda yapılan araştırmalar hız kazanmıştır. Bu çalışmada üç farklı birim hücre yapısı ve üç farklı kolon kalınlığına sahip toplam dokuz işlevsel geçişli gözenekli yapı seçici lazer ergitme (SLE) cihazı ile Ti6Al4V tozu kullanılarak üretilmiştir. Numunelerin hacimsel boşluk oranları Arşimet ve kuru tartım yöntemleriyle ölçülmüştür. Tasarım ile üretim hacimsel boşluk oranları (kuru tartım)  arasında kolonlardaki kalınlaşmalar ve sarkmalardan dolayı %20'lere varan sapmalar meydana gelmiştir. Basma deneyleri sonucunda yapıların kırılma davranışının kolonların kuvvetin geldiği doğrultuyla yaptığı açılardan etkilendiği gözlemlenmiştir. Aynı hacimsel boşlukta birim hücre yapıların elastisite modülleri büyükten küçüğe doğru sırasıyla kübik, sekizyüzlü ve elmas olarak bulunmuştur. Üç nokta eğme deneyinde ise bu sıralama elmas, sekizyüzlü ve kübik olarak bulunmuştur. Üretim hataları, ölçüm ve analizlerdeki sapmalar ve deneylerdeki kırılma davranışları mikro-BT, optik mikroskop ve SEM görüntüleri ile yorumlanmıştır. Birim hücre yapısından yola çıkarak oluşturulan matematiksel modeller ile tasarım değişkenleri olan birim hücre boyutu ve kolon kalınlığına bağlı hacimsel boşluk oranını ve elastisite modülünü veren genelleştirilmiş matematiksel modeller türetilmiştir. Matematiksel modeller ile kişiye özel implant tasarımında uyumluluğun arttırılması amaçlanmıştır.

Abstract:
With additive manufacturing, the production of bone-like functionally graded porous structures that can be used in implants has become much easier and research in this area has gained momentum. In this study, a total of nine functional graded porous structures with three different unit cell structures and three different column thicknesses were produced using a selective laser melting (SLM) machine and Ti6Al4V powder. The porosity of the specimens was measured by Archimedes and dry weighing methods. Deviations up to 20% occurred between design and production porosities (dry weighing) due to thickening and sagging in the columns. As a result of the compression tests, it was observed that the fracture behavior of the structures was affected by the angles of the columns with the direction of the force. The modulus of elasticity of unit cell structures with the same porosity was found as cubic, octahedroid, and diamond in descending order, respectively. In the three-point bending test, this order was found as diamond, octahedroid, and cubic. Manufacturing errors, deviations in measurements and analysis, and fracture behavior in experiments were interpreted with micro-CT, optical microscope, and SEM images. With the mathematical models created from the unit cell structure, generalized mathematical models that give the porosity and modulus of elasticity depending on the unit cell size and column thickness, which are the design variables, are derived. It is aimed to increase compatibility in personalized implant design with mathematical models.