Seramik bazlı dişçilik braketlerinin üretimi
Manufacture of ceramic-based dental brackets
Yazar: GÖKHAN AYBASTI
Danışman: PROF. DR. AHMET TOPUZ
İstanbul Arel Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Dişlerdeki şekil bozuklarının estetik ya da sağlık açısından düzeltme amaçlı genç, yaşlı her hastaya uygulanabilen diş braketleri ortodonti tedavisinde kullanılmaktadır. 
Yaptığımız bu çalışmada ortodonti tedavisinde kullanılan dişlerin çapraşıklıklarını, yamukluk ve eğriliklerini düzelterek sağlıklı bir hale getiren toz enjeksiyon (PM) yöntemlerinden biri olan seramik enjeksiyon kalıplama (CIM) yöntemi ile üretilen seramik diş braketlerinin üretimi üzerine çalışılmıştır. Bu kapsamda metal enjeksiyon kalıplama yöntemine göre imal edilmiş olan kalıbın, seramik enjeksiyon kalıplama yöntemine göre uyarlanarak revize edilmesi, üretim prosesi, üretim sonrası seramik ürün haline getirme ve üretim sonrası uygulanan testleri yapılmıştır.
Çalışmanın ilk aşamasında seramik toz hammaddesiyle kalıbın deneme baskıları yapılarak kalıptaki ürün figür tamlığı kontrol edilerek yapılacak olan gerekli revizyonlar belirlenmiştir.
Kalıp alıştırması, parlatma, yolluk çekici düzenlemesi, yolluk girişlerinin genişletilmesi, üretim sonrası uygulanacak proseslerin belirlenmesi ve baskı sonrası uygulanacak test ve kontroller yapılmıştır.
Seramik braketlerin üretiminde kullanılan malzeme hammaddesi çeşitlerinden Al2𝑂3 hammaddesi ile çalışma yapmaya karar verilmiştir. Braketler için kullanılacak hammaddenin çekme payı faktörü (Z) değeri ve bağlayıcı giderme ve sinterleme işlemlerindeki boyutsal azalmalar dikkate alınarak 4 gözlü olarak toz enjeksiyona uygun olarak kalıbın revizyonu yapılarak üretim gerçekleştirilmiştir. Enjeksiyon kalıplama için gerekli işlem parametreleri hammaddeye uygun olarak araştırılmıştır. Besleme hammaddesine yüklenen Alümina ekstrudere aktarılır, ekstruder üzerinde bulunan ısıtıcı kelepçe tipi rezistanslar aracılığı ile hammaddenin akışkan haline gelmesi sağlanarak kalıba soğuk yollukla 1500 bar basınç ile 25 cm3/s hızında toplamda 15 saniyede enjekte edilerek üretim tamamlanmıştır.
Şekillendirme sonrası seramik braketlere bağlayıcı giderme işlemi uygulanmıştır. Bu işlem suda 35°C' de, 32 saat bırakılarak bağlayıcı giderme gerçekleştirilmiştir. Bağlayıcısı giderilen braketler, sinterleme işlemine tabi tutulmuştur. Sinterleme prosesi, ısı yalıtımlı elektrikli endüstriyel fırında, (başlangıç sıcaklığı 0° kabul edilmiştir) dakikada 10 C° ısıtma hızı artışı ile 130 dakikada 1300 C° ye çıkarılmıştır, 1300 C° de 3 saat beklenildikten sonra, dakikada 5 C° ısıtma hızı artışı ile 60 dakikada 1600 C° ye çıkılmıştır ve 1600 C° de 2 saat bekletilmiştir. Daha sonra doğal ortamında 10 saatte kendi halinde tekrar soğumaya bırakılmıştır. Üretim sonrası braketlerin mikro yapı, gözenek, sertlik, yoğunluk, boyutsal analiz ve SEM-EDS analizi testleri gerçekleştirilmiştir.
Sertlik değerleri ölçülmüş ısıl işlemsiz sinterlenmemiş numune için 1000 gramlık kuvvet uygulanıp, yapılan 3 farklı ölçümün ortalama değeri 14,19 HV çıkmıştır. Sinterlenme sonrası 1000 gramlık kuvvet uygulandı ve yine 3 farklı ölçümün ortalama sertlik değeri 937,56 HV olarak bulunmuştur. Üretim sonrası braketlerin mikro yapı, gözenek, sertlik, yoğunluk, boyutsal analiz ve SEM-EDS analizi testleri gerçekleştirilmiştir.
Bu deneysel çalışmada, seramik diş braketi üretimindeki sırasıyla; Kalıp ile baskı alma, bağlayıcı giderme, sinterlemedeki proses parametreleri ve üretim sonrası ölçüm testleri uygulanarak ürünün ticari hale dönüşmesine ışık tutabilecek değerler belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Ortodontik diş braketi, Kalıp, Toz metal enjeksiyon, Seramik enjeksiyon kalıplama, diş braketi üretimi

Abstract:
Dental brackets, which can be applied to every young and old patient, are used in orthodontic treatment for aesthetic or health correction of tooth deformities.
In this study, the production of ceramic tooth brackets produced by ceramic injection molding (CIM) method which is one of the powder injection (PM) methods, which corrects the perpendicularity, skewness and curvature of the teeth used in orthodontic treatment, has been studied. In this context, the mold which was manufactured according to the metal injection molding method was revised by adapting it according to the ceramic injection molding method, production process, making the ceramic product after production and post-production tests were performed.
In the first stage of the study, the necessary revisions were determined by checking the product figure in the mold by making trial prints of the ceramic powder raw material.
Mold practice, polishing, gating puller arrangement, widening of gating entries, determination of the processes to be applied after production and tests and controls to be applied after printing were performed.
It was decided to work with Al2𝑂3 raw material which is one of the raw material types used in the production of ceramic brackets. The production was realized by making the mold revision in accordance with powder injection as 4 cavity considering the shrinkage factor (Z) value of the raw material to be used for the brackets and the dimensional decreases in the binder removal and sintering processes. The process parameters for injection molding were investigated in accordance with the raw materials. Alumina loaded into the feed raw material is transferred to the extruder, by means of the heating resistors on the extruder, the raw material becomes fluidized and injected into the mold coldly at 1500 bar pressure at a rate of 25 cm3 / s in a total of 15 seconds.
Binding removal process was applied to ceramic brackets after forming. This process was carried out at 35 °C in water for 32 hours to remove the binder. The brackets that were unbonded were subjected to sintering. Sintering process, heat-insulated electric industrial furnace, (starting temperature 0° accepted) Increased by 600 °C per hour, 2 hours, 10 minutes to 1300 °C, 1300 °C for 3 hours after 45 minutes to 1600 °C and increased After waiting 2 hours at 1600 °C, the lid did not open and was allowed to cool naturally for 10 hours. Microstructure, pore, hardness, density, dimensional analysis and SEM-EDS analysis tests of the brackets were performed after production.
In this experimental study. The process parameters in mold printing, binder removal, sintering and post-production measurement tests were applied and values that could shed light on the transformation of the product to commercial status were determined.


Keywords: Orthodontic tooth bracket, Mold, Powder metal injection, Ceramic injection molding, tooth bracket production