Eklemeli imalat ve geleneksel yöntemle imal edilmiş titanyum alaşımlı biyomedikal malzemenin tribolojik özelliklerinin incelenmesi
The study of tribological properties of titanium alloy biomedical materials produced by additive manufacturing and traditional method
Yazar: ELİF NUR SELÇUK
Danışman: PROF. DR. ERTUĞRUL DURAK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
İlerleyen yaş, geçirilen travma ve kazalar nedeniyle insan vücudundaki kemik, doku, organ gibi uzuvların yerine kullanılan implant malzemelerden biyouyumluluğunun ve mekanik özelliklerin yüksek, sürtünme ve aşınma özelliklerinin de düşük olması beklenmektedir. Eklemeli İmalat Teknolojilerinin son yıllarda hızla gelişmesi ile istenilen mekanik özellikteki malzemelerin üretilmesini ve kişiye özel ve kişinin kemik morfolojisine uygun ürünlerin üretilmesini sağlamaktadır. İmplantların kemiğe tutunabilmeleri için yüzeylerinin pürüzlü olması gerekmektedir Eklemeli İmalatta kullanılan lazerle numune üretilirken genellikle son katman pürüzlü kalmaktadır.
Bu yüksek lisans tez çalışmasında geleneksel yöntem (GYTi) ve Eklemeli İmalat yöntemi (Eİ) iki farklı tarama stratejisi (ada tarama EİATTi, ızgara tarama EİITTi) ile imal edilen Ti alaşımlarının tribolojik özellikleri incelenmiştir. Yapılan deneysel çalışmada GYTi-UYMAPE, EİATTi-UYMAPE ve EİITTi-UYMAPE ortalama sürtünme katsayısı (μort) değerleri birbirine yakın olmakla birlikte GYTi-UYMAPE çiftinde μort değeri en yüksek değerde çıkmıştır. EİATTi-UYMAPE ise μort değeri ve özgül aşınma oranı en düşük ve aşınma direnci en yüksek çıkmıştır. Ayrıca Eİ numunelerinin (EİATTi-UYMAPE ve EİITTi-UYMAPE) değerleri de birbirine yakın olduğu için Eİ ile üretilen numunelerin UYMAPE ile GYTİ'ye göre tribolojik yönden daha uyumlu olduğu için bu malzemenin kullanılması tercih edilebilir. Ti alaşımları-UYMAPE çiftleri ile yapılan deneylerde tüm numunelerde orta şiddetli aşınma olması UYMAPE'nin katı yağlayıcı gibi görev yaptığı anlamına gelmektedir. GYTi-UYMAPE ve EİATTi-UYMAPE çiftlerinde sürtünme deney sonuçları daha dalgalı bir davranış sergilerken, EİITTi-UYMAPE çiftine ise çok daha az değişken karakteristik göstermiştir. İlave olarak, P800A zımpara ile yapılan abrazif aşınma deneylerinde μort değerleri hemen hemen birbirine yakın değerde olduğu görülmüştür. Aşınma oranı değerleri P800A-GYTi çiftinde en düşük bulunmuş, buna bağlı olarak en yüksek aşınma direnci gösteren numunenin GYTi alaşımı olduğu sonucuna varılmıştır. GYTi-P800A, EİATTi-P800A ve EİITTi-P800A çiftlerindeki tüm Ti alaşımlarında ise şiddetli aşınma görülmüştür.

Abstract:
Due to advancing age, trauma and accidents, it is expected that the biocompatibility and mechanical properties of the implant materials used in place of the limbs such as bones, tissues, organs in the human body will be high and the friction and wear properties will be low. With the rapid development of additive manufacturing technologies in recent years, it is possible to produce the materials with the desired mechanical properties and to produce the products specific to the individual's bone morphology. The surface of the implants needs to be rough in order to hold onto the bone.
In this master thesis, the tribological properties of Ti alloys produced by traditional method (GYTi) and additive manufacturing method (EI) are investigated with two different scanning strategies (island scanning EIATTi, grid scanning EIITTi). In the experimental study, mean friction coefficient (μort) values of GYTi-UYMAPE, EIATTi-UYMAPE and EIITTi-UYMAPE were close to each other, but the μort value was the highest in GYTi-UYMAPE pair. On the other hand, EIATTi-UYMAPE has the lowest μort value and specific wear rate and highest abrasion resistance. Furthermore, since the values of EI samples (EIATTi-UYMAPE and EIITTi-UYMAPE) are close to each other, it is preferable to use this material since the samples produced with EI are tribologically compatible with UYMAPE than GYTi. In the tests carried out with Ti alloys-UYMAPE pairs, moderate abrasion of all samples means that UYMAPE acts as a solid lubricant. In the GYTi-UYMAPE and EIATTi-UYMAPE pairs, friction test results showed more fluctuating behavior, whereas EIITTi-UYMAPE pairs showed much less variable characteristics. In addition, abrasive wear tests with P800A sandpaper showed that the μort values were almost similar. Wear rate values were found to be the lowest in the P800A-GYTi pair and it was concluded that the sample showing the highest wear resistance was GYTi alloy. All Ti alloys in GYTi-P800A, EIATTi-P800A and EIITTi-P800A pairs showed severe wear.