Çok işlevli uyluk çivisi tasarımı, üretimi ve mekanik özellikleri
Multifunctional femoral nail design, production and mechanical properties
Yazar: MUHARREM MERAL
Danışman: PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Enerji tüketiminin artıp, çevre bilincinin arttığı günümüzde, modern dünyanın tasarım mühendislerinden beklentileri de bu yöndeki ihtiyaçlara cevap verebilen ürünler yönünde olmaktadır. Günümüz araçlarının daha az yakıt tüketmesi ve çevreye duyarlı olması amacıyla geliştirilen yeni üretim tekniklerinin yanında kullanılan malzemenin uygun seçimi de kritik bir öneme sahiptir. Titanyum ve alaşımları sahip oldukları yüksek dayanım ve düşük yoğunluk değerleriyle günümüz imalat teknolojisinin en yoğun kullandığı malzeme gruplarından biri olmustur. Titanyum alasımlarının aynı zamanda yüksek korozyona dayanımı, düşük ısı iletimi ve insan vücuduyla uyumlu yapısı bu malzemeyi daha da cazip hale getirmektedir. Titanyumun yüksek özgül dayanımı ve yüksek sıcaklıklardaki özellikleri de diger metallere karşı üstünlük göstermektedir. Bu özellikler nedeniyle biyomalzeme olarak kullanılan titanyumu ön plana çıkarmaktadır.
Biyomalzemeler, geleneksel tıbbi medikal aletlere ilaveten, teşhis ürünleri, tedavi atıkları, doku kültürleri, hibrid organların yanı sıra, medikal implantların büyük bir kısmını içeren malzemeleri tanımlamak için kullanılan terimdir. Ancak, hiçbir protez veya implant malzemesinin, insan kemiğinin yerini tutamayacağı bir gerçektir. Henüz yeterli olmamasına rağmen kullanılan birçok implant malzemesi mevcuttur. İmplant malzemelerinin büyük bir çoğunluğu protez malzemesinin kullanılacağı yere göre eğme-çekme dayanımı, sertlik, aşınma performansı, korozyon direnci, biyouyumluluk, hafiflik, süngerimsi veya sert kompakt kemik yapıları göz önüne alınarak imal edilmektedirler. Paslanmaz çelik ile başlayan süreç, bazı implantasyon ve biyouyumsuzluk problemlerinden dolayı malzeme ve imalat teknolojilerinin geliştirilmesi sayesinde titanyum (Ti) alaşımlarının biyomalzeme olarak kullanılmasıyla devam etmiştir. 
Bu tez çalışmasında uyluk kemiği kırıklarında kullanılmakta olan ilik içi (intramedüller) uyluk çivilerinde yaşanan uygulama güçlükleri, ameliyattaki zaman kayıpları, uzun süreli radyasyona maruz kalma gibi problemler yanında kırık türlerine göre farklı çivilerin uygulanması sebebiyle ortaya çıkan sterilizasyon maliyetleri, stok zorlukları gibi problemleri ortadan kaldıracak yeni bir çivi modeli oluşturmak amacı ile işlevselliği arttırılmış uyluk çivisi tasarlanmış, bu çivinin üretimi gerçekleştirilmiş ve standartlara göre mekanik testler yapılmıştır.
Bu uyluk çivisi çok işlevli olması amaçlanmıştır. Tasarlama aşamasında da günümüzde kullanılan uyluk kırıklarında kullanılan çivilerin bütün özelliklerini karşılayacak bir çivi oluşturulmuştur. Tasarlama aşamasından sonra da malzeme  biyomalzeme olarak üstün özellikleri olan titanyum seçilmiştir. Ti6Al4V tasarlanmış çok işlevli uyluk çivisine göre hammade karakterizasyonlarından sonra ortopedik implantların üretim şekillerine ve Ti6Al4V talaşlı imalat şartlarına göre önce tornalamayla çap ayarlamaları, frezelemeyle işlevsellik kazandıracak deliklerin delinmesiyle oluşturulmuştur. Çivinin yüzey parlatmasından sonra titanyumun anodizasyonu ile renklendirme işlemi yapılmıştır.
Üretilmiş çivini özelliklerini belirlemek için ASTM F1264-03 standartına göre mekanik testleri yapılmıştır. Geleneksel çivi ile çok işlevli çivinin mekanik özellikleri bakımından karşılaştırılması yapılmış ve çok işlevli çivinin üstün olduğu özellikler belirlenmiştir. Titanyumun renklendirme çalışmaları yapılmıştır. Renklendirme işlem parametrelerinde elde edileceği belirlenmiştir. Renklendirme işlemini etkileyen faktörler, çözelti özellikleri, potansiyel miktarı gibi parametreler araştırılmıştır.
Sonuç olarak bu yeni tasarlanmış uyluk çivisinin mekanik testlerde uygun standartlarda olduğu ve uyluk kırıkları için ortopedi ameliyatlarında kullanılabilirliği ortaya çıkmıştır.

Abstract:
Biomaterials which are used an improvement or replacementof a living tissues or an individual part of the human body with continuously or interruptedly contact with body fluids, are the bocompatible, reliable and effective materials and their application areas and importance have been increased, nowadays. Biocompatibility is the most importan properties of a biomaterial that prevents any kind of defects on the surrounding tissue without affecting their life circles.
The inventions and applications started by the technology transfer to the medical sciences exposed many innovations in medical implants. Especially, the new generation biomaterials enhance and encourage the repair and replacement of the functional tissues of the body.
Energy consumption has improved, environmental awareness today where the expectations of the modern world, the design engineer products that are responsive to the needs in this respect. Today's vehicles are less fuel consumption and environment-friendly production techniques are the new addition to the proper selection of the material used is of critical importance. Titanium and its alloys have high strength and low density values are used very intensively in today's manufacturing technology has been one of the bands material. Titanium alloys as well as high corrosion resistance, low thermal conductivity and is compatible with human body structure, this material makes it even more attractive. High specific strength and high temperature properties of metal against metal is superior to the other. Titanium metal implant that put emphasis on the use as a biomaterial. 
Biomaterials, in addition to traditional medical devices, diagnostic products, waste treatment, tissue culture, hybrid organs, as well as materials containing a large part of medical implants is the term used to describe. However, there is no prosthesis or implant material, a fact that human bone substitute. Although there are many implant material used is not yet available. The vast majority of materials used prosthetic implant material according to the location of bending tensile strength, hardness, abrasion performance, corrosion resistance, biocompatibility, low weight, spongy or hard compact bone structures are manufactured considering. The process that began with stainless steel, due to the problems in some implantation and bioincompatible thanks to the development of materials and manufacturing technologies of titanium (Ti) alloys have continued to use as a biomaterial.
Important of titanium; the properties and characteristics which are important to design engineers are; excellent corrosion resistance, superior erosion resistance, heat transfer efficiency, superior strength-to-weight ratios. The combination of high strength and low density results in favorable strength-to-weight ratios for titanium based alloys. These ratios and ability to withstand extremes of temperature for titanium based alloys are superior to almost all other metals. Titanium can exist in two crystal forms. The first is alpha which has a hexagonal close- packed crystal structure. In alloyed titanium, the alpha phase is stable at all temperatures up to 885°C where it transforms to the beta phase. Alpha-Beta alloys are heat treatable and most are weldable.
Despite these features, the utilisation of titanium alloys is still limited due to their poor machinability. In fact, the titanium low thermal conductivity hinders the evacuation of the heat generated during the cutting process resulting in a temperature rise of the work-piece. Furthermore the high chemical reactivity increases with temperature and produces an early damage of the cutting tool affecting the surface quality and increasing production costs.
In this work, comtemporary biomaterials, used in the ortopedical implants and prosthesis design were evaluated and advantages and disadvantages of them were presented. Metal, ceramic, polymer and composite materials were generally discussed, and their applications in orthopedy were shown. Implants that were mentioned in this work are hard tissue implants. Metals, used boardly in this area, and other three material groups; ceramics, polymers and composites were evaluated by their biocompatiblity and mechanical properties. In 1950?s ortopedical implant producers found and used suitable biomaterials between alloy systems in very short time. The alloys with similar or better properties could not be found in the next 50 years. Promise researches have been continued especially on ceramics.
While metallic biomaterials are used in internal broke determination and spinal system determination, ceramics, composites and polymers are found a place in the joint prosthesis. Joint prosthesis are named long term implants. There is no long usage in the short term implants. The succsess is provided in the mechanical performance, bio suitables and corrosion resistance. Because of this the studies are going on to increase usage life in the long term implants.
Fractures of the femoral bone marrow has been used in this thesis (intramedullary) femur nail in the practical difficulties, loss of time in surgery, fracture types of problems as well as long-term radiation exposure arising out of the implementation of different nails. Sterilization costs, inventory problems, such as to eliminate the challenges of the new increased femoral nail is a multifunctional designed with the aim to create a model, the production of the nail was performed and mechanical tests according to the standards.
This is meant to be multifunctional femoral nail. Currently used in the design phase to meet all the characteristics of nails used in the created fractures of the femur. After the designing stage of the outstanding features of the raw material of titanium as a biomaterial is selected. After characterization of raw materials based on multifunctional designed Ti6Al4V femoral nail, orthopedic implants under the terms of modes of production and machining Ti6Al4V, turning diameter adjustments, save multifunctional properties formed  by milling with puncturing holes. After polishing of the surface of the nail made of titanium anodizing and coloring process.
 Multifunctional femoral nail manufactured to ASTM F1264-03 to determine the characteristics of over-insert the mechanical tests were performed according to standard. Studies were made of titanium coloring. What colors were carried out in which the parameters can be obtained coloring.
In conclusion, this is a newly designed femoral nail and femur fractures mechanical tests, orthopedic surgery, the availability of appropriate standards have emerged.