Ovalama yöntemi ile diş implant üretimi ve mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improving mechanical properties of dental implants by thread-rolling process
Yazar: SERKAN AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. YASİN KİŞİOĞLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Diş Hekimliği = Dentistry ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüzde kemik içi titanyum diş implantları maruz kaldıkları çiğneme kuvvetleri, anlık okluzal kuvvetler ve diş gıcırdatması gibi parafonksiyonel alışkanlıklar dolayısı ile kırılabilmektedir. Dental implantolojide kırık vakaları, görülme sıklığı, tedavi sürecindeki problemler ve maliyet açısından değerlendirildiğinde çözülmesi gereken büyük bir sorundur. Diş implantları çoğunlukla saf ticari titanyum (cpTi) veya alaşımlı titanyum malzemeden üretilmektedir. Mekanik dayanım açısından tercih edilen alaşımlı titanyum malzemedeki alaşım elementlerinin orta ve uzun vadede toksik etkileri bulunmaktadır. Ayrıca biyouyumluluk açısından altın standart kabul edilen cpTi malzemelerin mekanik özellikleri ısıl işlem prosesleri ile iyileştirilememektedir. Bu itibarla, çalışma kapsamında soğuk şekillendirmeyi esas alan ovalama metodu diş implant üretiminde kullanılarak, implant dayanım ömrüne etkileri incelenmiştir.
Tez çalışması kapsamında, öncelikle yapılan ön çalışmalar ile ovalama proses parametrelerinin (malzeme, paso sayısı, şekillendirme hızı v.b.) mekanik dayanım ve mikroyapısal etkileri deneysel olarak irdelenmiştir. Elde edilen sonuçlar referans alınarak geliştirilen ovalama sistemi ile 4mm çapında ve 10mm boyunda diş implant numuneleri üretilmiştir. Ayrıca aynı özelliklerde numuneler geleneksel metot talaşlı üretim ile de üretilmiştir. Her iki metot kullanılarak üretilen numuneler geliştirilen test sistemi ile ISO14801:2016 standardına göre mekanik testlere tabi tutulmuştur. Bu şekilde üretim metoduna bağlı olarak oluşan sertlik, yüzey pürüzlülüğü, artık gerilmeler gibi faktörlerin implantın mekanik ve yorulma dayanımına etkileri incelenmiştir. Ayrıca üretim metodunun mikroyapısal ve fraktografik etkileri ortaya konulmuştur. Sonuç olarak, ovalama metodu ile elde edilen implantların talaşlı üretim ile elde edilen implantlara kıyasla eğilme momentinin %35, yorulma dayanımının %15,4 ve yorulma ömrünün ise ortalama 3 kat daha iyileştiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Nowadays, endosseous titanium dental implants can be fractured due to continuous different types of forces such as repeated chewing, instant occlusal, and parafunctional habits like bruxism. Fracture cases in dental implantology are a major problem to be solved evaluating in terms of their incidence, problems in the treatment process and cost. Dental implants are generally made of commercial pure-titanium (cpTi) or its alloys. The additive elements in the alloyed titanium material, which is preferred in terms of mechanical strength, have toxic effects in the medium and long term. In addition, the mechanical properties of the cpTi materials considering the gold standard in terms of biocompatibility cannot be improved by the heat treatment processes. Therefore, it is aimed to improve the mechanical strength of the cpTi material using cold forming (thread-rolling) method in the production of dental implant samples within the scope of this study.
For this purpose, first, the mechanical strength and microstructural effects of thread-rolling processing parameters including material, number of pass, forming speed, etc. were examined experimentally with preliminary studies. Based on the obtained results, dental implant samples were produced in real sizes (4mm diameter and 10mm length) using thread-rolling bench developed in this study. Also, implant samples with the same characteristics and quantity were produced in real sizes using traditional CNC machining process. The produced samples using both methods were subjected to mechanical tests according to ISO14801:2016 standard using the developed test system. In this way, the effects of factors such as hardness, surface roughness, residual stresses on the mechanical and fatigue strength of the implant were investigated. Additionally, the microstructural and fractographic effects of the production methods were revealed. Therefore, based on the obtained results, the samples produced using the thread-rolling process were achieved better about 35% bending, 15.4% fatigue strengths and 3 times longer fatigue life than the samples produced by the traditional CNC machining process.