Surface modification of additively manufactured titanium alloys for biomedical application

Son zamanlarda Ti-6Al-4V alaşımının üretiminde eklemeli imalat tekniği çok yoğun şekilde kullanılmaktadır. Fakat eklemeli imalat tekniğiyle üretilen Ti-6Al-4V alaşımının yüzey modifikasyonu sonucu elde edilen yapıların, implant malzeme olarak kullanılmasına yönelik çalışmalarda derin boşluklar bulunmaktadır. Bu doktora tezinde iki farklı eklemeli imalat tekniği yöntemiyle Ti-6Al-4V alaşımı üretilmiştir. Üretilen Ti-6Al-4V alaşımlarının yüzeyinde bioimplant uygulamaları için mezo-mikro ve nano yüzey pürüzlülüğü oluşturularak biyoaktiviti özellikleri incelenmiştir. İlk olarak DMLS (Direkt metal lazer sinterleme) ve EBM (Elektron ışın ergitme) eklemeli imalat yöntemleriyle Ti-6Al-4V alaşımları üretildi. DMLS yönteminde üç farklı lazer gücü kullanılarak Ti-6Al-4V alaşımları üretildi. Üretilen bu alaşımların yüzeylerinde kumlama (S), dağlama (E), anotlama (AO) ve anodik spark oksitleme (ASO) yöntemleri tekli ve kombine olarak kullanılarak mezo-mikro ve nano hibrit yüzey pürüzlülüğene sahip yüzeyler oluşturuldu. Eklemeli imalat tekniğiyle üretilen Ti-6Al-4V alaşımların mikroyapıları OM (Optik mikroskop), SEM (Taramalı elektron mikroskobu) ve XRD (X-ışını difraktometre) cihazlarıyla incelenmiştir. Yüzey modifikasyonu sonucunda oluşan yapılar XRD ve SEM ile incelenmiştir. Yüzey pürüzlülük özellikleri, profilometre ve temas açısı teknikleriyle belirlenmiştir. Elde edilen bu yüzeylerin apatit oluşturma özellikleri SBF solüsyonunda araştırıldı. Elde edilen sonuçlar ışığında her iki yöntemlerle üretilen alaşımların yüzeylerinde apatit yapıların oluşumu gözlemlendi. DMLS ve EBM eklemeli imalat yöntemleriyle üretilen alaşımların biyouyumluk çalışmaları, mezo-mikro ve nano hibrit topografya (SEA) oluşturulan yüzeylerinde HOB (insan kemih hücresi) kemik hücreleri kullanılarak gerçekleştirildi. Hücrelerin yüzeydeki tutunma, canlılık ve çoğalma özellikleri incelenmiştir.Recently, additive manufacturing (AM) technique has been used extensively in the production of Ti-6Al-4V alloy. However, there are deep gaps in the literature on the utilization of the structures obtained as a result of surface modification of the Ti-6Al-4V alloy produced by AM technique as implant material. In this doctoral thesis, Ti-6Al-4V alloy was produced by two different AM techniques. The bioactivity properties of generated meso-micro and nano hybrit surfaces on AM Ti-6Al-4V alloys were investigated for bioimplant applications. Firstly, Ti-6Al-4V alloys were produced by direct melting laser sintering (DMLS) and electron beam melting (EBM) methods. Ti-6Al-4V alloys were produced using three different laser powers in the DMLS method. Sandblasting (S), acid etching (E), anodization (AO) and anodic spark oxidation (ASO) methods on the surfaces of these produced alloys were applied individually or in combination in order to form meso-micro and nano-hybrid surfaces. Microstructures of Ti-6Al-4V alloys produced by AM technique were investigated with OM (Optical microscope), SEM (scanning electron microscope) and XRD (X-ray diffraction) devices. The structures formed as a result of surface modification were investigated by XRD and SEM. Surface roughness and wettability properties were determined by profilometry and contact angle techniques, respectively. The apatite forming properties of these surfaces were investigated in SBF solution. In the light of the obtained results, the formation of apatite structures was observed on the surfaces of the alloys produced by both AM methods. Biocompatibility studies of the produced alloys were carried out using HOB bone cells on the surfaces of DMLS and EBM printed Ti-6Al-4V alloys with meso-micro and nano hybrid topography (SEA). Adhesion, viability and proliferation properties of cells on the surface were evaluated