Seçici Lazer Ergitme (SLE) Üretim Parametrelerinin 316l Paslanmaz Çelik İmplantların İçyapı, Mekanik Özellik ve Biyouyumluluğu Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması

Abstract

Eklemeli imalat, kemiğin anizotropik özelliklerini taklit eden metalik biyomalzemelerin üretilmesine imkan tanır. Seçici lazer ergitme (SLE) yöntemiyle üretilen 316L paslanmaz çeliğin üretim parametrelerinin malzeme özellikleri ve biyouyumluluk üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışma kapsamında, üç farklı parametre seti (1B, 2B ve 3B) kullanılarak üretilen SLM numuneleri, geleneksel yöntemle üretilen 316L paslanmaz çelik ile karşılaştırılmıştır. Malzemelerin mikroyapısal özelliklerini ortaya çıkarmak için optik mikroskop, taramalı elektron mikroskopu (SEM), elektron geri saçılım kırınımı (EBSD) yöntemleri kullanılmıştır. Vickers mikrosertlik ölçümleri, yüzey ıslanabilirliği ve sitotoksisite özellikleri detaylı olarak değerlendirilmiştir. Mikroyapı sonuçlarına göre, geleneksel ile SLM numuneleri arasında çok farklı yapılar olduğu sonucuna varılmıştır. SLM numunelerinin kendi içindeki mikroyapılarının değişmesinin sebebi de üretim parametrelerinin değişkenliğidir. EBSD analizlerine göre, geleneksel çelikte yüksek oranda twin boundariler görülmüştür, bunun sebebi üretim esnasında yeniden kristallenme oluşmasıdır. SLM numunelerinde yüksek soğuma oranlarından kaynaklı alt-tane denilen yapılar yüksek oranda bulunmuştur. 1B numunesinde, %62.7 oranında <110>//BD tekstürü gözlemlenmiş ve bu numunenin anizotropik özellikler sergilediği belirlenmiştir. Mekanik testler, SLM numunelerinin sertlik değerlerinin geleneksel çeliğe kıyasla önemli ölçüde yüksek olduğunu ortaya koymuştur. 1B numunesi, 240.6 ± 19.3 HV ile en yüksek sertlik değerine ulaşmıştır. Ayrıca, yüzey ıslanabilirliği sonuçları, SLM ile üretilen numunelerin daha hidrofilik yüzeylere sahip olduğunu ve bunun biyouyumluluğu artırdığını göstermiştir. Hücre kültürü testlerinde, geleneksele göre SLM numuneleri canlılık açısından daha iyi sonuç vermiştir. Bu da hem anizotropik yapı elde edilip hem de biocompatible bir malzemenin SLM ile üretilebileceğini göstermiştir.

Additive manufacturing allows the production of metallic biomaterials that mimic the anisotropic properties of bone. The effects of processing parameters on the material properties and biocompatibility of 316L stainless steel produced by the selective laser melting (SLM) method were investigated. In this thesis, SLM samples produced using three different parameter sets (1B, 2B, and 3B) were compared with 316L stainless steel manufactured by conventional methods. The microstructural properties of the materials were analyzed using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), and electron backscatter diffraction (EBSD). Additionally, Vickers microhardness measurements, surface wettability, and cytotoxicity properties were thoroughly evaluated. Microstructural analysis revealed significant differences between the conventional and SLM samples. EBSD analysis indicated a high density of twin boundaries in conventional samples, attributed to recrystallization during production. In contrast, the high cooling rates in SLM samples resulted in fine sub-grain structures. Area fraction of grains having <110> BD orientation were 62.7 for sample 1B, indicating strong anisotropy. Mechanical tests showed that the hardness values of SLM samples were significantly higher than those of conventional 316L steel. The highest hardness value of 240.6 ± 19.3 HV was recorded for Sample 1B. Surface wettability results revealed that SLM produced samples exhibited more hydrophilic surfaces, enhancing their biocompatibility. Cell culture tests confirmed that SLM samples had higher cell viability compared to conventional sample. These findings highlight the potential of SLM to produce both anisotropic structures and biocompatible materials, making it a promising method for biomedical implant applications.