Designing and processing of porous Ti6Al4V cages for spinal surgery

Abstract

Sinterlenmi Ti6Al4V toz alaım köpükler, %52-72 gözenek aralıında, küreseltozlar kullanılarak hazırlanmıtır. Gözenek oranını arttırmak için boluk yapıcı maddekullanılmıtır. Küresel toz köpükler (200-700 MPa ) basınçlarda souk preslenmi ve1200 °C ? 1400 °C de 2, 4 ve 6 saat süresince sinterlenmitir. Sinterlenmi köpükleringözenek miktarları ve ortalama gözenek boyutları uygulanan presleme basıncı vesinterleme sürelerine göre tespit edilmitir.Köpüklerin ortalama gözenek boyutları 94 ve 148 mm aralıında, kullanılantozun ortalama tane boyutu ve presleme basıncına balı olarak deiim göstermitir.Sinterlenmi köpüklerin mukavemetinin, süngersi kemiin yerine geçmesi içinyeterli olduunu göstermitir. Bunun yanında, %40 ve/veya daha düük gözenekoranına sahip tabletlerin mukavemetlerinin insan kortikal kemiinin mukavemetiylekıyaslanabilir olduu belirlenmitir.Ti6Al4V spinal kafeslerin üretim parametrelerinin etkileride bu çalımadaincelenmi olup; aratırmalarda 22 deneysel dizayn yöntemi üretimde en etkiliparametreleri ön görmek için kullanılmıtır. Bu method ııında sinterleme sıcaklıı,basma basıncı ve kullanılan tanecik boyutu üretim üzerinde en etkili parametrelerolduu tespit edilmitir.Dizayn aamasında Ti6Al4V spinal kafeslerin üzerine koruyucu gömlektasarlanmıtır. Bu sayede malzemede keskin kenarlarda oluması muhtemel tozlama(parçacık kopması) probleminin önüne geçilmi olup; ekstra basma mukavemetikazandırılmıtır.

Ti6Al6V foam materials were prepared with spherical particles in range of 20-90mm. Average porosity under various compaction pressure (200 MPa, 400 MPa,500MPa, 600MPa, 700MPa), sintering temperature (1000oC-1400oC) and time (4h-6h)was observed in the range of 52%-72%.It was observed that sintered Ti6Al4V foam material can be potentially used forthe spinal surgery. Furthermore, strength of the Ti6Al4V foam material in the porositylevel of 40% is comparable with the human cortical bone.And also 22 Design of Experiment methods were used to investigate the majoraffective parameters during the processing of Ti6Al4V spinal cages. According to thisinvestigation, sintering temperature, particle diameter and compaction pressure are themost affective parameters control the over all process of foam production.In the design process, protection case also designed for the foam material to putthem inside of it. The reason of producing protection case is that eliminating the particleloosing from the sharp edges of the Ti6Al4V foam material.