Metal oksit katkılı Al2O3 biyoseramiklerin 3D yazıcıyla üretimi, yapısal, mekanik ve biyolojik özelliklerinin araştırılması

Biyoseramikler, yüksek mekanik dayanımları, aşınma dirençleri ve biyouyumlulukları nedeniyle ortopedik ve dental uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Geleneksel üretim yöntemleri, biyoseramiklerin gözeneklilik kontrolü ve mikro yapı homojenliği açısından sınırlamalar gösterirken, eklemeli üretim (3D baskı) teknolojileri, özellikle Dijital Işık İşleme (DLP) yöntemi, bu sorunlara etkili çözümler sunmaktadır. Bu çalışmada, Al₂O₃'e %1, %3, %5 ve %10 oranlarında Y₂O₃, CaSiO₃ ve BaO katkıları eklenerek kompozit seramikler DLP yöntemiyle üretilmiştir. Elde edilen numunelerin; yoğunluk, büzülme, faz analizi, mikroyapı karakterizasyonu, mekanik testler (sertlik, kırılma tokluğu, eğilme ve basma dayanımı) ve biyolojik analizler açısından değerlendirilmiştir. Sonuçlar, Y₂O₃, CaSiO₃ ve BaO katkılarının yoğunlaşma üzerinde belirgin etkiler yarattığını göstermiştir. En yüksek bağıl yoğunluklar, %3 Y₂O₃ (%95,12, 3,80 g/cm³), %5 CaSiO₃ (%95,35, 3,75 g/cm³) ve %3 BaO (%94,95, 3,82 g/cm³) katkılarında elde edilmiştir. Büzülme analizleri, DLP yöntemine özgü katmanlı yapı nedeniyle Z ekseninde daha fazla büzülme olduğunu ortaya koymuş; en yüksek hacimsel büzülmeler %5 CaSiO₃ (%61,31), %3 BaO (%57,62) ve %3 Y₂O₃ (%53,68) katkılarında gözlemlenmiştir.XRD analizi, katkı maddelerine bağlı olarak çeşitli ikincil fazların oluştuğunu göstermiştir. Y₂O₃ katkısıyla YAG ve YAP, CaSiO₃ ile CaAl₂Si₂O₈ ve CaAl₂O₄, BaO ile ise BaAl₁₂O₁₉ ve BaAl₂O₄ fazları tespit edilmiştir. Mikroyapı analizleri, Y₂O₃ ve CaSiO₃'ün ince taneli yapı oluşturduğunu, BaO'nun ise ikincil faz kümelenmesine neden olduğunu ortaya koymuştur. En yüksek sertlik değerleri %3 Y₂O₃ (17,43 GPa), %5 CaSiO₃ (17,59 GPa) ve %3 BaO (16,79 GPa) katkılarında kaydedilmiştir. Kırılma tokluğu da aynı katkı seviyelerinde 6,04 MPa-m1/2 (Y₂O₃, %3), 6,71 MPa-m1/2 (CaSiO₃, %5) ve 6,41 MPa-m1/2 (BaO, %3) maksimum değerleriyle benzer bir eğilim izlemiştir. Maksimum basma dayanım değerleri %3 Y₂O₃ için (1241,79 MPa), %3 CaSiO₃ (1319,81 MPa) ve %3 BaO (1192,31 MPa), için kaydedilirken, daha yüksek katkı seviyeleri önemli dayanım düşüşlerine neden olmuştur. Biyolojik özellik sonuçları ise CaSiO₃ katkılı seramiklerin biyoaktif kalsiyum fosfat tabakaları oluşturma kabiliyetleri nedeniyle üstün biyoaktivite sergilediğini, Y₂O₃ ve BaO katkılı seramiklerin ise orta düzeyde biyouyumluluk gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu çalışma, DLP yöntemiyle yüksek mekanik dayanım ve biyolojik uyumluluk gösteren biyoseramik malzemelerin üretilebileceğini ortaya koymuştur. Elde edilen malzemeler, kemik greftleri, ortopedik implantlar ve biyomedikal mühendislik uygulamaları için potansiyel kullanım alanlarına sahiptir. Bu bulgular, biyoaktif ve yüksek mukavemetli seramik kompozitlerin geliştirilmesine katkı sağlamakla birlikte, DLP teknolojisinin biyoseramik üretimi için verimli bir yöntem olduğunu göstermektedir