Millainen 3D-tulostin hammasteknikon kannattaa valita?
Digitaalinen suunnittelu ja valmistus eli CAD/CAM- teknologia on tullut vahvasti osaksi hammastekniikan alaa viime vuosina. Myös irtoproteesien osalta digitaalinen valmistus on laajenemassa perinteisen valmistuksen rinnalle. Tämän vuoksi halusimme vertailla Tulostusasennon vaikutus 3D-tulostetun proteesin pohjalevymateriaalin taivutuslujuuteen -opinnäytetyössämme erilaisten 3D-tulostimien ja materiaalien vaikutusta proteesin pohjalevyn kestävyyteen.
Opinnäytetyö toteutettiin osana Turun ammattikorkeakoulun Suun terveyden tutkimusryhmän Euroopan unionin osarahoittamaa Digitaalisen tutkimusinfrastruktuurin kehittäminen hammaslääketieteellisten laitteiden valmistukseen (DiTeDe)-hanketta. Tämä kirjoitus on yksi kolmesta kypsyysnäytteestä, jotka opinnäytetyöstä kirjoitettiin.
Digitaalisen valmistuksen etuja perinteisiin hammastekniikan valmistusmenetelmiin verrattuna ovat esimerkiksi valmistamisen nopeus, automaattisuus ja materiaalikustannusten vähäisyys. Näiden tekijöiden lisäksi hammastekniikan ammattilaisia kiinnostaa materiaalin kestävyys, sillä proteesit voivat olla käytössä useita vuosia. Irtoproteesien digitaaliseen valmistamiseen siirtyvä hammasteknikko saattaakin pohtia, onko kestävyyden kannalta merkitystä, millaisella tulostimella tai materiaalilla irtoproteeseja 3D-tulostetaan?
Yksi tulostin erottui joukosta
Tulostusasennon vaikutus 3D-tulostetun proteesin pohjalevymateriaalin taivutuslujuuteen- opinnäytetyössä tutkimme eri tulostussuuntien ja eri tulostimien/materiaalin vaikutuksia 3D-tulostetun proteesin pohjalevymateriaalin taivutuslujuuteen. Yhtenä tutkimuksen osana oli selvittää, onko tulostimella tai materiaalilla vaikutusta 3D- tulostetun proteesin pohjalevymateriaalin taivutuslujuuteen. Opinnäytetyössä vertailtiin eri laite- ja materiaalikombinaatioita keskenään. Kaikissa 3D-tulostimissa käytettiin valmistajan suosittelemaa proteesipohjalevymateriaalia. Mitään materiaalia ei ollut mahdollista tulostaa yhdellä ja samalla tulostimella. Näin ollen tutkimuksen tuloksista ei käy ilmi, onko kestävimmän kappaleen vahvuus seurausta käytetystä tulostimesta vai materiaalista. Tutkimuksessa käytettiin kolmea eri 3D- tulostinta ja materiaalia. Kaikki tulostimet olivat allasvalopolymerisaatiotulostimia. Valonlähteenä tulostimissa oli joko lasersäde (stereolithography, SLA) tai valoprojektori (digital light processing, DLP). Taulukossa 1. on esitetty tutkimuksessa käytetyt tulostimet, niiden käyttämät tulostustekniikat sekä materiaalit.
Testikappaleina tutkimuksessa käytettiin ISO 20795-1 -standardin mukaisia suorakaiteen muotoisia testikappaleita. Standardi määritteli testikappaleen koon lisäksi myös kolmepistetaivutustestauksessa käytettävät parametrit (Kuva1.). Testikappaleita tulostettiin kolmessa eri asennossa tulostusalustaan nähden.
Korkein taivutuslujuuden keskiarvo saavutettiin Formlabsin tulostimella ja materiaalilla. Tällä tulostimella tulostettujen kappaleiden keskiarvo oli 94 MPa. Kahden muun tulostimen testiryhmien keskiarvojen välillä ei ollut suurta eroa. Straumannin testiryhmien keskiarvo oli 76 MPa ja Asigan testiryhmien keskiarvo 78 MPa. Kuviossa 1. voi nähdä testikappaleiden taivutuslujuuden eri tulostimien ja tulostussuuntien suhteen.
Miksi Formlabsin testikappaleet olivat vahvimpia?
Formlabsin tulostimen erona muihin tutkimuksessa käytettyihin tulostimiin on sen käyttämä valonlähde. Formlabsin tulostin on SLA- eli stereolitografia- tulostin. Kaksi muuta tulostinta on DLP- eli digitaalinen valotusprosessi- tulostimia. SLA- tulostimien valokovetus tapahtuu lasersäteen avulla, kun taas DLP- tulostimet kovettavat materiaalin ultraviolettivaloa heijastavan projektorin avulla. Opinnäytetyön tutkimuksen tuloksista voidaan havaita SLA-tulostimilla valmistettujen kappaleiden olevan DLP-tulostimilla valmistettuja kappaleita vahvempia. Samaan tulokseen on päädytty useassa muussakin vastaavanlaisessa tutkimuksessa.
Valolähteellä on vaikutusta siihen, miten tulostuskerrokset sitoutuvat toisiinsa. DLP- tulostimet valokovettavat kappaleet kerros kerrokselta. Niissä valonlähteenä on projektori, joka kovettaa koko tulostuskerroksen yhdellä valosyklillä. SLA-tulostimien materiaali kovetetaan lasersääteellä. Tällöin kerros ei kovetu yhdellä kerralla, vaan lasersäteen liikkuessa nestemäinen resiini kovettuu altaan pohjalla vain säteen kokoiselta alueelta. Näin ei synny kerrosten välistä saumaa. Kolmiulotteisesti ajateltuna tästä voi olla hyötyä, koska saumattomasti valmistettu kappale on yhtä kestävä jokaisesta suunnasta testattuna. Ehkä tämän takia SLA- tulostimen testikappaleet olivat vahvempia kuin DLP- tulostimilla tulostetut. Eri tulostimilla tulostettujen kappaleiden jälkikäsittelymenetelmät vaihtelivat tutkimuksessa. Myös tämä voi osaltaan vaikuttaa testikappaleiden kestävyyteen.
ISO 20795-1 -standardin mukaan proteesin pohjalevyn taivutuslujuuden pitäisi olla vähintään 65 MPa. Keskiarvollisesti kaikkien tulostimien ryhmät ylittivät tämän lukeman. Straumannin tulostimen kanssa käytetyn Dreven proteesin pohjalevymateriaalin materiaalitiedoissa valmistaja antaa sen kestävyydeksi yli 80 MPa. Kuitenkaan kyseisestä materiaalista valmistettujen kappaleiden taivutuslujuus ei yltänyt tähän lukemaan tässä tutkimuksessa.
Keskeisimmät havainnot
- Tutkimuksessa käytetyistä tulostimista ja materiaaleista suurimmat taivutuslujuusarvot saavuttivat Formlabsin tulostin ja materiaali.
- Vahvimmat kappaleet valmistanut tulostin käytti SLA-tekniikkaa.
- Kaikilla tutkimuksessa käytetyillä tulostimilla saavutettiin ISO-standardin määrittämä yli 65MPa.
Pönni, V; Junttila, J & Halonen, E. 2026 Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2026050710136
Artikkeli on osa Turun AMK:n Suun terveys -tutkimusryhmän julkaisuja.