U-muotoisen testikappaleen vaikutus taivutuslujuuteen.
Tietokoneavusteinen suunnittelu ja valmistus eli CAD/CAM-tekniikka on yleistynyt viime vuosina laajasti. Digitaalinen valmistus on osoittanut lupaavia tuloksia hammastekniikassa ja niiden käyttö alalla kasvaa jatkuvasti. 3D-tulostuksen etuja ovat muun muassa työprosessin nopeus ja automaattisuus, sekä verrattain matalat materiaalikustannukset ja materiaalihävikin vähäisyys.
Tulostusasennon vaikutus 3D-tulostetun proteesin pohjalevymateriaalin taivutuslujuuteen -opinnäytetyön aiheena tutkittiin 3D-tulostettujen proteesin pohjalevymateriaalin mekaanisia ominaisuuksia. 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, joka opinnäytetyöstä kirjoitettiin.
Tutkimuksessa käytettiin kahta erilaista kappaletta, jotka olivat suorakaiteen muotoisia ja U:n muotoisia kappaleita. Tämä kirjoitus keskittyy U:n muotoisiin kappaleisiin. Kappaleita tutkittiin kolmella eri materiaalilla sekä tulostusasennolla. Tulostusasennot tutkimuksessa olivat 0, 45 ja 90 astetta. Kappaleen päätarkoituksena oli testata, voiko U:n muotoista kappaletta testata ja saada kelvollisia tuloksia.
Kuva 1. U:n muotoiset kappaleet tulostusalustassa.
Menetelmät
U-muotoisia testikappaleita tulostettiin yhteensä 90 kpl. Valmistamiseen käytettiin kolmea eri tulostinta. Jokaisen tulostimen kanssa käytettiin tulostimeen soveltuvaa proteesipohjalevymateriaalia. Tulostimet ja materiaalit olivat seuraavat:
· Formlabs Form 3b+ ja Formlabs, Denture Base Resin V1 (Formlabs)
· Straumann P30 ja FotoDent Denture (Dreve)
· Asiga Ultra ja Lucitone Digital Print (Dentply Sirona)
Kaikki testikappaleet tulostettiin samalla 50 µm kerrospaksuudella ja niissä käytettiin tulostustukia, jotta kaikkien kappaleiden ominaisuudet olisivat mahdollisimman samankaltaiset. Tulostuksen ja jälkikäsittelyn jälkeen kappaleista poistettiin tuet ja ne hiottiin tukien kohdalta tasaiseksi.
U:n muotoisen testikappaleen leveys (10 mm (±0,1)) ja paksuus (3.3 mm (±0,1)) olivat samat kuin ISO 20795-1 standardia vastaavalla suorakaiteen muotoisella testikappaleella. U:n muotoisen testikappaleen pituus (57mm (±0,1)) ja kärkivälin leveys (61 mm (±0,1). Mitat saatiin mittaamalla alaleuan kipsimallien hammaskaarten leveyksiä. Mittauksia tehtiin 20 kappaletta ja niistä laskettiin keskiarvo.
Kuva 2. Kaksipistetaivutus.
Kaksipistetaivutuksista U:n muotoisille kappaleista mitattiin kuormankantokyky arvot.Tätä varten U:n muotoisille testikappaleille 3D-tulostettiin testausjigi, johon testikappale saatiin kiinni molaarialueelta. Testausjigi kiinnitettiin kuormituskärjen alle niin, että testikärki osui testikappaleeseen kiinnityspuolen kuvitteellisen kulmahampaan kohdalle (kuva 2). Testikappaleeseen kohdistuva voiman suunta vastasi proteesiin kohdistuvien purentavoimien suuntaa. Testikärjen nopeudeksi asetettiin 10 mm/min ja testikärki liikkui kuormituksen aikana maksimissaan 10 mm pituisen matkan. Kaikissa kappaleissa kuormitusvoimakäyrän maksimipiste saavutettiin ennen 10 mm matkaa.
Tulokset
U:n muotoisista kappaleista suurin kuormankantokyky keskiarvo (69 N) saatiin testiryhmällä 45 astetta Formlabs. Pienimmän arvon (48 N) sai ryhmä 0 astetta Straumann. U:n muotoisten kappaleiden kuormankantokykyjen keskiarvot testiryhmittäin on esitetty kuviossa 1. U:n muotoisilla kappaleilla tulostin/materiaali- ryhmistä arvoltaan vahvimmaksi osoittautui Formlabs (64 N) ja heikoimmaksi Straumann (50 N), kun eri tulostussuunnat laskettiin yhteen. Tulostussuunnista suurimman arvon saavutti 45 astetta (58 N) ja pienimmän 90 astetta (51 N), kun tulostin/materiaali- kombinaatiot laskettiin yhteen.
Kuvio 1. U:n muotoisten kappaleiden kuormankantokyvyn keskiarvot testiryhmittäin.
Analysointi
Kuten oli suorakaiteen muotoisillakin testikappaleilla, niin myös U:n muotoisella kappaleella keskiarvollisesti katsottuna suurimman kuormankantokyky arvon saavutti Formlabsin tulostin ja heikoimman Straumannin tulostin. Formlabsilla tulostetut U:n muotoiset testikappaleet olivat 27,3 % vahvempia kuormankantokyvyltään kuin Straumannin tulostimella tulostetut testikappaleet ja 23,2 % vahvempia kuin Asigalla tulostetut U:n muotoiset testikappaleet.
Tuloksia analysoitiin vertailemalla keskenään testiryhmien kuormankantokyky tuloksia. Niistä laskettiin keskiarvoja ja keskihajonta. Tulosten analysointi osoitti, että tulostussuunta ja materiaali vaikuttavat merkittävästi kappaleiden mekaanisiin ominaisuuksiin. Samoin testikappaleen muodolla oli vaikutusta tuloksiin. Suorakaiteen muotoiset testikappaleet kestivät paremmin kuormaa kuin U:n-muotoiset testikappaleet.
Keskeistä johtopäätöstä
·
- U:n muotoisilla kappaleilla on mahdollista saada ryhmien välille vertailu kelpoisia tuloksia.
- Koko opinnäytetyössä suorakaiteen muotoisten testikappaleiden vahvin ryhmä oli 90 astetta. U-mallisilla testikappaleilla tämä tulostussuunta osoittautui heikoimmaksi. Tämä osoittaa, että testikappaleen muodolla on vaikutusta taivututuloksiin.
- Tulosten analysointi osoitti, että tulostussuunta ja materiaali vaikuttavat merkittävästi kappaleiden mekaanisiin ominaisuuksiin.
Artikkeli on osa Turun AMK:n Suun terveys -tutkimusryhmän julkaisuja.