• 3D-tulostus
• mekaaniset ominaisuudet
• proteesin pohjalevy
• taivutuslujuus

Tietokoneavusteinen suunnittelu ja valmistus eli CAD/CAM-tekniikka on yleistynyt hammastekniikan alalla, erityisesti hammasproteesien valmistuksessa. Proteesien valmistuksessa käytetyimpiä tekniikoita ovat lisäävän valmistuksen tekniikat eli 3D-tulostus. Yksi yleisimmin hyödynnetyistä lisäävän valmistuksen menetelmistä on valokovetus altaassa-tulostusmenetelmä, jossa valokovetteiseen resiiniin heijastetaan kohdennetusti valoa.

Tulostusasennon vaikutus 3D-tulostetun proteesin pohjalevymateriaalin taivutuslujuuteen -opinnäytetyössä tutkittiin tulostussuunnan ja tulostimen/materiaalin vaikutusta 3D-tulostetun proteesin pohjalevymateriaalin taivutuslujuuteen. Tutkimuksessa tulostussuuntina käytettiin kolmea tulostussuuntaa: 0°, 45° ja 90°. Kyseiset tulostussuunnat katsottiin aina suhteessa tulostusalustaan. Tutkimuksessa haluttiin selvittää, miten tulostussuunta vaikuttaa kappaleen taivutuslujuuteen. Opinnäytetyön hypoteesina oli, että korkein taivutuslujuusarvo proteesin pohjalevymateriaalilla saadaan 90 asteen kulmassa tulostusalustaan nähden 3D-tulostetuilla kappaleilla. 

Opinnäytetyö toteutettiin osana Turun ammattikorkeakoulun Suun terveyden tutkimusryhmän Euroopan unionin osarahoittamaa Digitaalisen tutkimusinfrastuktuurin kehittäminen hammaslääketieteellisten laitteiden valmistukseen (DiTeDe)-hanketta. Tämä kirjoitus on yksi kolmesta kypsyysnäytteestä, jotka opinnäytetyöstä kirjoitettiin. 

Testikappaleet ja testausasetelma

Tutkimus toteutettiin standardin ISO 20795-1 mukaisille suorakaiteen muotoisille testikappaleille (64 mm x 10 mm x 3,3 mm) sekä alaleukaa simuloiville U:n muotoisille testikappaleille. Standardi määritteli suorakaiteen muotoisille testikappaleille koon lisäksi testausmenetelmän, joka oli kolmepistetaivutusmenetelmä. Opinnäytetyössä 3D-tulostettiin testikappaleita kolmella eri allasvalopolymerisaatio-tulostimella, joissa kaikissa käytettiin valmistajien suosittelemia proteesin pohjalevymateriaaleja. Testiryhmät lueteltuna ovat taulukossa 1. 

Kuvassa 1. on aseteltuna suorakaiteen muotoinen testikappale taivutustestauslaitteessa, jossa kuormituskärki kohdistaa voimaa 90 asteen kulmassa testikappaleeseen. Taivutustestauksessa kappaleita kuormitettiin niiden hajoamiseen asti. Kuormituskäyrän korkeinta kohtaa käytettiin testikappaleen taivutuslujuuden määrittämiseen. 

Hypoteesi osoittautui oikeaksi

Suorakaiteen muotoisten testikappaleiden taivutuslujuuksien keskiarvoiset arvot vaihtelivat testiryhmillä 61–99 MPa välillä. Kun kolmen eri tulostimen samaan suuntaan tulostettujen ryhmien keskiarvot laskettiin yhteen, vahvimmaksi tulostussuunnaksi osoittautui 90 asteen testiryhmä, joka saavutti korkeimman keskiarvon (88 MPa). Puolestaan heikoin tulostussuunnista oli 0 asteen testiryhmä, joka sai pienimmän keskiarvon (78 MPa). Kuviossa 1. on esitettynä suorakaiteen muotoisten testikappaleiden taivutuslujuuden tulokset. 

Suorakaiteen muotoisten testikappaleiden tulosten analysoinnissa käytettiin kaksisuuntaista varianssianalyysiä ja Tukeyn post hoc -testiä. Tulokset analysoitiin tilastollisesti SPSS-ohjelmistolla. Kaksisuuntainen varianssianalyysi osoitti, että tulostussuunnalla (p < 0,001) on tilastollisesti merkitsevä vaikutus kappaleen taivutuslujuuteen. Lisäksi post hoc -testi osoitti, että 90 asteen kulmassa tulostettujen kappaleiden taivutuslujuus oli merkitsevästi suurempi kuin 0 ja 45 asteen kulmissa tulostettujen kappaleiden (p < 0,001). Kyseinen testi osoitti myös, että 0 ja 45 asteen kulmissa tulostettujen kappaleiden välillä ei havaittu merkittävää eroa toisiinsa nähden (p = 0,437). 

Valmistustavasta johtuva anisotropia ei heikentänyt kappaleita

90 asteen kulmassa tulostetut testikappaleet, osoittautuivat vahvimmiksi. Näissä kappaleissa tulostetut kerrokset ja niiden väliset saumat olivat saman suuntaisesti tulostuskärjen liikesuunnan kanssa (Kuva 2.). Jos ajatellaan, että kerrosten välinen sauma on tulostetuissa testikappaleissa heikoin kohta, niin kyseisen 90 asteen kulmassa tulostettujen testikappaleiden ryhmän tulisi olla heikoin. 

Allasvalopolymerisaatio-menetelmällä valmistetuissa hammasteknisissä kappaleissa käytetään isotrooppisia materiaaleja. Tällaisella materiaalilla on samanlaiset mekaaniset ominaisuudet joka suuntaan (Diegel ym. 2020, 117). Käytetyn valmistusmenetelmän takia tulostetut hammastekniset kappaleet ovat silti anisotrooppisia. Tällä tarkoitetaan sitä, että kappaleen mekaaniset ominaisuudet vaihtelevat sen mukaan, missä suunnassa kappale on tulostettu ja mistä suunnasta siihen kohdistetaan voimaa. Tämä johtuu kerrosten välisestä saumasta. (Diegel ym. 2020, 93.) Tulostuskerrosten välisen sidoksen oletetaan olevan mekaanisesti heikompi kuin itse materiaali. Lisäksi tässä oletetaan, että saumat voivat toimia murtuman alkamiskohtina, jos niihin kohdistetaan voimaa sauman suuntaisesti. Nyt tehty opinnäytetyö ei tue tätä väittämää. 

Kahdella DLP-tulostimella vahvimmat tulokset saatiin 90 asteen kulmassa tulostetuilla testikappaleilla. Tämä osoittaa, että sidos voi olla myös vahva, vaikka jokainen tulostuskerros kovettuu yhdellä valotuskerralla ja sen sekä seuraavan kerroksen väliin syntyy sauma eli rajapinta. Kolmannen tulostimen valonlähteenä oli lasersäde (Form 3). Tästä syystä Formlabsilla tulostettujen ryhmien tulokset olivat erilaiset, 90 asteen ryhmä oli heikoin. Kun materiaali kovetetaan lasersäteellä, koko kerros ei kovetu yhdellä kerralla, vaan pikkuhiljaa lasersäteen kovettaessa säteen halkaisijan verran materiaalia kerrallaan. Käytännössä näin ei synny kerrosten välistä saumaa ja kappaleeseen ei synny valmistustavasta johtuvia anisotroopisia ominaisuuksia. 

Anisotropian toteutumista tutkittiin myös tarkastelemalla testikappaleiden murtumakohtia. Jos anisotropia olisi toteutunut, kaikki kappaleet olisivat haljenneet tulostuskerrosten välisten sidosten suuntaisesti. Kuitenkin murtumatyypit erosivat toisistaan, eikä niissä ollut havaittavissa säännöllisyyttä tulostussuunnista riippumatta. Kuvasta 3. voi havaita murtumatyyppien poikkeamat, vaikka kappaleet ovat tulostettu samassa asennossa sekä samalla tulostin/materiaali -kombinaatiolla. 

Kolme keskeistä johtopäätöstä:

1. Tulostussuunta vaikuttaa 3D-tulostettujen testikappaleiden taivutuslujuuteen – DLP-tulostimilla vahvin tulos saatiin 90 asteen kulmassa tulostetuilla suorakaiteen muotoisilla testikappaleilla.
2. Kappaleen vahvuudessa ei ole huomattavaa eroa, tulostaako kappaleen 0 vai 45 asteen kulmassa.
3. Anisotropia ei toteutunut teorian mukaisesti tässä tutkimuksessa.

Halonen, E.; Junttila, J. & Pönni, V. 2026. Turun ammattikorkeakoulun opinnäytetyö. https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2026050710136

Artikkeli on osa Turun AMK:n Suun terveys -tutkimusryhmän julkaisuja.

Lähteet: 

AlGhamdi, M. A.; Fouda, S.; Gad, M. M.: Ji, W.; & Rohr, N. 2025. Flexural Strength and Surface Properties of 3D-Printed Denture Base Resins-Effect of Build Angle, Layer of Thickness and Aging. Materials. Vol 18. No 4. 913. Viitattu 10.10.2025. 

Attal, J. -P.; Caussin, E.; Dursun, E.; Fasham, T.; François, P.; Le Goff, S.; Moussally, C.; Tapie, L & Troisier-Cheyne M. 2024. Vat Photopolymerization 3D Printing in Denistry: A Comprehensive Review of Actual Popular Technologies. Materials. Vol 17. No 4. 950. Viitattu 30.11.2025

Hajnys, J.; Jancar, L.; Jansa, J.; Ma, Q. -P.; Mesicek, J.; Pagac, M. & Stefek, P. 2021. A Review of Vat Photopolymerization Technology: Materials, Applications, Challenges, and Future Trends of 3D Printing. Polymers. Vol 13. No 4. 598. Viitattu 12.11.2025. 

Diegel, O.; Nordin, A. & Motte, D. 2020. A Practical Guide to Design for Additive Manufacturing. Singapore. Springer. 93, 117. Viitattu 10.11.2025.