The effect of technological manufacturing process on the mechanical performance and binfing strenght of building materials of dentures

doctoral thesis

• Title (croatian): Utjecaj tehnološkog procesa proizvodnje na mehanička svojstva i veznu čvrstoću gradivnih materijala proteze
• Author: Vladimir Prpić
• Mentor: Samir Čimić (mentor)
• Committee member: Sonja Kraljević-Šimunković (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Robert Ćelić (član povjerenstva)
• Committee member: Zdravko Schauperl (član povjerenstva)
• Committee member: Nikša Dulčić (član povjerenstva)
• Committee member: Andreja Carek (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; School of Dental Medicine; (Department of Removable Prosthodontics); Zagreb
• Defense date and country: 2022-06-02, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: BIOMEDICINE AND HEALTHCARE; Dental Medicine; Prosthetic Dentistry
• Universal decimal classification (UDC): 616.31 - Stomatology

Abstract

Computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) technology is one of the fastest-growing aspects of modern dentistry, effecting all disciplines of dentistry, especially the fields of prosthodontics and restorative dental medicine. New materials and techniques are being continuously improved. The data about digital technologies and mechanical properties of these materials are scarce. The aim of the first part of the present study was to estimate and collate the mechanical... More properties
of different materials and technologies for denture base manufacturing. The evaluated mechanical properties were flexural strength, surface hardness, and impact strength. The aim of the second part of the present study was to define the shear bond strengths of different denture base resins to different types of prefabricated teeth (acrylic, nanohybrid composite, and cross-linked) and denture teeth produced by CAD/CAM technology (milling). Milled CAD/CAM materials for denture base fabrication showed enhanced mechanical properties when compared to heat-polymerized and 3D printed acrylics. 3D printed acrylics had mechanical properties lower than the majority of other tested denture base resins. Nevertheless, material’s polymerization type cannot guarantee its optimal mechanical properties. When comparing shear bond strengths between denture base materials and prefabricated teeth, heat-polymerized and milled CAD/CAM denture base resins showed higher shear bond strength values compared to the cold-polymerized ones. Cold-polymerized resins should be averted for binding artificial teeth to denture base resins. Denture teeth glued to a milled CAD/CAM denture base resin by using a bonding agent show the same shear bond strength values as the denture teeth adhered to heatpolymerized denture base resins. Less

Abstract (english)

Svrha rada
Napredak i razvoj dentalne medicine očituje se kroz dostupnost i uporabu novih materijala, jednako kao i njihovih novih tehnika obrade. Svrha ovog istraživanja bila je testirati mehanička svojstva materijala za izradu baza potpunih proteza izrađenih različitim tehnologijama, s naglaskom na digitalne tehnologije (computer-aided design/computer-aided manufacturing [CAD/CAM] što uključuje glodanje i trodimenzionalni ispis [3D printing]), te ispitati veznu čvrstoću između... More različitih vrsta zuba i baze proteze.
Materijali i postupci
Prvi dio istraživanja testirao je mehanička svojstva (savojna čvrstoća, tvrdoća i žilavost) materijala rabljenih za izradu baze potpunih proteza: tri različita toplopolimerizirajuća akrilata, tri CAD/CAM akrilata (glodanje), 3D printani akrilat te poliamid. Drugi dio istraživanja uspoređivao je veznu čvrstoću između različitih vrsta prefabriciranih zubi (akrilatni, nanohibridno kompozitni i umreženi) i umjetnih zubi dobivenih glodanjem s različitim materijalima za izradu baze potpunih proteza. Drugi dio istraživanja uključio je 10 grupa: hladnopolimerizirajući akrilat i akrilatne zube, hladnopolimerizirajući akrilat i zube od nanohibridnog kompozita, hladnopolimerizirajući akrilat i umrežene zube, toplopolimerizirajući akrilat i akrilatne zube, toplopolimerizirajući akrilat i zube od nanohibridnog kompozita, toplopolimerizirajući akrilat i umrežene zube, CAD/CAM (glodani) akrilat i akrilatne zube, CAD/CAM (glodani) akrilat i zube od nanohibridnog kompozita, CAD/CAM (glodani) akrilat i umrežene zube, CAD/CAM (glodani) akrilat i zube dobivene CAD/CAM obradom (glodanjem). U prvom dijelu istraživanja blokovi toplopolimerizirajućeg akrilata pripremili su se kivetiranjem dok su se blokovi poliamida pripremili postupkom injekcijskog prešanja prema uputama proizvođača. 3D printani uzorci (blokovi) pripremili su se prema STL datoteci u odgovarajućoj jedinici za 3D printanje, uz naknadnu svjetlosnu polimerizaciju u odgovarajućem uređaju prema uputama proizvođača. Svi navedeni uzorci (toplopolimerizirajući, poliamidni, 3D printani i CAD/CAM blokovi za glodanje) obradili su se na stroju za rezanje s vodenim hlađenjem (IsoMet 1000). Sve su se plohe dodatno obrađivale uporabom standardnog metalografskog papira za brušenje (P500, P1000 i P1200) do zadanih dimenzija s glatkim plohama. Savojna čvrstoća mjerila se testom trotočkastog opterećenja uporabom univerzalnog stroja za testiranje (10 uzoraka za svaki
testirani materijal dimenzija 64,0 x 10,0 x 3,3 ± 0,2 mm). Prije testiranja uzorci su bili uronjeni u vodenu kupku na 50 ± 1 sati, temperature 37 °C. Deset uzoraka dimenzija 64,0 x 10,0 x 3,3 ± 0,2 mm svakog materijala uporabila su se za testiranje tvrdoće. Sila od 358 N aplicirala se preko kuglice na vrijeme od 60 sekundi. Brinellova tvrdoća mjerila se na pet mjesta na svakom uzorku nakon čega je određena prosječna tvrdoća svakog uzorka. Ispitivanje udarne žilavosti provelo se
na Charpyjevom batu. Ispitivanje žilavosti provelo se mjerenjem točnih dimenzija uzorka s odgovarajućim urezanim utorom nakon čega se uzorak stavljao u oslonac, te se na njega s određene visine spustio bat koji je slobodnim padom lomio uzorak. Svaka ispitna skupina imala je 10 uzoraka dimenzija 80,0 x 10,0 x 4,0 ± 0,2 mm. Za drugi dio istraživanja uzorci su pripremljeni na sljedeći način: prefabricirani zubi uronjeni su u bezbojnu hladnopolimerizirajuću smolu u plastičnome kalupu. Nakon polimerizacije uzorci su izvađeni iz plastičnih kalupa. Cervikalna površina prefabriciranog zuba smještenog u bezbojnu smolu izložena je na rezalici s vodenim hlađenjem (IsoMet 1000). Metalni kalup uporabljen je za dobivanje silikonskog uzorka dimenzija 25,0 mm x 2,5 mm. U samom središtu silikonskog uzorka nalazio se kružni otvor dimenzija 5,0 mm x 2,5 mm koji je uporabljen za izradu cilindara. Navedeni silikonski uzorak zalijepio se na izloženu površinu zuba i hladnopolimerizirajuće smole uporabom univerzalnog ljepila. Cilindri toplopolimerizirajućeg akrilata izrađeni su postupkom kivetiranja dok su cilindri hladnopolimerizirajućeg akrilata izrađeni uporabom polimerizatora (Ivomat IP2) pri temperaturi od 40 ℃ i tlaku od 6 bara. Glodalica (Ceramill Mikro 5X) je rabljena za dobivanje CAD/CAM (glodanih) cilindara. CAD/CAM (glodani) cilindri zalijepljeni su adhezivnim sredstvom za CAD/CAM (glodani) materijal za izradu baze potpune proteze. Za testiranje uzoraka upotrijebljen je test smične čvrstoće (Nexygen). Uporabom stereomikroskopa (Olympus SZX10) prijelom je okarakteriziran kao adhezivan, kohezivan ili mješovit.
Rezultati
Glodani CAD/CAM materijal za izradu baze potpune proteze (IvoBase CAD) i poliamid pokazali su najveće vrijednosti savojne čvrstoće (ni jedan uzorak nije frakturirao tijekom testa trotočkastog opterećenja). U dvije skupine glodanih CAD/CAM materijala utvrđene su najviše vrijednosti tvrdoće (Interdent CC disc PMMA - 145,66 ± 2,22, te Polident CAD/CAM disc basic - 143,82 ± 2,22) dok je treća skupina pokazala najniže vrijednosti tvrdoće (Ivobase CAD - 95,54 ± 9,82), baš kao i poliamid (Vertex ThermoSens - 67,13 ± 10,64). 3D printani materijal (Nextdent Base) pokazao je najniže vrijednosti savojne čvrstoće (71,70 ± 7,38). Medijan test pokazao je značajne statističke razlike između testnih skupina za savojnu čvrstoću i tvrdoću (p < 0,001). Vrijednosti žilavosti iznosile su od 8,01 ± 3,52 kJ/m2 do 44,68 ± 39,37 kJ/m2
. Medijan test pokazao je razlike između materijala prilikom testiranja žilavosti (p < 0,001). Testom smične čvrstoće utvrđene su najniže vrijednosti između hladnopolimerizirajućeg akrilata i svih testiranih vrsta prefabriciranih zubi (akrilatni - 3,37 ± 2,14; nanohibridno kompozitni - 10,14 ± 3,30; umreženi - 10,06 ± 4,35). Između toplopolimerizirajućeg akrilata i CAD/CAM (glodanog) materijala za izradu baze potpune proteze, te testiranih umjetnih zubi nije pronađena značajna
razlika (p > 0,05).
Zaključak
CAD/CAM materijali za izradu baze proteze (glodanje) općenito pokazuju bolja mehanička svojstva u odnosu na toplopolimerizirajuće akrilate i 3D printani akrilat. Unatoč tome, tip polimerizacije materijala ne jamči njegova optimalna mehanička svojstva. Postoje razlike između različitih kombinacija materijala za izradu baze potpune proteze i prefabriciranih zubi. Hladnopolimerizirajući akrilati trebali bi se izbjegavati prilikom pričvršćivanja prefabriciranih zubi u bazu proteze. CAD/CAM (glodanje) i toplopolimerizirajući akrilati za izradu bazu proteze u kombinaciji s prefabriciranim zubima imaju slične vrijednosti prilikom testiranja smične čvrstoće. Less

• Keywords: Tooth; Artificial; Acrylic Resins; Computer-Aided Design
• Keywords (croatian): umjetni zub; akrilne smole; računalom vođeno oblikovanje
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:127:792313
• Promotion: 2022
• Study programme: Title: Obtaining a doctorate of science outside of doctoral studies; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti (doktor/doktorica znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2022-06-13 11:14:12