Einfluss der Druckorientierung auf die mechanischen Eigenschaften von 3D-gedruckten Aufbissschienen

Abstract

Der 3D-Druck bietet viele Vorteile gegenüber konventionellen Fertigungsmethoden, insbesondere in Hinblick auf Kosten- und Zeitersparnis. In einigen Bereichen der Zahnmedizin, wie der Mund, Kiefer-, und Gesichtschirurgie, wird dieser bereits erfolgreich eingesetzt. Aufbissschienen hingegen, welche zur Behandlung von Bruxismus und Craniomandibulären Dysfunktionen (CMD) verwendet werden, werden aufgrund der geforderten mechanischen Eigenschaften standardmäßig aus Polymethylmethacrylat (PMMA) gefräst. Derzeit besteht begrenztes Wissen, wie mittels 3D-Druck vergleichbare Materialeigenschaften von konventionell gefertigten Schienen erreicht werden. Es ist bekannt, dass sowohl die Materialauswahl als auch die Druckeinstellungen einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften 3D-gedruckter Objekte haben. Ziel dieser Untersuchung ist die Analyse des Einflusses verschiedener Druckwinkel (0°, 45°, 90°) auf die mechanischen Eigenschaften patientenspezifischer Aufbissschienen. Angewendet wurde dafür das 3D-Druckverfahren der Stereolythographie (SLA) und ein biokompatibles Photopolymer-Harz. Als Referenz diente eine Kontrollgruppe aus gefrästen PMMA-Schienen. An der Universitätszahnklinik der Medizinischen Universität Wien wurde im Zuge dieser Arbeit ein Prüfaufbau entwickelt, um anschließend reale Aufbissschienen auf deren mechanische Eigenschaften zu testen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass alle Testschienen der maximalen Prüfkraft von 2000 N standhielten. Die 90°-gedruckten Schienen zeigen in den Kraft-Verformungsdaten, in den untersuchten Punkten von 415 N und 775 N, einen signifikanten Unterschied zu allen anderen Gruppen, und weisen die größte Flexibilität und somit geringste Festigkeit auf. Hingegen konnten zwischen der 0°-, 45°- und der Kontrollgruppe keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Die beiden Gruppen 0° und 45° zeigen somit eine vergleichbare Flexibilität und Festigkeit zur Kontrollgruppe. Diese beiden Druckorientierungen weisen ein vielversprechendes Potential für die künftige Herstellung von additiv gefertigten Aufbissschienen auf. Für die klinische Anwendung sind noch weiterführende Untersuchungen zur Abriebfestigkeit sowie zum Einfluss von Alterungsprozessen auf die mechanische Festigkeit vorzunehmen. Folglich könnten additiv gefertigte Aufbissschienen den Patient*innen eine kostengünstige, zeitsparende sowie qualitativ hochwertige Lösung bieten.3D printing offers several advantages over conventional manufacturing methods, particularly in terms of cost and time savings. In certain fields of dentistry, such as oral and maxillofacial surgery, it is already being successfully applied. Occlusal splints are commonly used as part of the treatment of bruxism and temporomandibular disorders (TMD). These splints are typically milled from polymethyl methacrylate (PMMA) due to the required mechanical properties. Currently, there is limited knowledge of 3D printing. However, it is known that both material selection and printing parameters significantly influence the mechanical properties of 3D-printed objects. The aim of this study therefore is to analyze the influence of different printing orientations (0°, 45°, 90°) on the mechanical properties of patient-specific occlusal splints. In this project, splints were printed using stereolithography (SLA) and a biocompatible photopolymer resin. A control group consisting of milled PMMA splints serves as a reference. As part of this work, a test setup was developed at the University Clinic of Dentistry of the Medical University Vienna to evaluate the mechanical properties of real occlusal splints. The results of this investigation indicate that all test splints resisted the maximum applied force of 2000 N. Splints printed at 90° orientation exhibited in the analysed points of 415 N and 775 N a significantly altered force-displacement response compared to all other groups, characterized by the greatest flexibility and consequently the lowest mechanical strength. In contrast, no statistically significant differences were observed between 0°, 45° and control group. The 0° and 45° printed splints exhibited comparable flexibility and strength to the conventionally milled control group, suggesting promising potential for future use in additive manufacturing of occlusal splints. However, further investigations are needed regarding wear resistance and the influence of aging processes on mechanical strength. Overall, manufactured splints could thus offer patients a cost-effective, time-effective, and high-quality treatment option.ausgeführt von: Verena WolfsöldnerMasterarbeit Fachhochschule Technikum Wien 202