DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-05384-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39856698
تاريخ النشر: 2025-01-24
المؤلف: Zhenyun Du وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
هدفت الدراسة إلى تقييم مقاومة التآكل والكسور للتاج الواحد المصنوع من راتنجات الطباعة ثلاثية الأبعاد المطورة حديثًا مقارنة بأقراص الكومبوزيت التقليدية CAD/CAM بعد الشيخوخة الحرارية الميكانيكية في جهاز محاكاة المضغ. تم إنشاء 112 نموذجًا من الفولاذ المقاوم للصدأ لمحاكاة الأضراس الأولى السفلية اليسرى، مع إنتاج التيجان من ثلاثة أقراص CAD/CAM مختلفة (Grandio Voco [GR]، breCAM HIPC [HC]، وShofu HC [SF]) وأربعة راتنجات مركبة دائمة مطبوعة ثلاثية الأبعاد (Nexdent C&B MFH [ND]، Permanent Bridge Saremco [PB]، VarseoSmile Crownplus [VSC]، وŞenertek P-Crown [PC]). استخدمت الدراسة المجهرية المجسمة، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وتحليل طريقة العناصر المحدودة (FEM)، مع إجراء تقييمات إحصائية باستخدام ANOVA، واختبارات t المزدوجة، واختبار Tukey’s HSD (α = 0.05).
أشارت النتائج إلى وجود اختلافات كبيرة في مقاومة التآكل والكسور بين المجموعات (P < .05)، حيث أظهرت مجموعة VSC أعلى مقاومة للتآكل ومجموعة PC أقلها. أظهرت مجموعة GR أعلى مقاومة للكسور، بينما أظهرت مجموعة PC أقلها. أكدت تحليل FEM نتائج اختبار الكسور، كاشفة عن تشابه بنسبة 87% مع البيانات في المختبر. تشير النتائج إلى أن التيجان المنتجة عبر كل من الطحن CAD/CAM والطباعة ثلاثية الأبعاد تمتلك مقاومة مقبولة للتآكل والكسور للتطبيقات السريرية، على الرغم من أنه يُوصى بإجراء دراسات سريرية إضافية لدعم أداء المواد القائمة على الراتنج. بالإضافة إلى ذلك، لاحظت الدراسة أن التيجان المنتجة من خلال التصنيع الإضافي أظهرت أنماط كسور لاميلية، مما يتناقض مع الكسور ذات السطح المسطح التي لوحظت في التيجان المطحونة.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية تطور سير العمل في التصميم بمساعدة الكمبيوتر / التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAD/CAM) في إنتاج التعويضات السنية الثابتة المدعومة بالأسنان والغرسات (FDPs). تبرز الطريقتين الرئيسيتين في التصنيع: التصنيع القائم على الإزالة (SM) والتصنيع الإضافي (AM)، حيث يقدم AM مزايا مثل تقليل هدر المواد، وتكاليف أقل، وبصمة كربونية أصغر. تشير الورقة إلى الاستخدام المتزايد للمواد القائمة على الراتنج المبتكرة في طب الأسنان التعويضي، وخاصة للتعويضات المؤقتة، وتؤكد على الاهتمام المتزايد في مقارنة أداء التيجان الفردية المنتجة بواسطة كلا الطريقتين التصنيعتين.
تم الإشارة إلى عدة دراسات، تشير إلى أنه بينما كانت الطرق التقليدية القائمة على الإزالة سائدة، فإن التصنيع الإضافي يكتسب زخمًا بسبب التقدم في راتنجات الكومبوزيت القابلة للطباعة. تشير نتائج الأبحاث إلى أداء ومقاومة كسور قابلة للمقارنة بين التيجان المنتجة بواسطة الطحن CAD/CAM والطباعة ثلاثية الأبعاد، على الرغم من ملاحظة اختلافات في قوى الكسور. تحدد الورقة الفجوات في الأدبيات المتعلقة بالاستقرار الميكانيكي ومقاومة الكسور للتعويضات الدائمة عبر تقنيات التصنيع المختلفة، وخاصة فيما يتعلق بعوامل مثل الشيخوخة الحرارية الميكانيكية وتكنولوجيا الطابعات. تهدف الدراسة إلى معالجة هذه الفجوات من خلال مقارنة FDPs المنتجة من خلال تقنيات التصنيع الإضافي والطحن، مع فرضية أنه لن يتم ملاحظة اختلافات كبيرة بين المجموعات التجريبية.
الطرق
تم تمويل الدراسة بواسطة منحة رقم TDH-2023-3265 من جامعة إينونو وحصلت على موافقة أخلاقية لاستخدام الأسنان الأولى الم premolar المستخرجة. شملت الأبحاث إنتاج تيجان فردية من ثلاثة مواد مختلفة باستخدام تقنيات التصنيع الإضافي، مع التركيز على نموذج سن الضرس الأول السفلي. تضمنت مواصفات التصميم طول التاج 5000 ميكرومتر، وشق مائل بعرض 1000 ميكرومتر، وزاوية تقارب إجمالية قدرها 6° باستخدام برنامج CAD (AutoCAD 2012). تم إنشاء 112 قالبًا من الفولاذ المقاوم للصدأ، مع تحديد أحجام العينات بناءً على الأدبيات السابقة لضمان قوة إحصائية كافية.
تم تصنيع التيجان باستخدام كل من آلة الطحن ذات 5 محاور وطابعة DLP، مع وجود عمليات معايرة صارمة لضمان الاتساق. تم تقييم الخصائص الميكانيكية، بما في ذلك مقاومة التآكل والكسور، من خلال اختبارات صارمة في جهاز محاكاة مضغ متعدد الوظائف يحاكي عامين من الخدمة داخل الفم. تم قياس عمق التآكل وقوى الكسور للتيجان باستخدام مسح داخل الفم عالي الدقة وتم تحليلها إحصائيًا باستخدام SPSS 22، مع استخدام اختبارات مختلفة مثل ANOVA واختبار Kruskal-Wallis لتقييم الاختلافات بين المواد الترميمية.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم عمق التآكل وقوى الكسور لمجموعات الراتنج المختلفة، مما كشف عن اختلافات ذات دلالة إحصائية بينها (P < .05). أظهرت مجموعة PC أعلى عمق تآكل وسطي، بينما كانت مجموعة VSC الأقل. أشارت المقارنات الزوجية إلى أن مجموعة PC كانت لديها اختلافات كبيرة في عمق التآكل مقارنة بمجموعات ND وHC وVSC، وتم ملاحظة نتائج مماثلة لمجموعة PB. أظهرت مجموعة GR اختلافات كبيرة في عمق التآكل فقط مع مجموعة VSC. أظهرت مجموعات ND وHC وVSC أعماق تآكل وسطي أقل مقارنة بمجموعات الراتنج الأخرى. أشارت قياسات قوى الكسور بعد الشيخوخة الحرارية الميكانيكية إلى أن مجموعة GR كانت لديها أعلى متوسط لقوة الكسور (4895.25 ± 52.19 N)، بينما كانت مجموعة PC الأقل (1567.2 ± 35.36 N)، مع ظهور اختلافات كبيرة بين جميع المجموعات (P < .05). من الجدير بالذكر أنه لم يكن من الممكن إثبات تفوق مقاومة الكسور لمجموعتي PC وND إحصائيًا (P = .193). كشفت التحليلات المجهرية المجسمة وSEM عن أنماط كسور مميزة مرتبطة بأساليب الإنتاج، مع ملاحظة تشكيلات فوهات على الأسطح الماضغة بعد اختبارات التآكل. أكدت تحليل طريقة العناصر المحدودة (FEM) نتائج اختبار الضغط، مؤكدة على تفوق مقاومة الكسور لمجموعة GR وأداء مجموعة PC الأدنى، مع تصنيف توزيع الإجهاد كالتالي: GR > SF > HC > PB > VSC.
المناقشة
في هذه المناقشة، يفحص المؤلفون الخصائص الميكانيكية وأداء مواد الكومبوزيت CAD/CAM، خاصة في سياق التيجان السنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد. يبرزون أن هذه المواد تظهر قوة انحناء عالية ومرونة منخفضة، مما يسمح بتشوه مرن كبير قبل الفشل. تؤكد الدراسة على أهمية معامل المرونة ومعامل المرونة في فهم سلوك التآكل والكسور، مشيرة إلى أن الاختلافات في هذه الخصائص يمكن أن تؤثر على نتائج اختبارات التآكل والكسور. يشير المؤلفون أيضًا إلى أنه بينما تعتبر تكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد جديدة نسبيًا في طب الأسنان، فإنها تواجه تحديات مثل المظهر الجمالي، ومقاومة التآكل، وجودة الربط، والتي تعتبر حاسمة لطول عمر التعويضات.
تشير النتائج إلى أن قوة الربط بين التعويض والركيزة، بالإضافة إلى سمك التعويض، تؤثر بشكل كبير على الأداء السريري. قامت الدراسة بتوحيد معالجة السطح والاسمنت الراتنجي لتعزيز قوة الربط، بينما قامت أيضًا بتقييم تأثير سمك التعويض على الخصائص الميكانيكية. لاحظ المؤلفون أن آليات التآكل تختلف بين المواد المنتجة بواسطة الطحن والطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث تظهر الأخيرة أنماط تآكل أكثر تعقيدًا بسبب مشكلات الربط بين الطبقات. تشير النتائج إلى أن التيجان المطبوعة ثلاثية الأبعاد تظهر مقاومة كافية للتآكل للاستخدام السريري، على الرغم من أنها قد تكون لديها قوى كسور أقل مقارنة بالتيجان المطحونة. بشكل عام، تدعو الدراسة إلى مزيد من الأبحاث لربط النتائج المخبرية بالنتائج السريرية، خاصة فيما يتعلق بتصميم وسمك التيجان، مع الإشارة أيضًا إلى مزايا الطباعة ثلاثية الأبعاد في تقليل تعقيد الإنتاج.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-05384-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39856698
Publication Date: 2025-01-24
Author(s): Zhenyun Du et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
The study aimed to evaluate the wear and fracture resistance of single crowns made from newly developed 3D printer resins compared to traditional composite CAD/CAM discs after thermomechanical aging in a chewing simulator. A total of 112 stainless steel die models were created to simulate mandibular left first molars, with crowns produced from three different CAD/CAM discs (Grandio Voco [GR], breCAM HIPC [HC], and Shofu HC [SF]) and four 3D printed permanent composite resins (Nexdent C&B MFH [ND], Permanent Bridge Saremco [PB], VarseoSmile Crownplus [VSC], and Şenertek P-Crown [PC]). The study employed stereomicroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and Finite Element Method (FEM) analysis, with statistical evaluations conducted using ANOVA, paired t-tests, and Tukey’s HSD test (α = 0.05).
Results indicated significant differences in wear and fracture resistance among the groups (P < .05), with the VSC group exhibiting the highest wear resistance and the PC group the lowest. The GR group demonstrated the highest fracture resistance, while the PC group showed the lowest. The FEM analysis corroborated the fracture test results, revealing an 87% similarity to the in vitro data. The findings suggest that crowns produced via both CAD/CAM milling and 3D printing possess acceptable wear and fracture resistance for clinical applications, although further clinical studies are recommended to support the performance of resin-based materials. Additionally, the study noted that crowns produced through additive manufacturing exhibited lamellar fracture patterns, contrasting with the flat surface fractures observed in milled crowns.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the evolution of computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) workflows in the production of tooth-and implant-supported fixed dental prostheses (FDPs). It highlights the two primary manufacturing methods: subtractive manufacturing (SM) and additive manufacturing (AM), with AM offering advantages such as reduced material waste, lower costs, and a smaller carbon footprint. The paper notes the increasing use of innovative resin-based materials in prosthetic dentistry, particularly for interim restorations, and emphasizes the growing interest in comparing the performance of single crowns produced by both manufacturing methods.
Several studies are referenced, indicating that while traditional subtractive methods have been prevalent, additive manufacturing is gaining traction due to advancements in printable composite resins. Research findings suggest comparable performance and fracture resistance between crowns produced by CAD/CAM milling and 3D printing, although variations in fracture forces were noted. The paper identifies gaps in the literature regarding the mechanical stability and fracture resistance of permanent restorations across different manufacturing techniques, particularly in relation to factors such as thermomechanical aging and printer technology. The study aims to address these gaps by comparing FDPs produced through additive and milling techniques, with the hypothesis that no significant differences will be observed between the experimental groups.
Methods
The study was funded by grant No. TDH-2023-3265 from İnönü University and received ethical approval for the use of extracted first premolar teeth. The research involved the production of single crowns from three different materials using additive manufacturing techniques, with a focus on a mandibular first molar tooth model. The design specifications included a crown length of 5000 μm, a 1000 μm wide angled chamfer, and a total taper angle of 6° using CAD software (AutoCAD 2012). A total of 112 stainless steel dies were created, with sample sizes determined based on previous literature to ensure adequate statistical power.
The crowns were fabricated using both a 5-axis milling machine and a DLP printer, with strict calibration processes in place to ensure consistency. Mechanical properties, including wear and fracture resistance, were evaluated through rigorous testing in a multifunctional chewing simulator that mimicked two years of intraoral service. The wear depth and fracture forces of the crowns were measured using high-resolution intraoral scanning and analyzed statistically using SPSS 22, employing various tests such as ANOVA and the Kruskal-Wallis Test to assess differences among the restorative materials.
Results
In this study, the wear depth and fracture forces of various resin groups were evaluated, revealing statistically significant differences among them (P < .05). The PC group exhibited the highest median wear depth, while the VSC group had the lowest. Pairwise comparisons indicated that the PC group had significant wear depth differences compared to the ND, HC, and VSC groups, and similar findings were noted for the PB group. The GR group showed significant wear depth differences only with the VSC group. The ND, HC, and VSC groups demonstrated lower median wear depths compared to other resin groups. Fracture force measurements after thermomechanical aging indicated that the GR group had the highest mean fracture force (4895.25 ± 52.19 N), while the PC group had the lowest (1567.2 ± 35.36 N), with all groups showing significant differences (P < .05). Notably, the fracture resistance superiority of the PC and ND groups could not be statistically established (P = .193). Stereomicroscopic and SEM analyses revealed distinct fracture patterns related to the production methods, with pit-shaped crater formations observed on the occlusal surfaces post-wear tests. Finite Element Method (FEM) analysis corroborated the compression test results, confirming the GR group's superior fracture resistance and the PC group's inferior performance, with stress distribution ranking as GR > SF > HC > PB > VSC.
Discussion
In this discussion, the authors examine the mechanical properties and performance of CAD/CAM composite materials, particularly in the context of 3D-printed dental crowns. They highlight that these materials exhibit high flexural strength and low flexural modulus, allowing for significant elastic deformation before failure. The study emphasizes the importance of elastic modulus and resilience modulus in understanding wear and fracture behavior, noting that variations in these properties can influence the outcomes of abrasion and fracture tests. The authors also point out that while 3D printing technology is relatively new in dentistry, it faces challenges such as aesthetic appearance, wear resistance, and bond quality, which are critical for the longevity of restorations.
The findings indicate that bond strength between the restoration and substrate, as well as restoration thickness, significantly affect clinical performance. The study standardized surface treatment and resin cement to enhance bond strength, while also evaluating the impact of restoration thickness on mechanical properties. The authors observed that wear mechanisms differ between materials produced by milling and 3D printing, with the latter exhibiting more complex wear patterns due to interlayer bonding issues. The results suggest that 3D-printed crowns demonstrate sufficient wear resistance for clinical use, although they may have lower fracture forces compared to milled crowns. Overall, the study calls for further research to correlate laboratory findings with clinical outcomes, particularly regarding the design and thickness of crowns, while also noting the advantages of 3D printing in reducing production complexity.