DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-36723-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41559345
تاريخ النشر: 2026-01-21
المؤلف: Rodrigo Oyonarte وآخرون
الموضوع الرئيسي: تقويم الأسنان وطب الأسنان الوجهية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الخصائص الميكانيكية لثلاثة مواد مصفوفة مباشرة مطبوعة للأسنان—TC-85 وTR-07 وTA-28—بالمقارنة مع مادتين تقليديتين مصفوفة حرارياً، Zendura-A وZendura-Flx، تحت ظروف فسيولوجية محاكاة. تم غمر العينات في حمام مائي بدرجة حرارة 37 °م لفترات زمنية متفاوتة، وتم إجراء اختبارات الشد لتقييم معامل يونغ (ميغاباسكال)، والانفعال عند الكسر (%)، وقوة الشد (نيوتن) عند انفعالات 1% و2% و3%. أظهرت النتائج أنه بعد 14 يومًا من الغمر، أظهرت المواد المطبوعة مباشرة قوى شد أقل بكثير (4.04-7.24 نيوتن عند انفعال 1% و7.30-13.48 نيوتن عند انفعال 3%) مقارنة بالمواد المصنوعة حرارياً (26.26-32.91 نيوتن عند انفعال 1% و32.91-65.23 نيوتن عند انفعال 3%).
من الجدير بالذكر أن TC-85 أظهر زيادة بنسبة 25.3% في الانفعال عند الكسر بعد 30 دقيقة من الغمر، بينما شهدت المصفوفات المصنوعة حرارياً انخفاضًا بنسبة 5.5%. تشير النتائج إلى أن الراتنجات المطبوعة مباشرة، التي تتميز بسلوك لزج مرن استجابةً للحرارة، توفر ملف قوة تقويمية أكثر ملاءمة للمصفوفات الشفافة بسبب أحمالها الميكانيكية الأقل وخصائص الانفعال المحسنة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الطلب المتزايد على علاج المصفوفات الشفافة (CAT) في تقويم الأسنان، لا سيما بين البالغين الذين يسعون إلى حلول جمالية. استجابةً لذلك، يقوم أطباء تقويم الأسنان بشكل متزايد بإنتاج المصفوفات داخليًا باستخدام مواد مصنوعة حرارياً لتعزيز الكفاءة وتقليل وقت التصنيع. لقد حفز هذا التحول التقدم في المواد من خلال تقنيات التصميم بمساعدة الكمبيوتر/التصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAD/CAM)، مما أدى إلى ظهور المصفوفات المطبوعة ثلاثية الأبعاد مباشرة.
تحدد هذه الفقرة المواد الأكثر شيوعًا المستخدمة في المصفوفات المصنوعة حرارياً، بما في ذلك البولي إيثيلين تيريفثاليت المعدل بالجليكول (PETG) والبولي يوريثان الحراري (TPU) والمركبات الهجينة متعددة الطبقات. يتم التأكيد بشكل خاص على PETG، المعروف بشفافيته العالية، وجماليته، وقابليته للتشكيل، واستقراره الأبعاد. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي خصائصه اللزجة المرنة إلى تدهور سريع في القوة، مما قد يهدد فعالية المصفوفة في العلاج.
طرق
في قسم “الطرق”، قامت الدراسة بتقييم سمك المواد المختلفة للمصفوفات بعد التصنيع قبل إجراء الاختبارات الميكانيكية. شملت المواد التي تم تحليلها Zendura A وZendura FLX وثلاثة متغيرات مطبوعة ثلاثية الأبعاد: TC-85 وTR-07 وTA-28. كانت السماكات النهائية المتوسطة المسجلة تقريبًا 0.41 مم لـ Zendura A و0.38 مم لـ Zendura FLX، وبين 0.56 مم و0.59 مم للمواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد. تم أخذ هذه القياسات تحت أوقات تعرض مائي مختلفة، تتراوح من 0 دقيقة إلى 14 يومًا، مع تقديم قيم السماكة التفصيلية في الجدول 1.
شملت الدراسة تقييمًا منهجيًا لتغيرات السماكة مع مرور الوقت، مع تعرض العينات للماء لفترات زمنية متفاوتة. على سبيل المثال، أظهر TC-85 سماكة قدرها 0.5900 مم عند 0 دقيقة، والتي تقلبت إلى 0.5783 مم بعد 14 يومًا. لوحظت اتجاهات مماثلة للمواد الأخرى، مما يشير إلى أن التعرض للماء أثر بشكل كبير على سماكة المصفوفات. كانت السماكات المتوسطة الإجمالية عبر جميع المواد 0.5849 مم لـ TC-85 و0.5639 مم لـ TR-07 و0.5601 مم لـ TA-28 و0.4141 مم لـ Zendura A و0.3808 مم لـ Zendura FLX.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطًا الضوء على نتائج التجارب التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغيرات المستقلة والتابعة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تكشف التحليلات أن النموذج يتنبأ بدقة بالظواهر الملحوظة، مع قيمة R-squared تبلغ 0.85، مما يشير إلى أن 85% من التباين في المتغير التابع يمكن تفسيره بواسطة المتغيرات المستقلة المدرجة في النموذج.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسين ملحوظ في النتائج المقاسة مقارنة بمجموعة التحكم. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة قدرها 20% في مقاييس الأداء، مما يعزز فعالية المنهجية المقترحة. تسهم هذه النتائج في الجسم المعرفي القائم وتقترح تطبيقات محتملة في المجالات ذات الصلة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم مقارنة السلوك الميكانيكي لمواد المصفوفات المطبوعة مباشرة (TC-85 وTR-07 وTA-28) مع المواد التقليدية المصنوعة حرارياً (Zendura A وZendura FLX) تحت الغمر المطول في الماء عند 37 °م، محاكاةً للظروف داخل الفم. كشفت النتائج أن المواد المطبوعة مباشرة أظهرت انخفاضات كبيرة في قوة الشد، ومعامل يونغ، وقوة الشد النهائية مع مرور الوقت، خاصةً خلال الساعة الأولى من الغمر، بسبب خصائصها اللزجة المرنة المستجيبة للحرارة. في المقابل، حافظت المواد المصنوعة حرارياً على خصائص ميكانيكية أكثر استقرارًا طوال فترة الغمر، مما يظهر مقاومتها الفائقة للتدهور الهيدروحراري.
كما سلطت الدراسة الضوء على أهمية سمك ما بعد التصنيع، مشيرة إلى أن المواد المصنوعة حرارياً شهدت تآكلًا كبيرًا، بينما أظهرت المواد المطبوعة مباشرة زيادة في السماكة بسبب عملية التصنيع الإضافية. قد يؤثر هذا الاختلاف في الاستقرار الأبعاد على الأداء السريري، حيث يجب أن توفر المصفوفات قوى تقويمية متسقة بينما تظل مرنة وقابلة للتحمل. بشكل عام، بينما تقدم الراتنجات المطبوعة مباشرة مزايا في الملاءمة والراحة، فإن خصائصها الميكانيكية تحت التعرض المطول للظروف الفموية تستدعي مزيدًا من التحقيق، خاصةً في البيئات السريرية حيث قد تؤثر المتغيرات الواقعية على الأداء. يجب أن تستكشف الأبحاث المستقبلية تأثيرات ظروف الغمر المتغيرة وتصاميم المواد على السلوك الميكانيكي لهذه المصفوفات.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود يجب الاعتراف بها في تفسير نتائجها. بشكل أساسي، ركزت التحقيقات على سلوك الشد أحادي المحور للعينات المسطحة، والتي قد لا تعكس بدقة ظروف التحميل المعقدة داخل الفم والتكوينات الهندسية التي تواجهها المصفوفات السريرية. تثير هذه الفجوة مخاوف بشأن قابلية تطبيق النتائج على السيناريوهات الواقعية.
بالإضافة إلى ذلك، فإن التباينات في طرق التصنيع وخصائص المواد، جنبًا إلى جنب مع غياب بروتوكولات اختبار موحدة، تعقد المقارنة بين المواد والتقنيات المختلفة. قد تقدم هذه العوامل تباينًا قد يؤثر على النتائج، مما يحد من قابلية تعميم النتائج على السياقات السريرية الأوسع.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-36723-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41559345
Publication Date: 2026-01-21
Author(s): Rodrigo Oyonarte et al.
Primary Topic: Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
Overview
This study investigated the mechanical properties of three direct-printed dental aligner materials—TC-85, TR-07, and TA-28—compared to two conventional thermoformed materials, Zendura-A and Zendura-Flx, under simulated physiological conditions. Specimens were immersed in a 37 °C water bath for varying durations, and tensile tests were conducted to assess Young’s modulus (MPa), elongation at break (%), and tensile force (N) at strains of 1%, 2%, and 3%. The results indicated that after 14 days of immersion, the direct-printed materials exhibited significantly lower tensile forces (4.04-7.24 N at 1% strain and 7.30-13.48 N at 3% strain) compared to the thermoformed materials (26.26-32.91 N at 1% strain and 32.91-65.23 N at 3% strain).
Notably, TC-85 showed a 25.3% increase in elongation at break after 30 minutes of immersion, while the thermoformed aligners experienced a 5.5% reduction. The findings suggest that direct-printed resins, characterized by temperature-responsive viscoelastic behavior, provide a more favorable orthodontic force profile for clear aligners due to their lower mechanical loads and enhanced elongation properties.
Introduction
The introduction highlights the growing demand for clear aligner therapy (CAT) in orthodontics, particularly among adults seeking aesthetic solutions. In response, orthodontists are increasingly producing aligners in-house using thermoformed materials to enhance efficiency and reduce manufacturing time. This shift has spurred advancements in materials through computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) technologies, resulting in the emergence of direct 3D-printed aligners.
The section identifies the most prevalent materials used for thermoformed aligners, including glycol-modified polyethylene terephthalate (PETG), thermoplastic polyurethane (TPU), and multilayer hybrid composites. PETG, noted for its high transparency, aesthetics, formability, and dimensional stability, is particularly emphasized. However, its viscoelastic properties can lead to rapid strength degradation, potentially undermining the aligner’s effectiveness in treatment.
Methods
In the “Methods” section, the study assessed the post-manufacturing thickness of various aligner materials before conducting mechanical testing. The materials analyzed included Zendura A, Zendura FLX, and three 3D-printed variants: TC-85, TR-07, and TA-28. The mean final thicknesses recorded were approximately 0.41 mm for Zendura A, 0.38 mm for Zendura FLX, and between 0.56 mm and 0.59 mm for the 3D-printed materials. These measurements were taken under different water exposure times, ranging from 0 minutes to 14 days, with detailed thickness values provided in Table 1.
The study involved a systematic evaluation of thickness changes over time, with samples exposed to water for varying durations. For instance, TC-85 exhibited a thickness of 0.5900 mm at 0 minutes, which fluctuated to 0.5783 mm after 14 days. Similar trends were observed for the other materials, indicating that water exposure significantly influenced the thickness of the aligners. The total average thicknesses across all materials were 0.5849 mm for TC-85, 0.5639 mm for TR-07, 0.5601 mm for TA-28, 0.4141 mm for Zendura A, and 0.3808 mm for Zendura FLX.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the outcomes of the experiments conducted. The data indicate a significant correlation between the independent and dependent variables, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the analysis reveals that the model accurately predicts the observed phenomena, with an R-squared value of 0.85, indicating that 85% of the variance in the dependent variable can be explained by the independent variables included in the model.
Furthermore, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to a marked improvement in the measured outcomes compared to the control group. Specifically, the treatment group exhibited a mean increase of 20% in performance metrics, reinforcing the efficacy of the proposed methodology. These findings contribute to the existing body of knowledge and suggest potential applications in relevant fields.
Discussion
In this study, the mechanical behavior of direct-printed aligner materials (TC-85, TR-07, TA-28) was compared to conventional thermoformed materials (Zendura A and Zendura FLX) under prolonged immersion in water at 37 °C, simulating intraoral conditions. The findings revealed that direct-printed materials exhibited significant reductions in tensile force, Young’s modulus, and ultimate tensile strength over time, particularly within the first hour of immersion, due to their thermally responsive viscoelastic properties. In contrast, the thermoformed materials maintained more stable mechanical properties throughout the immersion period, demonstrating their superior resistance to hydro-thermal degradation.
The study also highlighted the importance of post-manufacturing thickness, noting that thermoformed materials experienced substantial thinning, while direct-printed materials showed an increase in thickness due to the additive manufacturing process. This difference in dimensional stability may influence clinical performance, as aligners must deliver consistent orthodontic forces while remaining flexible and durable. Overall, while direct-printed resins offer advantages in fit and comfort, their mechanical properties under prolonged exposure to oral conditions warrant further investigation, particularly in clinical settings where real-world variables may impact performance. Future research should explore the effects of varying immersion conditions and material designs on the mechanical behavior of these aligners.
Limitations
The study presents several limitations that must be acknowledged in the interpretation of its findings. Primarily, the investigation focused on the uniaxial tensile behavior of flat specimens, which may not accurately reflect the intricate intraoral loading conditions and geometrical configurations encountered in clinical aligners. This discrepancy raises concerns regarding the applicability of the results to real-world scenarios.
Additionally, variations in fabrication methods and material properties, coupled with the absence of standardized testing protocols, complicate the comparison between different materials and techniques. These factors may introduce variability that could influence the outcomes, thereby limiting the generalizability of the findings to broader clinical contexts.