DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04122-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38509542
تاريخ النشر: 2024-03-20
المؤلف: Tuğba Temizci وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثيرات الدورة الحرارية على قوة الانحناء لمواد قاعدة الأسنان الاصطناعية المنتجة من خلال طرق تقليدية ورقمية، مع مقارنة تقنيات التصنيع الناقصة والإضافية. تم تصنيع 60 عينة مستطيلة، تلتزم بأبعاد إرشادات ISO 20795-1:2013 وهي 64 × 10 × 3.3 ± 0.2 مم، من ثلاثة مواد مختلفة: Ivobase (IB)، وهو بوليمر ميثيل ميثاكريلات مسبق البلمرة تم طحنه باستخدام CAD/CAM؛ Formlabs (FL)، وهو راتنج مطبوع ثلاثي الأبعاد؛ وMeliodent (MD)، وهو أكريليك تقليدي تم بلمرته بالحرارة. تم تقسيم العينات إلى مجموعات معالجة حرارية وغير معالجة حرارية، وتم إجراء اختبارات قوة الانحناء وفقًا لذلك. تم إجراء التحليل الإحصائي باستخدام ANOVA ثنائية الاتجاه واختبار Tukey بعد ذلك (α = 0.05).
أظهرت النتائج أن ترتيب قوة الانحناء كان FL > IB > MD، مما يشير إلى أن قواعد الأسنان الاصطناعية المنتجة رقميًا أظهرت قوة أعلى مقارنة بنظيراتها التقليدية. بينما أدت الدورة الحرارية إلى تقليل قوة الانحناء عبر جميع المجموعات، لوحظت انخفاضات كبيرة في مجموعتي FL وIB، بينما لم تظهر مجموعة MD تغييرات ذات دلالة إحصائية. تشير هذه النتائج إلى أن قواعد الأسنان الاصطناعية المصنعة من خلال الطرق الرقمية أكثر متانة، حيث أظهرت القواعد المطبوعة ثلاثية الأبعاد أعلى قوة انحناء، تليها قواعد CAD/CAM المطحونة وقواعد الأكريليك المبلورة بالحرارة.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الدور الحاسم للأسنان الاصطناعية الجزئية والكاملة القابلة للإزالة في استعادة الجماليات والوظائف بعد فقدان الأسنان، حيث يعد بوليمر ميثيل ميثاكريلات (PMMA) هو المادة السائدة المستخدمة في قواعد الأسنان الاصطناعية. يواجه PMMA المبلور بالحرارة، المعروف بخصائصه المواتية مثل التوافق الحيوي، والفعالية من حيث التكلفة، وسهولة الإصلاح، تحديات تشمل الانكماش الحراري، وردود الفعل التحسسية من المونومرات المتبقية، وعدم كفاية المتانة. لقد مكنت تقنيات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والتصنيع بمساعدة الكمبيوتر (CAM) من إنتاج الأسنان الاصطناعية من خلال طرق ناقصة مثل الطحن وطرق إضافية مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، كل منها له مزاياه وقيوده.
تؤكد الورقة على الحاجة إلى مزيد من التحقيق في الخصائص الميكانيكية لمواد قاعدة الأسنان الاصطناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد، خاصة تحت ظروف تحاكي البيئة الفموية، بما في ذلك الدورة الحرارية. يشير المؤلفون إلى ندرة الأبحاث حول قوة الانحناء لاسترات راتنج الأكريليك الضوئي المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد، وهو أمر حاسم لمنع الفشل أثناء الاستخدام. تهدف الدراسة إلى مقارنة تأثيرات الدورة الحرارية على قوة الانحناء لمواد قاعدة الأسنان الاصطناعية المنتجة عبر الطرق التقليدية والرقمية، واختبار الفرضيات بأن هناك اختلافات في المواد وأن الدورة الحرارية تؤثر على قوة الانحناء.
طرق
في هذه الدراسة، تم تصنيع ما مجموعه 60 عينة مستطيلة لاختبار قوة الانحناء، تلتزم بمعايير ISO 20795-1:2013، بأبعاد 64 × 10 × 3.3 ± 0.2 مم. تم تصنيف العينات إلى مجموعتين فرعيتين بناءً على معالجة الدورة الحرارية (معالجة حرارية وغير معالجة حرارية)، مع 10 عينات لكل مجموعة. تم تفصيل المواد وخصائصها في الجدول 1. تم إنتاج العينات باستخدام طريقتين رئيسيتين: الطحن باستخدام CAD-CAM والطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الاستريوليثوغرافي (SLA). تم تصميم عينات CAD-CAM (IB) باستخدام برنامج Fusion 360 وتم تصنيعها من راتنج PMMA مسبق البلمرة عبر آلة طحن بخمسة محاور. في المقابل، تم إنشاء عينات SLA (FL) باستخدام طابعة Form 3B+ بسمك طبقة 50 ميكرون، تلتها عملية غسيل وبلمرة بعدية.
بالإضافة إلى ذلك، تم إنتاج عينات الطريقة التقليدية (MD) من عينات شمعية، والتي تمت معالجتها من خلال تقنية التعبئة التي تشمل تصلب الجبس وتطبيق راتنج الأكريليك المبلور بالحرارة. خضعت القوالب لمعالجة عالية الضغط لإزالة المواد الزائدة وتم غليها لاحقًا لإنهاء تشكيل العينة. لمحاكاة أسطح الأسنان الاصطناعية، تم طحن العينات ورقها بشكل رطب وصقلها بشكل منهجي باستخدام جهاز طحن ومعجون صقل، مما يضمن التوحيد من خلال قياسات دقيقة باستخدام كاليبر إلكتروني. كانت هذه المنهجية الشاملة تهدف إلى تقييم قوة الانحناء لأنواع العينات المختلفة تحت ظروف مسيطر عليها.
نتائج
أشارت نتائج اختبارات قوة الانحناء إلى أن المواد الراتنجية المنتجة من خلال تقنية CAD/CAM أظهرت أداءً متفوقًا مقارنة بتلك المصنوعة باستخدام طرق الأكريليك المبلور بالحرارة التقليدية. قبل الدورة الحرارية، كانت قيم قوة الانحناء الأعلى في مجموعة FL عند $113.53 \pm 7.94 \, \text{MPa}$، تليها مجموعة IB عند $104.65 \pm 5.12 \, \text{MPa}$، ومجموعة MD عند $232.67 \pm 32.60 \, \text{MPa}$.
أثرت الدورة الحرارية سلبًا على قوة الانحناء عبر جميع المجموعات، مع تأثير ذو دلالة إحصائية لوحظ لمجموعتي FL وIB، بينما بقيت مجموعة MD غير متأثرة. أشارت نتائج ANOVA ثنائية الاتجاه إلى أن لا نوع المادة ولا الشيخوخة بمفردهما كان لهما دلالة إحصائية؛ ومع ذلك، فإن تفاعلهما أظهر فرقًا كبيرًا (p < 0.05)، مما يشير إلى أن التأثيرات المشتركة لنوع المادة والشيخوخة يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند تقييم نتائج قوة الانحناء (انظر الجداول 2 و3).
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم قوة الانحناء لمواد قاعدة الأسنان الاصطناعية المنتجة من خلال طرق مختلفة، خاصة فيما يتعلق بتأثيرات الدورة الحرارية. خضعت العينات لإجراء دورة حرارية صارمة من 5000 دورة بين 5 °م و55 °م، ومع ذلك، أشارت النتائج إلى أن الدورة الحرارية لم تغير بشكل كبير قوة الانحناء عبر المجموعات، مما أدى إلى رفض الفرضية الثانية. أكدت النتائج أن جميع المواد المختبرة استوفت الحد الأدنى من متطلبات قوة الانحناء البالغة 65 ميجا باسكال وفقًا لإرشادات ISO 20795-1، حيث أظهرت المجموعة المطبوعة ثلاثية الأبعاد أعلى قوة انحناء، تليها مجموعات الأكريليك المبلور بالحرارة التقليدية والمطحونة باستخدام CAD/CAM.
سلطت الدراسة الضوء على مرونة الأكريليك التقليدي المبلور بالحرارة ضد الدورة الحرارية، بينما أظهرت المواد المطحونة والمطبوعة ثلاثية الأبعاد درجات متفاوتة من القابلية للتدهور في القوة. ساهمت عوامل مثل امتصاص الماء والتركيب الكيميائي للمواد في هذه الاختلافات. من الجدير بالذكر أن الأداء المتفوق لقواعد الأسنان الاصطناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد نُسب إلى فترات ما بعد البلمرة الممتدة، مما عزز البلمرة والخصائص الميكانيكية. اعترف المؤلفون بالقيود في منهجيتهم، بما في ذلك استخدام الماء المقطر بدلاً من اللعاب الصناعي للدورة الحرارية، واقترحوا أن هناك حاجة لمزيد من الأبحاث لاستكشاف تأثيرات معلمات التصنيع المختلفة والهندسات الأكثر تعقيدًا في السيناريوهات السريرية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12903-024-04122-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38509542
Publication Date: 2024-03-20
Author(s): Tuğba Temizci et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
This study investigates the effects of thermal cycling on the flexural strength of denture-base materials produced through both conventional and digital methods, specifically comparing subtractive and additive manufacturing techniques. A total of 60 rectangular specimens, adhering to ISO guideline 20795-1:2013 dimensions of 64 × 10 × 3.3 ± 0.2 mm, were fabricated from three different materials: Ivobase (IB), a CAD/CAM-milled prepolymerized polymethyl methacrylate; Formlabs (FL), a 3D-printed resin; and Meliodent (MD), a conventional heat-polymerized acrylic. The specimens were divided into thermal cycled and non-thermal cycled subgroups, with flexural strength tests conducted accordingly. Statistical analysis was performed using a two-way ANOVA and a post hoc Tukey test (α = 0.05).
The findings revealed that the flexural strength ranking was FL > IB > MD, indicating that digitally produced denture bases exhibited superior strength compared to their conventional counterparts. While thermal cycling resulted in a reduction of flexural strength across all groups, significant decreases were noted in the FL and IB groups, whereas the MD group did not show statistically significant changes. These results suggest that denture bases manufactured through digital methods are more durable, with the 3D-printed bases demonstrating the highest flexural strength, followed by CAD/CAM-milled and heat-polymerized acrylic bases.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the critical role of removable partial and complete dentures in restoring aesthetics and functionality following tooth loss, with polymethyl methacrylate (PMMA) being the predominant material used for denture bases. Heat-polymerized PMMA, known for its favorable properties such as biocompatibility, cost-effectiveness, and ease of repair, faces challenges including thermal shrinkage, allergic reactions from residual monomers, and insufficient durability. The advent of computer-aided design (CAD) and computer-aided manufacturing (CAM) technologies has enabled the production of dentures through both subtractive methods like milling and additive methods such as 3D printing, each with its advantages and limitations.
The paper emphasizes the need for further investigation into the mechanical properties of 3D-printed denture-base materials, particularly under conditions that simulate the oral environment, including thermal cycling. The authors note a scarcity of research on the flexural strength of photopolymerized acrylic resin esters used in 3D printing, which is crucial for preventing failure during use. The study aims to compare the effects of thermal cycling on the flexural strength of denture-base materials produced via conventional and digital methods, testing the hypotheses that material differences exist and that thermal cycling impacts flexural strength.
Methods
In this study, a total of 60 rectangular specimens were fabricated for flexural-strength testing, adhering to the ISO 20795-1:2013 standards, with dimensions of 64 × 10 × 3.3 ± 0.2 mm. The specimens were categorized into two subgroups based on thermal cycling treatment (thermal cycled and nonthermal cycled), with 10 specimens per group. The materials and their properties are detailed in Table 1. Specimens were produced using two primary methods: CAD-CAM milling and stereolithography (SLA) 3D printing. The CAD-CAM specimens (IB) were designed using Fusion 360 software and manufactured from prepolymerized PMMA resin via a five-axis milling machine. In contrast, the SLA specimens (FL) were created using a Form 3B+ printer with a layer thickness of 50 μm, followed by a washing and post-polymerization process.
Additionally, conventional method specimens (MD) were produced from wax samples, which were processed through a flasking technique involving gypsum hardening and heat-polymerized acrylic resin application. The flasks underwent high-pressure treatment to remove excess material and were subsequently boiled to finalize the specimen formation. To simulate denture surfaces, the samples were wet-ground and polished systematically using a grinding device and polishing paste, ensuring standardization through precise measurements with an electronic caliper. This comprehensive methodology aimed to evaluate the flexural strength of the different specimen types under controlled conditions.
Results
The results of the flexural strength tests indicated that resin materials produced through CAD/CAM technology exhibited superior performance compared to those made with traditional heat-polymerized acrylic methods. Prior to thermal cycling, the flexural strength values were highest in the FL group at $113.53 \pm 7.94 \, \text{MPa}$, followed by the IB group at $104.65 \pm 5.12 \, \text{MPa}$, and the MD group at $232.67 \pm 32.60 \, \text{MPa}$.
Thermal cycling negatively impacted the flexural strength across all groups, with a statistically significant effect observed for the FL and IB groups, while the MD group remained unaffected. Two-way ANOVA results indicated that neither material type nor aging alone were statistically significant; however, their interaction yielded a significant difference (p < 0.05), suggesting that the combined effects of material type and aging should be considered in evaluating flexural strength outcomes (refer to Tables 2 and 3).
Discussion
In this study, the flexural strength of denture-base materials produced through various methods was evaluated, particularly in relation to the effects of thermal cycling. The specimens underwent a rigorous thermal cycling procedure of 5000 cycles between 5 °C and 55 °C, yet the results indicated that thermal cycling did not significantly alter the flexural strength across the groups, leading to the rejection of the second hypothesis. The findings confirmed that all tested materials met the minimum flexural strength requirement of 65 MPa as per ISO guideline 20795-1, with the 3D-printed group exhibiting the highest flexural strength, followed by the CAD/CAM-milled and conventional heat-polymerized acrylic groups.
The study highlighted the resilience of conventional heat-polymerized acrylics against thermal cycling, while the milled and 3D-printed materials showed varying degrees of susceptibility to strength degradation. Factors such as water absorption and the chemical composition of the materials contributed to these differences. Notably, the superior performance of the 3D-printed denture bases was attributed to extended post-curing times, which enhanced polymerization and mechanical properties. The authors acknowledged limitations in their methodology, including the use of distilled water instead of artificial saliva for thermal cycling, and suggested that further research is necessary to explore the effects of different manufacturing parameters and more complex geometries in clinical scenarios.