DOI: https://doi.org/10.1007/s00784-024-05533-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38351386
تاريخ النشر: 2024-02-13
المؤلف: Andreas Zenthöfer وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
هدفت الدراسة إلى تقييم قوة وموثوقية عينات الزركونيا المطبوعة ثلاثية الأبعاد 3Y-TZP التي تم إنتاجها بزاويا طباعة وتقنيات تلوين مختلفة. تم تصنيع ما مجموعه 100 عينة أسطوانية وفقًا لمعايير ISO 6872، حيث تم طباعة 80 منها باستخدام طابعة السيراميك ثلاثية الأبعاد ZIPRO-D (ZD) في زوايا مختلفة (عمودية وأفقية) وظروف تلوين متنوعة. تم طباعة الـ 20 عينة المتبقية باستخدام طابعة CeraFab7500 (LC). تم قياس قوى الانحناء ثنائية المحاور، وتم إجراء تحليلات إحصائية باستخدام Welch ANOVA.
أشارت النتائج إلى أن متوسط قوى الانحناء ثنائية المحاور لعينات ZD الموجهة عموديًا كانت 811 ميجا باسكال (ملونة) و850 ميجا باسكال (غير ملونة)، بينما أظهرت عينات ZD المطبوعة أفقيًا وعينات LC قوى أعلى بلغت 1107 ميجا باسكال و1238 ميجا باسكال، على التوالي. على الرغم من انخفاض قوة عينات ZD مقارنة بعينات LC، تجاوزت جميع العينات متطلبات قوة الانحناء للترميمات من الفئة 5 وفقًا لمعايير ISO 6872. أظهرت طابعة ZD موثوقية قابلة للمقارنة، مما يشير إلى إمكاناتها للتطبيقات السريرية في التعويضات السنية الثابتة، على الرغم من أنه يُوصى بمزيد من التحسينات لتعزيز الأداء.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الشعبية المتزايدة لمواد الزركونيا في التطبيقات السنية بسبب مزاياها الجمالية وبيولوجيتها المتفوقة مقارنةً بالترميمات المعدنية. تسمح التطورات الحديثة في تعديلات الزركونيا الشفافة بإجراء ترميمات طفيفة التوغل، مما يحافظ على بنية الأسنان. تقليديًا، تم إنتاج ترميمات الزركونيا من خلال الطحن في سير العمل CAD-CAM؛ ومع ذلك، فإن ظهور تقنيات التصنيع الإضافي، وخاصة تصنيع السيراميك القائم على الطباعة الحجرية (LCM)، قد جذب اهتمامًا لقدرتها على إنشاء هياكل أكثر دقة دون قيود الطحن.
على الرغم من الفوائد المحتملة للتصنيع الإضافي، لا تزال هناك مخاوف بشأن الملاءمة والقوة والموثوقية للترميمات المنتجة عبر هذه الطرق. أشارت الدراسات السابقة إلى أن عينات الزركونيا المطبوعة ثلاثية الأبعاد تظهر قوة انحناء ثنائية المحاور وموثوقية أقل مقارنةً بنظيراتها المطحونة، على الأرجح بسبب عيوب المواد التي تم إدخالها أثناء عملية الطباعة. يقدم إدخال طابعة ZIPRO-D (ZD)، التي تستخدم تقنية معالجة الضوء الرقمي وقد حصلت على شهادات تنظيمية، فرصة جديدة للتطبيقات السريرية. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم منهجي لقوة الانحناء ثنائية المحاور وموثوقية الزركونيا المطبوعة باستخدام طابعة ZD تحت زوايا تعشيش وظروف تلوين متنوعة، مع مقارنة هذه الخصائص بتلك التي تم إنتاجها بواسطة طابعة LC. تشمل الفرضيات تأثير التلوين وزاوية الطباعة على قوة الانحناء، بالإضافة إلى الفروق الكبيرة بين تقنيتي الطباعة.
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتفصيل المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الطرق الإحصائية، والبروتوكولات التجريبية، وأي أدوات حسابية تم استخدامها.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم حجم العينة، والضوابط، والمتغيرات المدروسة، مما يوفر إطارًا واضحًا لفهم كيفية إجراء البحث. تعتبر هذه المقاربة الدقيقة ضرورية للتحقق من النتائج وضمان إمكانية تفسيرها بشكل موثوق في سياق أهداف الدراسة.
نتائج
تشير النتائج إلى وجود اختلافات كبيرة في قوة الانحناء ثنائية المحاور بين مجموعات العينات المختلفة، كما تم تحليلها باستخدام Welch ANOVA. تم ملاحظة أعلى القوى في عينات ZD وLC المتداخلة أفقيًا (زاوية z)، مع قيم متوسطة تبلغ 1107 ميجا باسكال و1238 ميجا باسكال، على التوالي، دون وجود فرق كبير (p = 0.659). بالمقابل، أظهرت عينات ZD ذات زوايا التعشيش x وy قوى كسر متوسطة أقل (811-862 ميجا باسكال)، attributed to the printing layer interfaces being the weakest link, with significant differences noted (p ≤ 0.001 for all pairwise comparisons). كان للتلوين تأثير ضئيل على قوة عينات ZD الموجهة x (811 ميجا باسكال مقابل 838 ميجا باسكال، p = 1.000)، ولم يتم العثور على اختلافات كبيرة بين زوايا x وy (p = 0.976)، على الرغم من أن العينات الموجهة y أظهرت تباينًا أقل.
أظهر تحليل Weibull أنه بالنسبة لاحتمالية الفشل بنسبة 5%، كانت قيم الإجهاد الحرجة تقريبًا σ_c ≈ 450-500 ميجا باسكال لعينات ZD الموجهة x، σ_c ≈ 600-620 ميجا باسكال لعينات LC وZD الموجهة y، وσ_c ≈ 630 ميجا باسكال لعينات ZD الموجهة z. أكدت صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أن عينات LC وZD الموجهة z لم تنكسر على طول واجهات طبقات الطباعة، على عكس العينات الموجهة x وy. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت عينات ZD مسامية أعلى من عينات LC، خاصة عند واجهة طبقة الطباعة، بينما كانت أحجام حبيبات الزركونيا قابلة للمقارنة عبر كلا المادتين.
مناقشة
تقيّم قسم المناقشة في ورقة البحث تأثير العوامل المختلفة على قوة الانحناء لعينات الزركونيا المطبوعة ثلاثية الأبعاد. تشير النتائج إلى أن التلوين لا يؤثر بشكل كبير على قوة الانحناء للزركونيا المطبوعة، مما يؤدي إلى رفض الفرضية الأولى. ومع ذلك، وُجد أن زاوية التعشيش ونوع المادة تؤثر على قوة الانحناء، مما يدعم الفرضيتين الثانية والثالثة. تسلط الدراسة الضوء على أنه بينما تتماشى قوة الانحناء للعينات المنتجة بواسطة طابعة LC مع الأبحاث السابقة، أظهرت عينات طابعة ZD ميلًا للعيوب والفراغات، خاصة عند واجهات الطبقات، مما ساهم في انخفاض القوة في العينات الموجهة عموديًا.
يكشف التحليل أن عينات ZD، وخاصة تلك التي تتعرض لإجهادات شد عمودية على واجهات طبقات الطباعة، أظهرت فقط 70% من القوة مقارنةً بتلك التي كانت طبقاتها متوازية مع اتجاه إجهاد الشد. على الرغم من هذه التحديات، حققت كل من عينات LC وZD متوسط قوى انحناء ثنائية المحاور تتجاوز 500 ميجا باسكال، مما يؤهلها كمادة من الفئة 4 وفقًا لمعايير ISO 6872. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى مزيد من البحث لتحسين عملية الطباعة ZD، بما في ذلك التعديلات على معلمات المعالجة بالضوء وإعداد المعلق، لتعزيز أداء المادة، خاصة في الترميمات السنية المعقدة حيث تختلف الضغوط الميكانيكية بشكل كبير.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00784-024-05533-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38351386
Publication Date: 2024-02-13
Author(s): Andreas Zenthöfer et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
The study aimed to evaluate the strength and reliability of 3D-printed 3Y-TZP zirconia specimens produced with different printing orientations and staining techniques. A total of 100 cylindrical specimens were fabricated according to ISO 6872 standards, with 80 printed using the ZIPRO-D (ZD) 3D ceramic printer in various orientations (vertical and horizontal) and staining conditions. The remaining 20 specimens were printed with the CeraFab7500 (LC) printer. Biaxial flexural strengths were measured, and statistical analyses were conducted using Welch ANOVA.
Results indicated that the mean biaxial flexural strengths for the vertically oriented ZD samples were 811 MPa (stained) and 850 MPa (unstained), while the horizontally printed ZD samples and LC samples exhibited higher strengths of 1107 MPa and 1238 MPa, respectively. Despite the lower strength of the ZD samples compared to the LC samples, all specimens surpassed the flexural strength requirements for class 5 restorations as per ISO 6872 standards. The ZD printer demonstrated comparable reliability, suggesting its potential for clinical applications in fixed dental prostheses, although further optimizations are recommended for enhanced performance.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the increasing popularity of zirconia materials in dental applications due to their aesthetic advantages and superior biocompatibility compared to metal-based restorations. Recent advancements in translucent zirconia modifications allow for minimally invasive restorations, which preserve tooth structure. Traditionally, zirconia restorations have been produced through milling in a CAD-CAM workflow; however, the emergence of additive manufacturing techniques, particularly lithography-based ceramic manufacturing (LCM), has garnered interest for its ability to create finer structures without the limitations of milling.
Despite the potential benefits of additive manufacturing, concerns remain regarding the fit, strength, and reliability of restorations produced via these methods. Previous studies have indicated that 3D-printed zirconia specimens exhibit lower biaxial flexural strength and reliability compared to milled counterparts, likely due to material flaws introduced during the printing process. The introduction of the ZIPRO-D (ZD) printer, which utilizes digital light processing technology and has received regulatory certifications, presents a new opportunity for clinical applications. This study aims to systematically evaluate the biaxial flexural strength and reliability of zirconia printed with the ZD printer under varying nesting orientations and staining conditions, while also comparing these properties to those produced by the LC printer. The hypotheses include the influence of staining and printing orientation on flexural strength, as well as significant differences between the two printing technologies.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the techniques applied for data collection and analysis, such as statistical methods, experimental protocols, and any computational tools utilized.
Additionally, the section may describe the sample size, controls, and variables considered, providing a clear framework for understanding how the research was conducted. This rigorous approach is essential for validating the findings and ensuring that the results can be reliably interpreted within the context of the study’s objectives.
Results
The results indicate significant differences in biaxial flexural strength among various sample groups, as analyzed using Welch ANOVA. The highest strengths were observed in horizontally nested (z-orientation) ZD and LC samples, with mean values of 1107 MPa and 1238 MPa, respectively, showing no significant difference (p = 0.659). In contrast, ZD samples with x- and y-nesting orientations exhibited lower mean fracture strengths (811-862 MPa), attributed to the printing layer interfaces being the weakest link, with significant differences noted (p ≤ 0.001 for all pairwise comparisons). Staining had a negligible effect on the strength of x-oriented ZD samples (811 MPa vs. 838 MPa, p = 1.000), and no significant differences were found between x and y orientations (p = 0.976), although y-oriented samples demonstrated lower variability.
Weibull analysis revealed that for a failure probability of 5%, the critical stress values were approximately σ_c ≈ 450-500 MPa for x-oriented ZD samples, σ_c ≈ 600-620 MPa for LC and y-oriented ZD samples, and σ_c ≈ 630 MPa for z-oriented ZD samples. Scanning Electron Microscopy (SEM) images confirmed that LC and z-oriented ZD samples did not fracture along their printing layer interfaces, unlike the x- and y-oriented samples. Additionally, ZD samples exhibited higher porosity than LC samples, particularly at the printing layer interface, while zirconia grain sizes were comparable across both materials.
Discussion
The discussion section of the research paper evaluates the impact of various factors on the flexural strength of 3D-printed zirconia specimens. The findings indicate that staining does not significantly affect the flexural strength of the printed zirconia, leading to the rejection of the first hypothesis. However, nesting orientation and material type were found to influence flexural strength, supporting the second and third hypotheses. The study highlights that while the flexural strength of samples produced by the LC printer aligns with previous research, the ZD printer’s specimens exhibited a tendency for flaws and voids, particularly at layer interfaces, which contributed to lower strength in vertically oriented specimens.
The analysis reveals that ZD samples, particularly those with tensile stresses perpendicular to the printing layer interfaces, demonstrated only 70% of the strength compared to those with layers aligned parallel to the tensile stress direction. Despite these challenges, both LC and ZD samples achieved mean biaxial flexural strengths exceeding 500 MPa, qualifying them as class 4 materials per ISO 6872 standards. The authors emphasize the need for further research to optimize the ZD printing process, including adjustments to light curing parameters and slurry preparation, to enhance the material’s performance, particularly in complex dental restorations where mechanical stresses vary significantly.