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Die Versorgung zahnloser Bereiche wird in der Regel durch den Einsatz von teil- oder herausnehmbarem Teil- oder Totalprothesen erreicht, die eine wichtige Alternative in Fällen darstellen, in denen implantatgetragene festsitzende Prothesen aufgrund anatomischer Faktoren oder patientenbezogener Bedingungen wie wirtschaftlichen Zwängen oder systemischen Erkrankungen nicht möglich sind1. Die in diesen Prothesen verwendeten Basismaterialien sind in der Regel Harze, die Polymethylmethacrylat (PMMA) enthalten. PMMA ist ein kostengünstiges Material, das für seine einfache Verarbeitung, Reparierbarkeit und Polierbarkeit geschätztwird 2. Es zeigt auch günstige physikalisch-chemische Eigenschaften und zufriedenstellende ästhetische Ergebnisse3. Verschiedene Herstellungsmethoden, wie z. B. das Gießen von Flüssigharzen und Formfülltechniken wie Kompression und Spritzguss, wurden eingesetzt, um herausnehmbare Prothesen aus PMMA-Kunststoff herzustellen.
Unter den traditionellen Verfahren ist das Formpressen, auch bekannt als Kolbenpressverfahren, die am häufigsten verwendete Herstellungstechnik. Dabei wird das Harzmaterial in eine Form innerhalb eines Kolbens gegeben und anschließend unter Druck gepresst, um die Form zu füllen und die gewünschte Form zu erreichen. Das seit vielen Jahren gebräuchliche Verfahren der Kolbenpackungspresse bietet Vorteile wie einfache Anwendung und niedrige Kosten. Es hat jedoch auch gewisse Nachteile, darunter die Notwendigkeit von Handarbeit und zeitaufwändigen Schritten in Laborverfahren, die Anfälligkeit für menschliche Fehler, das Risiko, beim Mischen und Verarbeiten des Harzes keine homogene Struktur zu erreichen, und die Polymerisationsschrumpfung. Mit dem Aufkommen von CAD/CAM-Technologien (Computer Aided Design Manufacturing) wurden jedoch auch subtraktive Fertigungstechniken wie Fräsen für ihre Herstellung eingesetzt4. Studien haben gezeigt, dass Prothesengrundmaterialien, die mit der Frästechnik hergestellt werden, eine höhere Biegefestigkeit und Basisanpassung aufweisen als solche, die mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden 5,6. Diese Verbesserungen sind auf die erhöhten Druck- und Temperaturniveaus zurückzuführen, die bei der Herstellung von gefrästen PMMA-Scheiben angewendet werden, was letztendlich zu einem kompakteren Material mit einer geringeren Anzahl von Hohlräumen führt 7,8,9.
Die Erforschung der physikalischen Eigenschaften von Materialien, die durch subtraktive Fertigung in der Zahnmedizin hergestellt werden, hat eine Reihe von Vorteilen ergeben, darunter eine verbesserte Passform, eine längere Haltbarkeit und eine verbesserte Dimensionsstabilität 5,10,11,12. Dennoch wurden erhebliche Nachteile festgestellt, darunter die Entstehung erheblicher Abfallmengen beim Mahlen und die damit verbundenen hohen Kosten13. Um diesen Herausforderungen sowie der bei konventionell hergestellten Prothesenbasen beobachteten Polymerisationsschrumpfung zu begegnen, haben sich additive Fertigungsverfahren, insbesondere der dreidimensionale (3D) Druck, als praktikable Alternative herausgestellt. 3D-gedruckte Prothesenbasismaterialien bieten eine Reihe von Vorteilen, darunter optimierte Produktionsprozesse, verbesserte Dimensionsstabilität und minimaler Materialabfall, was sie als vielversprechende alternative Herstellungsmethode positioniert 8,14,15. Es wird jedoch die Hypothese aufgestellt, dass Prothesenbasen, die durch 3D-Druck hergestellt werden, im Vergleich zu solchen, die mit konventionellen oder Frästechniken hergestellt werden, eine höhere Neigung zur Verfärbung aufweisenkönnen 16. Eine solche Verfärbung könnte Auswirkungen auf die langfristige Ästhetik und die Patientenzufriedenheit haben und eine weitere Untersuchung der Materialzusammensetzung und der Oberflächenbehandlungen rechtfertigen, die bei 3D-gedruckten Prothesenbasen verwendet werden. Eine der Hauptursachen für Verfärbungen von 3D-gedruckten Materialien ist ihre von Natur aus raue Oberfläche. Prothesenbasen mit rauen Oberflächen sind anfälliger für Flecken und Verfärbungen. Darüber hinaus bietet die Oberflächenrauheit ein Milieu, das die Ansammlung von Biofilmen begünstigt und die Adhärenz von Mikroorganismen wie Candida albicans erhöht. Diese mikrobielle Anhäufung ist sowohl für die Mundhygiene als auch für die allgemeine Gesundheit gefährlich, was die Bedeutung der Optimierung der Oberflächenglätte von Prothesengrundstoffen unterstreicht 17,18,19.
Die erhöhte Oberflächenrauheit, die bei Prothesenbasen, die im 3D-Druck hergestellt werden, im Vergleich zu solchen, die mit herkömmlichen wärmehärtenden oder gefrästen Verfahren hergestellt werden, beobachtet wird, ist auf die inhärenten Eigenschaften des Herstellungsprozesses zurückzuführen. Der 3D-Druck beruht auf einer schichtweisen Fertigungstechnik, bei der jede Schicht mikroskopisch kleine Spuren auf der Oberfläche hinterlässt, die zu Oberflächenunregelmäßigkeiten beitragen14,17. Dieser Effekt verstärkt sich bei Druckern mit niedrigerer Auflösung, wodurch sich die Oberflächenrauheit weiter verschlimmert4. Darüber hinaus werden die im 3D-Druck verwendeten Photopolymerharze einer lichtinduzierten Polymerisation unterzogen, die in einigen Bereichen möglicherweise keine vollständige Polymerisation erreicht, was zu Oberflächenfehlern führt 2,15. Eine unzureichende Polymerisation oder unzureichende Nachbearbeitung kann dieses Problem weiter verschärfen3. Darüber hinaus können die Beschaffenheit von Photopolymerharzen und die damit verbundenen schnellen Polymerisationsreaktionen die Materialhomogenität beeinträchtigen und dadurch die Oberflächenglätte beeinträchtigen 5,13. Im Gegensatz dazu wird bei der subtraktiven Frästechnik Material von einem vorgefertigten Block abgetragen, was aufgrund der hohen Präzision der Fräser und des kontinuierlichen Schneidprozesses zu einer gleichmäßigeren und glatteren Oberfläche führt16,11. Schließlich werden die beim 3D-Druck erforderlichen Nachbearbeitungsschritte wie Schleifen und Polieren möglicherweise nicht immer mit ausreichender Strenge durchgeführt, so dass verbleibende Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche zurückbleiben 8,10. Zusammengenommen erklären diese Faktoren die erhöhte Oberflächenrauheit, die mit 3D-gedruckten Prothesenbasen verbunden ist. Fortschritte bei der Druckerauflösung, der Materialoptimierung und effektiveren Nachbearbeitungsprotokollen sind jedoch vielversprechend, um diese Oberflächenmängel zu mildern9.
Die 3D-Drucktechnologie kann auch Herausforderungen mit sich bringen, wie z. B. das "Treppenstufen-Phänomen", das sich besonders bei gekrümmten Oberflächen zeigt. Dieses Problem tritt auf, wenn es der gedruckten Oberfläche an Glätte mangelt und stattdessen eine geschichtete, stufenartige Struktur anstelle einer glatten Oberfläche aufweist, was sich negativ auf die Farbstabilität der verwendeten Materialien in ästhetisch kritischen Bereichen auswirken kann20,21. Es wurde eine Vielzahl von Techniken zur Reduzierung der Oberflächenrauheit von Prothesenbasen vorgeschlagen. Dazu gehören das mechanische Polieren mit Wasserschleifpapier, die Anwendung spezieller chemischer Mittel und eine Kombination beider Ansätze 17,22,23,24.
Trotz des Vorhandenseins zahlreicher Studien, die die Eigenschaften von herausnehmbaren Prothesenbasen verglichen haben, gab es einen Mangel an detaillierten Untersuchungen der Oberflächenrauheit, einem Schlüsselfaktor, der zur Verfärbung beiträgt, bei verschiedenen Herstellungsmethoden. Ziel dieser Studie ist es, den Einfluss moderner prothesenbasierter Fertigungstechniken und mechanischer Polierverfahren auf die Oberflächenrauheit zu bewerten. Die anfängliche Nullhypothese, die getestet werden soll, ist, dass es keinen erkennbaren Unterschied in der Oberflächenrauheit von Prothesenbasismaterialien gibt, die durch 3D-Druck, Fräsen oder konventionelle Verfahren hergestellt werden. Die zweite Nullhypothese besagt, dass mechanisches Polieren keinen Einfluss auf die Oberflächenrauheit von Prothesengrundmaterialien hat.