Quasistatisch mechanisch testen voor computerondersteund ontwerp en fabricage occlusale fineren gecementeerd op gefreesd dentine-analoog materiaal
December 20th, 2024
Een quasistatische load-to-fracture-test met een niet-gefixeerde roestvrijstalen kogel werd ontwikkeld om de breuksterkte te bepalen van minimaal invasieve posterieure computerondersteunde ontwerp- en fabricagerestauraties die zijn gecementeerd op dentine-analoge materialen. Deze test modelleert het typische belastingsregime dat verantwoordelijk is voor de fractuur van tandheelkundige restauraties.
We willen graag een mechanische testtechniek ontwikkelen om de feitelijke weerstand en het gedrag van minimaal invasieve restauraties of vaste tandheelkundige restauraties die op tandanaloge materialen zijn gecementeerd, te onderzoeken in plaats van het gebruik van natuurlijke tanden en het gebruik van algemene standaardtests, zoals uniaxiale en biaxiale buigtest. De één millimeter dikke occlusale fineren gefreesd uit CAD/CAM in nanokeramiek met een lagere effectieve rek hebben een superieure feitelijke bestendigheid dan conventioneel lithiumdisilicaat. Toch vertoonden beide voldoende feitelijke spanning, opnieuw vrijwillig en onvrijwillig, maximale bijtkracht en zijn ze veelbelovende materialen voor het herstellen van achterste tanden onder een minimaal invasief schema.
Dit is een eenvoudige en herhaalbare methode voor nieuwe tandheelkundig onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het testen van nieuw ontwikkelde restauratieve materialen. Gebruik om te beginnen grove en zoek diamantbramen om het occlusale oppervlak van de typodont mandibular eerst met één millimeter anatomisch te verkleinen en de rand af te schuinen. Scan vervolgens de voorbereide typodont met behulp van een tandtechnische laboratoriumscanner.
Open het scanbestand met OrthoAnalyzer in de CAD-software. Selecteer in het venster van de sculpt toolkit het wasmes, stel vervolgens de diameter in op 2.6 millimeter en waterpas op 63 micrometer. Trek geleidelijk elk worteloppervlak naar elkaar toe om de gespleten wortels samen te voegen tot een enkele wortel om het maalproces te vergemakkelijken.
Frees vervolgens de analoge kleurstoffen van glasvezellaminaat onder hoge druk met behulp van een vijfassige freesmachine. Ontwerp in de Autodesk Inventor Professional 2025 een mal die past op het grondgedeelte van de modeltand en lijn deze uit met de ruimte in de eindkappen van polyvinylchloride. Print vervolgens één mal per testtand in polymethylmethacrylaat of een materiaal met een vergelijkbare modulus met behulp van een 3D-printer.
Combineer de worteldelen en kleurstoffen met de eindkap van polyvinylchloride. Meng de koud uithardende epoxyhars met lage viscositeit en giet deze tot aan het cement-glazuur overgangsgebied van de modeltanden, waarbij u ervoor zorgt dat vervuiling van het occlusale oppervlak wordt voorkomen. Laat de epoxyhars minimaal 24 uur volledig op kamertemperatuur opstijven.
Importeer het scanbestand van de tandanaloog in de CAD-software. Bepaal in het menu Routebeschrijving de insteekrichting voor het occlusale fineer. Selecteer onder Interfaces de margelijn en markeer de margelijn van de scantand analoog.
Selecteer vervolgens de kleurstofinterface. En stel vanuit de geavanceerde instellingen de cementopening in op 0.025 millimeter en de extra cementopening op 0.050 millimeter. Maak vervolgens onder Anatomieontwerp een occlusale fineer van een millimeter dik met behulp van een sjabloon uit de Smile Library.
Pas het fineer naar behoefte aan met behulp van gereedschap en beeldhouw. Plaats om te beginnen de restauratie op de voorbereide masterkleurstoffen door deze onder een met siliconen gevulde compressiekop in de universele testmachine te laden met een belasting van 40 Newton. Hard de restauratie uit met behulp van een lichtgevende diode met een lichtintensiteit van 1.000 tot 1.200 milliwatt per vierkante centimeter in de normale modus gedurende één tot twee seconden.
Verwijder overtollig cement en blijf elk oppervlak 20 seconden uitharden. Haal na uitharding de restauratie uit de universele testmachine en plaats deze gedurende 48 uur in gedestilleerd water van 37 graden Celsius om het cement volledig te laten uitharden. Gebruik voor het testen fijne permanente markers om bij restauraties drie mediale laterale referentielijnen en drie anterieure posterieure referentielijnen in verschillende kleuren te tekenen.
Plaats het testmonster in het midden van de onderplaat van een mechanische testmachine die is uitgerust met een loadcel van vijf kilonewton die is geconfigureerd voor compressietests. Plaats vervolgens een roestvrijstalen kogel met een diameter van 5,5 millimeter in de centrale fossa van de restauratie en lijn deze uit op het snijpunt van de centrale referentielijnen. Plaats een beschermende acrylring rond het monster en een puinscherm voor de testmachine om eventueel rondvliegend puin op te vangen.
Laat de traverse zakken totdat deze bijna in contact is met de stalen kogel. Stel vervolgens zowel de belasting als de verplaatsing in op nul. Pas vervolgens compressie toe met een snelheid van één millimeter per minuut totdat de restauratie breekt, gesignaleerd door een plotselinge daling van de belasting.
Registreer de breukbelasting. Verwijder na de breuk het vuilschild en de acrylring. Verzamel voorzichtig het testmonster en de fragmenten ervan.
Monteer de oculaircamera op de stereomicroscoop. Met behulp van stereomicroscopiesoftware kunt u lucht- en zijaanzichtbeelden van de monsters vastleggen met een vergroting van 20x. Voor scanning-elektronenmicroscopie snijdt u het monster bij de cement-emaille overgang en plaatst u het in een acetonbad in een ultrasone reiniger.
Breng na het drogen van het monster een gouden coating aan op het oppervlak. Maak foto's van de lucht- en zijaanzichten met een vergroting van 250 tot 300x. Stereomicroscoopbeelden van gebroken occlusale fineren van LD en RNC toonden een scheur in de vorm van een oppervlaktering op het snijpunt van centrale referentielijnen in de centrale fossa.
Deze scheur, onderdeel van het Hertziaanse kegelscheursysteem, strekte zich uit tot in de diepere restauratielagen. Fractografische analyse toonde aan dat zowel LD als RNC consistent fracteerden aan het distale linguale aspect, met uitzondering van één RNC-monster met een buccolinguale fractuur. Scanning-elektronenmicroscoopbeelden toonden aan dat de breukvlakken van RNC ruw en vezelig leken als gevolg van impregnering van nanokeramische vulstoffen, wat wijst op plastische vervorming.
LD-fracturen daarentegen plantten zich eenvoudig voort en vormden meerdere verschillende breukstukken.
Overzicht
Deze studie presenteert een mechanische testtechniek die is ontworpen om de breukweerstand van minimaal invasieve tandheelkundige restauraties te evalueren. De methode richt zich op restauraties die zijn gecementeerd op tandheelkundig analoge materialen, wat een relevantere testomgeving biedt in vergelijking met traditionele methoden.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Tandheelkundige materialen
- Mechanische testen
- Restauratieve tandheelkunde
Achtergrond
- Minimale invasieve restauraties worden steeds vaker gebruikt in de tandheelkunde.
- Traditionele testmethoden weerspiegelen mogelijk niet nauwkeurig de klinische omstandigheden.
- CAD/CAM-technologie maakt de creatie van nauwkeurige tandheelkundige restauraties mogelijk.
- Het begrijpen van breukweerstand is cruciaal voor de levensduur van tandheelkundige materialen.
Doel van het onderzoek
- Om een testmethode te ontwikkelen voor het evalueren van de breuksterkte van tandheelkundige restauraties.
- Om de prestaties van verschillende restauratieve materialen te vergelijken.
- Om een herhaalbare methode te bieden voor toekomstig tandheelkundig onderzoek.
Gebruikte methoden
- Quasistatische belasting-tot-breuk-test met een niet-gefixeerde roestvrijstalen bal.
- Gebruik van tandheelkundig analoog materiaal voor cementatie.
- Voorbereiding van occlusale veneers met behulp van CAD/CAM-technologie.
- Beoordeling van breukweerstand onder gesimuleerde belastingsomstandigheden.
Belangrijkste resultaten
- Minimale invasieve restauraties vertoonden superieure breukweerstand in vergelijking met conventionele materialen.
- Beide geteste materialen toonden adequate spanning onder maximale bijtkracht.
- De ontwikkelde methode is eenvoudig en herhaalbaar voor onderzoekers.
- Resultaten ondersteunen het gebruik van CAD/CAM-materialen in achterste restauraties.
Conclusies
- De nieuwe testmethode modelleert effectief klinische belastingsomstandigheden.
- Minimale invasieve restauraties zijn veelbelovend voor tandheelkundige toepassingen.
- Verder onderzoek kan voortbouwen op deze methode om nieuwe materialen te onderzoeken.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Reliable mechanical testing of biomimetic dental materials is critical for translational research and product development in restorative dentistry. This protocol enables standardized, repeatable assessment of fracture resistance for CAD/CAM occlusal veneers cemented to dentin analogs, supporting predictive confidence in material selection and design. The approach addresses the need for clinically relevant, reproducible data to inform early-stage material triage and downstream workflow integration.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables hypothesis-driven evaluation of new restorative material performance under simulated clinical loads.
- Supports mechanistic de-risking by isolating material-dependent fracture behaviors in a controlled analog system.
- Facilitates functional validation of CAD/CAM ceramics and composites for minimally invasive applications.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized, repeatable protocol for quantitative fracture strength measurement.
- Enables reproducible comparison of novel and established dental materials using consistent test conditions.
- Supports assay scalability and platform reuse for high-throughput material screening.
Translational & Preclinical Research
- Aligns laboratory testing with clinically relevant loading scenarios using dentin analog substrates.
- Enables continuity from material discovery through preclinical validation of restorative performance.
- Supports risk-adjusted advancement of candidate materials based on quantitative mechanical outputs.
Pipeline & Workflow Integration
This monotonic load-to-fracture protocol positions mechanical testing at the interface of material discovery, screening, and preclinical validation for dental biomaterials.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on fracture mechanisms and material failure modes.
- Screening: Delivers quantitative, reproducible fracture load data for comparative material assessment.
- Analytics: Generates load-displacement curves and statistical outputs for robust condition comparison.
- Translational Research: Bridges laboratory findings to clinical relevance using dentin analogs and simulated occlusal forces.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, adaptable protocol for ongoing material innovation and benchmarking.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material selection and design for restorative applications.
- Operational Value: Standardizes mechanical testing workflows for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage risk in dental material portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidate materials for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in CAD/CAM design, mechanical testing, and dental material handling.
- Needs access to universal testing machines, 3D milling, and imaging infrastructure.
- Demands cross-team standardization of specimen preparation and test parameters.
- Adaptable to various restorative materials and analog substrates with protocol adjustments.
- Limitations include reliance on analog models and monotonic loading, not cyclic fatigue.
