Quasistatyczne testy mechaniczne do komputerowego wspomagania projektowania i produkcji licówek okluzyjnych przyklejonych do frezowanego materiału analogowego zębiny
December 20th, 2024
Quasistatyczny test obciążenia do pęknięcia z niezamocowaną kulą ze stali nierdzewnej został opracowany w celu określenia wytrzymałości na złamanie minimalnie inwazyjnych tylnych uzupełnień wspomaganych komputerowo i produkcyjnych cementowanych do materiałów analogicznych do zębiny. Test ten modeluje typowy reżim obciążenia odpowiedzialny za złamanie uzupełnień dentystycznych.
Chcielibyśmy opracować technikę testowania mechanicznego w celu zbadania faktycznej odporności i zachowania minimalnie inwazyjnych uzupełnień lub jakichkolwiek stałych uzupełnień dentystycznych cementowanych do materiałów analogowych zębów, zamiast stosowania naturalnych zębów i stosowania ogólnych standardowych testów, takich jak test zginania jednoosiowego i dwuosiowego. Licówki okluzyjne o grubości jednego milimetra frezowane z CAD/CAM w nanoceramice o niższym odkształceniu efektywnym mają lepszą odporność faktyczną niż konwencjonalny dwukrzemian litu. Mimo to oba wykazały odpowiednie faktyczne obciążenie, ponownie dobrowolne i mimowolne, maksymalną siłę zgryzu i są obiecującym materiałem do odbudowy zębów bocznych w ramach minimalnie inwazyjnego schematu.
Jest to prosta i powtarzalna metoda dla początkujących badaczy stomatologii zainteresowanych testowaniem nowatorskich materiałów odtwórczych. Na początek użyj grubych i znajdź diamentowe zadziory, aby anatomicznie zmniejszyć powierzchnię zgryzową żuchwy typodonta najpierw o jeden milimetr i ukosować margines. Następnie należy zeskanować przygotowany typodont za pomocą skanera laboratorium dentystycznego.
Otwórz plik skanowania za pomocą OrthoAnalyzer w oprogramowaniu CAD. W oknie zestawu narzędzi do rzeźbienia wybierz narzędzie nóż do wosku, a następnie ustaw średnicę na 2,6 milimetra i wypoziomuj na 63 mikrometry. Stopniowo przyciągaj każdą powierzchnię korzenia do siebie, aby połączyć rozwidlone korzenie w jeden korzeń, aby ułatwić proces mielenia.
Następnie zmielić barwniki analogowe zębów z wysokociśnieniowego laminatu z włókna szklanego za pomocą frezarki pięcioosiowej. W programie Autodesk Inventor Professional 2025 zaprojektuj przyrząd pasujący do części korzeniowej zęba modelu i wyrównaj go z przestrzenią wewnątrz zaślepek z polichlorku winylu. Następnie wydrukuj jeden przyrząd na ząb testowy z polimetakrylanu metylu lub materiału o podobnym module za pomocą drukarki 3D.
Połącz części korzeniowe i barwniki z zaślepką z polichlorku winylu. Wymieszaj zimnoutwardzalną żywicę epoksydową o niskiej lepkości i wlej ją do obszaru połączenia cementowo-szkliwowego zębów modelu, uważając, aby uniknąć zanieczyszczenia powierzchni zgryzu. Pozostaw żywicę epoksydową do całkowitego stwardnienia w temperaturze pokojowej na co najmniej 24 godziny.
Zaimportuj plik skanu analogu zęba do oprogramowania CAD. W menu Wskazówki określ kierunek wprowadzania licówki okluzyjnej. W obszarze Interfejsy wybierz linię marginesu i zaznacz linię marginesu analogu zęba skanowania.
Następnie wybierz interfejs barwnika. W ustawieniach zaawansowanych dostosuj szczelinę cementową do 0,025 milimetra, a dodatkową szczelinę cementową do 0,050 milimetra. Następnie, w obszarze Anatomy Design, utwórz licówkę okluzyjną o grubości jednego milimetra, korzystając z szablonu z biblioteki uśmiechu.
Dostosuj okleinę w razie potrzeby za pomocą narzędzi i wyrzeźbij. Na początek umieść uzupełnienie na przygotowanych barwnikach wzorcowych, ładując je pod wypełnioną silikonem głowicę kompresyjną w uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej przy obciążeniu 40 niutonów. Utwardź uzupełnienie za pomocą diody elektroluminescencyjnej o natężeniu światła od 1 000 do 1 200 miliwatów na centymetr kwadratowy w trybie normalnym przez jedną do dwóch sekund.
Usuń nadmiar cementu i kontynuuj utwardzanie każdej powierzchni przez 20 sekund. Po utwardzeniu wyjmij uzupełnienie z uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej i umieść je w wodzie destylowanej o temperaturze 37 stopni Celsjusza na 48 godzin, aby cement mógł się w pełni utwardzić. Przed badaniem użyj drobnych markerów permanentnych, aby narysować trzy przyśrodkowe boczne linie odniesienia i trzy przednie tylne linie odniesienia w różnych kolorach na uzupełnieniach.
Umieść badaną próbkę na środku dolnej płyty mechanicznej maszyny wytrzymałościowej wyposażonej w ogniwo obciążnikowe o mocy pięciu kiloniutonów skonfigurowane do próby ściskania. Następnie umieść kulę ze stali nierdzewnej o średnicy 5,5 milimetra w centralnym dole uzupełnienia, wyrównując ją na przecięciu centralnych linii odniesienia. Umieść ochronny pierścień akrylowy wokół próbki i osłonę przed odłamkami przed maszyną testującą, aby zatrzymać wszelkie potencjalne latające odłamki.
Opuść poprzeczkę, aż prawie zetknie się ze stalową kulą. Następnie ustaw zarówno obciążenie, jak i przemieszczenie na zero. Następnie należy stosować kompresję z szybkością jednego milimetra na minutę, aż do pęknięcia uzupełnienia sygnalizowanego nagłym spadkiem obciążenia.
Zapisz obciążenie niszczące. Po pęknięciu usuń osłonę przeciwgruzową i akrylowy pierścień. Ostrożnie zbierz próbkę do badań i jej fragmenty.
Zamontuj kamerę okularową na mikroskopie stereoskopowym. Korzystając z oprogramowania do mikroskopii stereoskopowej, rejestruj obrazy próbek z lotu ptaka i z boku w 20-krotnym powiększeniu. W przypadku skaningowej mikroskopii elektronowej należy wyciąć próbkę na styku cementowo-szkliwowym i umieścić ją w kąpieli acetonowej w myjce ultradźwiękowej.
Po wysuszeniu próbki na powietrzu nałóż złotą powłokę na powierzchnię. Rób zdjęcia z lotu ptaka i widoków bocznych w powiększeniu od 250 do 300x. Stereoskopowe obrazy pękniętych licówek zgryzowych z LD i RNC wykazały pęknięcie w kształcie pierścienia powierzchniowego na przecięciu centralnych linii odniesienia w centralnym dole.
Pęknięcie to, będące częścią systemu pęknięć stożkowych Hertza, rozciągało się na głębsze warstwy odbudowy. Analiza fraktograficzna wykazała, że zarówno LD, jak i RNC konsekwentnie pękały w dystalnym aspekcie językowym, z wyjątkiem jednej próbki RNC ze złamaniem policzkowo-językowym. Obrazy ze skaningowego mikroskopu elektronowego wykazały, że powierzchnie pęknięć RNC wydawały się szorstkie i włókniste z powodu impregnacji wypełniaczem nanoceramicznym, co wskazuje na deformację plastyczną.
W przeciwieństwie do tego, pęknięcia LD rozprzestrzeniały się prosto, tworząc wiele odrębnych fragmentów złamań.
Przegląd
Niniejsze badanie przedstawia technikę testowania mechanicznego zaprojektowaną w celu oceny odporności na pękanie minimalnie inwazyjnych rekonstrukcji zębów. Metoda koncentruje się na rekonstrukcjach scementowanych do materiałów analogicznych do dentyny, zapewniając bardziej odpowiednie środowisko testowe w porównaniu z tradycyjnymi metodami.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Materiały stomatologiczne
- Testowanie mechaniczne
- Stomatologia rekonstrukcyjna
Tło
- Minimalnie inwazyjne rekonstrukcje są coraz częściej stosowane w stomatologii.
- Tradycyjne metody testowe mogą nie dokładnie odzwierciedlać warunków klinicznych.
- Technologia CAD/CAM pozwala na stworzenie precyzyjnych rekonstrukcji zębów.
- Zrozumienie odporności na pękanie jest kluczowe dla długotrwałości materiałów stomatologicznych.
Cel badania
- Opracować metodę testową do oceny wytrzymałości na pękanie rekonstrukcji zębów.
- Porównać wydajność różnych materiałów rekonstrukcyjnych.
- Dostarczyć powtarzalną metodę dla przyszłych badań stomatologicznych.
Stosowane metody
- Testowanie obciążenia kwazystatycznego do momentu pęknięcia z nieosadzoną kulą ze stali nierdzewnej.
- Wykorzystanie materiałów analogicznych do dentyny do scementowania.
- Przygotowanie licówek okluzalnych z wykorzystaniem technologii CAD/CAM.
- Ocena odporności na pękanie w warunkach symulowanych obciążeń.
Główne wyniki
- Minimalnie inwazyjne rekonstrukcje wykazały wyższą odporność na pękanie w porównaniu z konwencjonalnymi materiałami.
- Obie testowane materiały wykazały odpowiednią deformację pod maksymalnym obciążeniem zębów.
- Opracowany metoda jest prosta i powtarzalna dla badaczy.
- Wyniki wspierają stosowanie materiałów CAD/CAM w rekonstrukcjach tylnych zębów.
Wnioski
- Nowa metoda testowa skutecznie modeluje warunki obciążeń klinicznych.
- Minimalnie inwazyjne rekonstrukcje są obiecujące dla zastosowań stomatologicznych.
- Dalsze badania mogą opierać się na tej metodzie w celu eksploracji nowych materiałów.
Często zadawane pytania
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.
