Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. (Czech Dental Journal) 2022; 122(3): 67-78 | DOI: 10.51479/cspzl.2022.008

MERANIE ROZMEROVEJ STABILITY MODELOV ZUBNÝCH OBLÚKOV Z TERMOPLASTICKÝCH MATERIÁLOV VYTLAČENÝCH METÓDOU FUSED DEPOSITION MODELING POČAS PROCESU VÁKUOVANIA

Hlavenková Z.1, Milde J.2, Thurzo A.3, Dianišková S.1
1 Katedra čeľustnej ortopédie, Lekárska fakulta, Slovenská zdravotnícka univerzita, Bratislava, Slovensko
2 Ústav výrobných technológií, Materiálovo technologická fakulta so sídlom v Trnave, Slovenská technická univerzita v Bratislave, Trnava, Slovensko
3 Klinika stomatológie a maxilofaciálnej chirurgie, Lekárska fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave, a Onkologický ústav sv. Alžběty, Bratislava, Slovensko

Úvod a cieľ práce: V posledných desaťročiach prechádza celá oblasť medicíny digitálnou revolúciou. Tá nevynecháva ani stomatologické odbory a čoraz viac pracovných postupov je aj v čeľustnej ortopédii pretransformovávaných do digitálnej formy. Digitálny model zubných oblúkov sa získava vďaka intraorálnemu skeneru a je možné ho potom následne vytlačiť na 3D tlačiarni do fyzickej formy. Dentálne modely sú v čeľustnoortopedickej ambulancii potrebné ako študijné modely na diagnostickú analýzu a určenie terapeutického plánu, no po skončení čeľustnoortopedickej terapie sú veľmi dôležité aj ako pracovné modely na výrobu retenčných aparátov. Veľmi často indikovaným a s obľubou používaným retenčným aparátom sú termoplastické retenčné dlahy. Tie sa vyrábajú za vysokej teploty vo vákuovacom prístroji v procese známom aj ako vákuovanie a konvenčne sa tento proces vykonáva na sadrových modeloch. Pri stúpajúcej popularite digitálnych dentálnych modelov a ich následnej 3D tlači je dôležité vedieť, či sú aj takto zhotovené dentálne modely na výrobu termoplastických dláh vhodné. V súčasnosti vo všeobecnosti najpoužívanejšia metóda na 3D tlač sa nazýva Fused Deposition Modeling a na tlač využíva natavené plasty. Cieľom tohto výskumu bolo zhodnotiť tri termoplastické materiály - ABS, ASA a Z-Ultrat a zistiť ich reakciu na podmienky, ktorým budú vystavené vo vákuovacom prístroji. Dôležité bolo určiť, ktorý z nich si pri daných podmienkach zachová najlepšiu rozmerovú stabilitu.

Metódy: K získaniu potrebných dát sme najprv pomocou intraoráleho skenera iTero vytvorili intraorálne skeny horného zubného oblúka dvoch pacientov, a tie boli následne použité na výrobu fyzických 3D modelov pomocou 3D tlačiarne Zortrax M200. Pri 3D tlači boli nastavené nasledovné parametre: hrúbka vrstvy 0,09 mm, hustota vnútornej výplne 70 % a orientácia modelu v osi Z bola 45°. Fyzické 3D modely boli potom naskenované 3D skenerom GOM ATOS TripleScan, vložené do vákuovacieho prístroja a potom znovu naskenované. Na vyhodnotenie rozmerovej presnosti vyrábaných dielov bol použitý softvér GOM Inspect. Maximálna klinicky akceptovateľná odchýlka medzi prvým 3D skenom a skenom fyzického modelu po vákuovaní bola autormi určená na ± 0,50 mm.

Výsledky: U všetkých troch skúmaných termoplastických materiálov bola zaznamenaná štatisticky významná zmena rozmerov zubných modelov. Veľkosť týchto odchýlok je však v praxi akceptovateľná. Maximálnu klinicky prípustnú odchýlku ± 0,50 mm splnili všetky modely vytlačené z materiálu ABS a Z-Ultrat.

Záver: Najlepšiu rozmerovú stálosť vykazoval certifikovaný materiál Z-Ultrat s chemickým zložením PC-ABS. Na základe obdržaných dát je možné usúdiť, že modely zubných oblúkov vytlačených metódou FDM môžu byť v praxi používané ako pracovné modely na výrobu termoplastických dláh.

Klíčová slova: čeľustná ortopédia, 3D digitalizácia, digitálne dentálne modely, retencia, termoplastické dlahy, vákuovanie, Fused Deposition Modeling, akrylonitrilbutadiénstyrén, akrylonitrilstyrénakrylát, Z-Ultrat

MEASUREMENT OF DIMENSIONAL STABILITY OF DENTAL ARCH MODELS PRINTED FROM THERMOPLASTIC MATERIALS WITH THE FUSED DEPOSITION MODELING METHOD DURING THE VACUUMING PROCESS

Introduction and aim: In recent decades, the whole field of medicine has been undergoing a digital revolution. This phenomenon is making its way into dental fields as well, including orthodontics, and gradually more and more workflow procedures are being digitalized. The digital models of dental arches can be obtained with the help of an intraoral scanner, and afterwards, using a 3D printer, they can be transformed into physical models. In the field of orthodontics, dental models are needed as study models for diagnostic analysis and determining the therapeutical plan. Dental models at the end of orthodontic therapy are very important as working models for the production of retention devices. The thermoplastic retention plates are very frequently given to patients as retention apparatus and are very popular among them. They are being manufactured at high temperatures in a vacuum machine in a process also known as vacuuming. Conventionally this manufacturing tends to be performed on classic gypsum models. With the growing popularity of digital dental models and their subsequent 3D printing, it is important to know whether dental models made in this way are also suitable for the production of thermoplastic retention plates. Currently, the most widely used method for 3D printing is called Fused Deposition Modeling, using molten plastics as a material for the printing.
The aim of this research was to evaluate 3 thermoplastic materials - ABS, ASA, and Z-Ultrat and to measure their dimensional stability while being exposed to the conditions of vacuuming during the production of the thermoplastic plates. It was important to determine which
of them would retain its dimensional stability under given conditions in the best way.

Methods: To obtain the necessary data, we first made intraoral scans of the upper dental arch of two patients using an iTero intraoral scanner. With the use of Zortrax M200 3D printer, these scans were then used to produce physical 3D models. The following parameters were set
for the 3D printing: layer thickness - 0.09 mm, density of the infill - 70%, and orientation of the model in the Z axis - 45°. The physical 3D models were then digitized again with GOM ATOS TripleScan extraoral 3D scanner, placed in a vacuum machine, and then scanned again. GOM Inspect
software was used to evaluate the dimensional accuracy of manufactured parts. The maximum clinically acceptable deviation between the first 3D scan and the scan of the physical model after vacuuming was determined by the authors to be +/- 0.50 mm.

Results: Dental models from all 3 examined thermoplastic materials have shown a statistically significant change in their dimensions. However, the magnitude of these deviations is acceptable for clinical practice. All models printed from ABS and Z-Ultrat met the maximum clinically permissible deviation of +/- 0.50 mm.

Conclusions: Certified material Z-Ultrat, having a chemical composition of PC-ABS, showed the best dimensional stability. Based on the obtained data, it can be concluded that the models of dental arches printed by the FDM method can be used in practice as working models for the production of thermoplastic retention plates.

Keywords: orthodontics, 3D digitalization, digital dental models, retention, thermoplastic foils, vacuuming, Fused Deposition Modeling, acrylonitrile butadiene styrene, acrylonitrile styrene acrylate, Z-Ultrat

Přijato: 20. březen 2022; Zveřejněno: 12. září 2022  Zobrazit citaci

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago Chicago Notes IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Hlavenková Z, Milde J, Thurzo A, Dianišková S. MERANIE ROZMEROVEJ STABILITY MODELOV ZUBNÝCH OBLÚKOV Z TERMOPLASTICKÝCH MATERIÁLOV VYTLAČENÝCH METÓDOU FUSED DEPOSITION MODELING POČAS PROCESU VÁKUOVANIA. Čes. stomatol. Prakt. zub. lék. 2022;122(3):67-78. doi: 10.51479/cspzl.2022.008.
Sdílet...
Stáhnout citaci
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Zobrazit celý článek
    English version

    Reference

    1. Proffit WR, Fields HW, Sarver DM. Contemporary orthodontics. 4. vyd. St. Louis: Mosby Elsevier; 2013, 725.
    2. Junek I. 3D technológie. Prešov: Centrum celoživotného a kompetenčného vzdelávania Prešovskej Univerzity v Prešove; 2019, 119.
    3. Slota J, Mantič M, Gajdoš I. Rapid prototyping a reverse engineering v strojárstve. Košice: TU v Košiciach, Strojnícka fakulta; 2010, 207.
    4. Hudák R. Aditívne technológie v personalizovanej implantológii a tkanivovývh náhradách. Košice: TU v Košiciach, Strojnícka fakulta; 2019, 64.
    5. McGuinness NJ, Stephens CD. Storage of orthodontic study models in hospital units in the UK. Br J Orthod. 1992; 19: 227-232. Přejít k původnímu zdroji...
    6. Fleming PS, Marinho V, Johal A. Orthodontic measurements on digital study models compared with plaster models: a systematic review. Orthod Craniofac Res. 2011; 14: 1-16. Přejít k původnímu zdroji...
    7. Mullen SR, Martin CA, Ngan P, Gladwin M. Accuracy of space analysis with emodels and plaster models. Am J Orthod Dentofacial Orthop. 2007; 132: 346-352. Přejít k původnímu zdroji... Přejít na PubMed...
    8. Hlavenková Z. Meranie rozmerovej stability modelov zubných oblúkov z termoplastických materiálov vytlačených metódou FDM počas procesu vákuovania [atestačná práca]. Slovenská zdravotnícka univerzita. Bratislava. 2021.
    9. Milde J. Využitie 3D digitalizácie a aditívnych technológií v medicíne [dizertačná práca]. Trnava. Slovenská technická univerzita v Bratislave; Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave; Ústav výrobných technológií. 2018.
    10. Hrivňák I. Progresívne materiály a technológie biokompatibilné materiály. Technická univerzita v Košiciach, Hutnícka fakulta: Emilena; 2010.
    11. Porubská M. Termoplastické materiály. Nitra: Univerzita Konštantína filozofa; 2008, 88.
    12. Milde J, Hrušecký R, Zaujec R, Morovič L, Görög A. Research of ABS and PLA materials in the process of Fused Deposition Modelling method. Ann DAAAM Proceedings. 2017; 28: 812-820. Přejít k původnímu zdroji...
    13. Prospector. Acrylonitrile Styrene Acrylate (ASA) Plastic. [cit. 2020-11-28]. Dostupné z: https://plastics.ulprospector.com/generics/8/acrylonitrile-styrene-acrylate-asa
    14. Zortrax. Z-ULTRAT. [cit. 2020-11-28]. Dostupné z: https://zortrax.com/filaments/z-ultrat/
    15. Mohd Javaid, Abid Haleem. Current status and applications of additive manufacturing in dentistry: A literature-based review. J Oral Biol Craniofac Res. 2019; 3: 179-185. Přejít k původnímu zdroji...
    16. Materialise. Stereolitografie. [cit. 2021-12-19]. Dostupné z: https://www.materialise.com/cs/manufacturing/technologie-materialy-a-dokoncovaci-upravy/stereolitografie
    17. 3D Solved. Resin-vs-Filament-cost-in-3D-printing. [cit. 2021-12-19]. Dostupné z: https://3dsolved.com/resin-vs-filament-cost-in-3d-printing/

    Tento článek je publikován v režimu tzv. otevřeného přístupu k vědeckým informacím (Open Access), který je distribuován pod licencí Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License (CC BY-NC 4.0), která umožňuje nekomerční distribuci, reprodukci a změny, pokud je původní dílo řádně ocitováno. Není povolena distribuce, reprodukce nebo změna, která není v souladu s podmínkami této licence.


    Zpět na obsah