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Claudia Spanier

• Zusammenfassung der Dissertation Vor dem Hintergrund der In-Office-Alignerherstellung beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit der Fragestellung, inwiefern die Layerhöhe im FFF-Druck Einfluss auf die Oberflächengüte der Modelle sowie auf die Kraftabgabe der darauf tiefgezogenen Aligner hat. Intention des ersten Teils war es, herauszufinden, ob es im Wechselspiel zwischen Druckgeschwindigkeit und Oberflächenqualität eine optimale Layerhöhe im FFF-Druck gibt. Des Weiteren wurde der Einfluss des Druckmaterials (Lignin basiertes Biopolymer und Polylactid basiertes Biopolymer) auf die Oberflächengüte untersucht. Im zweiten Teil sollte eruiert werden, welchen Effekt die Layerhöhe auf die Kraftabgabe des Aligners hat. Neben dem Parameter Layerhöhe wurden die Faktoren geplanter Setupschritt, Alignerdicke sowie Zahnbewegungsart, und ihre Auswirkungen auf die resultierenden Kräfte der Aligner untersucht. Für den ersten Teil wurden, basierend auf einem randomisiert ausgewählten Oberkieferteilmodell, 18 Modelle mittels FFF jeweils in neun verschiedenen Layerhöhen (50,0 µm, 80,9 µm, 100,0 µm, 150,0 µm, 160,8 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm, 332,6 µm) aus jeweils zwei verschiedenen Materialien (das Polylactid PLA NX2 und das Lignin basierte Biopolymer Green-TEC PRO) gedruckt. Als Kontrollgruppe fungierten 2 DLP hergestellte Oberkieferteilmodelle mit einer Layerhöhe von 20 µm. All diese physischen Modelle wurden nachfolgend digital gescannt und mit 3D-Überlagerungsmesstechnik via GOM Inspect Software bezüglich ihrer Oberflächengüte verglichen. Um den Einfluss der Layerhöhe FFF gedruckter Modelle auf die Kraftübertragung von Alignern zu untersuchen, wurden im zweiten Part an einem randomisiert gewählten, digitalen Oberkiefermodell mittels OnyxCeph3™Lab Software folgende Bewegungen für den zweiten linken Oberkieferprämolaren virtuell in je 0,1mm-Setup-Schritten geplant: Bukkaltorque (0,1 mm - 0,5 mm), Distalisation (0,1 mm - 0,4 mm), Extrusion (0,1 mm - 0,4 mm) und Rotation (0,1 mm - 0,5 mm). Nachfolgend wurden mittels FFF 91 physische Oberkiefermodelle gedruckt, eines für jeden Setup-Schritt und jede Layerhöhe (100 µm; 150 µm, 200 µm, 250 µm, 300 µm). Mithilfe der 3D-gedruckten Modelle wurden im Tiefziehverfahren 192 Aligner gefertigt in jeweils zwei Schichtstärken (0,5 mm, 0,75mm). Die Messapparatur bestand im Wesentlichen aus einem Oberkieferacrylmodell mit separiertem zweiten Oberkieferprämolaren, welcher mit einem Sensor verbunden war. Dieser erfasste die vom aktiven Aligner übertragenen initialen Kräfte und Drehmomente. Zur Evaluation des Einflusses der untersuchten Parameter Layerhöhe, Alignerdicke, Setupschritt und Bewegungsart, diente ein verallgemeinertes lineares Modell mit der Gammafunktion. Das im ersten Teil angewandte Messverfahren, die 3D-Überlagerungtechnik, wies laut Intraklassen -Korrelationskoeffizient (ICC) und Methodenfehler nach Dahlberg eine exzellente Reliabilität auf. Bei Lignin basierten FFF Modellen nahm die Oberflächengüte im Bereich von 100 µm bis 332,6 µm mit steigender Layerhöhe ab. Unterhalb von 100 µm zeigte sich jedoch kein weiterer Gewinn an Genauigkeit, sondern im Gegenteil, ein weiterer Verlust an Modellgenauigkeit mit abnehmender Layerhöhe. Im Vergleich wiesen die Lignin-basierten Biopolymer-Modelle durchweg eine bessere Oberflächengüte als die Polylactid basierten Modelle auf, und konnten bei einer optimalen Layerhöhe von 100 µm sogar mit der Präzision der DLP geduckten Modelle der Kontrollgruppe mithalten. In dem zweiten Teil der Untersuchung zeigten die Parameter Alignerdicke und Setupschritt einen signifikanten Einfluss auf durch Aligner abgegebene initiale Kräfte bzw. Drehmomente. Die Parameter Zahnbewegungsart und Layerhöhe waren nicht signifikant. Allerdings wurde bei einer Layerhöhe von 150 µm ein optimales Kraftniveau mit geringster Streuung bei den untersuchten Alignern verzeichnet. Die Ergebnisse des ersten Teils der Untersuchung zeigten, dass die Oberflächengüte im FFF-Druck regulierbar durch die Layerhöhe ist, darüber hinaus jedoch weitere Faktoren, wie beispielweise das Druckmaterial, eine Rolle spielen. Weiterhin stellt die FFF-Technologie eine genaue, kosteneffektive und nachhaltige Technologie zur Herstellung von Aligner-Modellen in der kieferorthopädischen Praxis dar. Beide Untersuchungen zeigen, dass es keinen erkennbaren Vorteil gibt, FFF-Dentalmodelle in besonders niedrigen Layerhöhen zu drucken, da daraus exponentiell höhere Druckzeiten entstehen, ohne vergleichbar bessere Kraftabgabe der kieferorthopädischen Aligner. Bei zu hohen Layerhöhen, jedoch, wird die Streuung der von den Alignern emittierten Kräften größer, demzufolge die Kraftabgabe unvorhersehbarer. Ein Kompromiss, welcher klinische Vorteile der adäquaten Kraftübertragung durch Aligner und wirtschaftliche Vorteile durch effiziente Druckzeiten vereint, stellt eine Optimum-Layerhöhe von 150 µm für FFF-Modelle für die In-Office-Alignerherstellung dar.