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In-vitro-Untersuchung der mechanischen Parameter eines neuen CAD/CAM-gefertigten Brackets

  • Ziel: Aussagen zur Scherhaftfestigkeit und Torsionsstabilität 3D-gedruckter Polymethacrylat-Brackets mit makroretentiver bzw. mikroretentiver Basis im Vergleich zu konventionell hergestellten Kunststoff-Brackets. Material und Methode: Die mit der Software FreeCad 0,16 (freecadweb.org) konstruierten Brackets (Standard Edgewise-Bracket mit 22 inch Slotgröße, Torque 0°, und Tip 0°) wurden im DLP-Verfahren aus einem medizinisch zugelassenen Polymethacrylat (SHERAprint ortho Plus, SHERA, Lemförde) 3D-gedruckt. Die Nachhärtung erfolgte in zwei Zyklen unter Stickstoff Schutzatmosphäre (1,5bar, je 3000 Blitze, 10/sec, 200 Watt, 280 bis 580nm) (Otoflash G171, NK Optik, Baierbrunn) nach einer Reinigung im Ultraschallbad (2 x 2min, 90% Ethanol). Zur Untersuchung der Scherhaftfestigkeit wurden bei 40 dieser Brackets Retentionsrillen in die Basis konstruiert (Makroretention). Weitere 40 Brackets erhielten eine glatte Bracketbasis, die 3 Sekunden lang mit Aluminiumoxidkristallen sandgestrahlt wurde (Mikroretention). Als Kontrollgruppe dienten konventionelle Kunststoffbrackets vergleichbarer Größe (Brilliant, Forestadent, Pforzheim). Die Brackets aller drei Versuchsgruppen wurden im Standard-etch- Verfahren mit lichtpolymerisierendem Adhäsiv auf bovinen Zahnprüfkörpern befestigt und einem Thermocycling unterzogen (1000 Zyklen, je 30sec, 5/55°C). Die Ermittlung der Scherhaftfestigkeit erfolgte gemäß DIN 13990-246 in einer Universalprüfmaschine (Zwick BZ050/TH3A, Zwick Roell, Ulm). Zur statistischen Auswertung wurden eine einfaktorielle Varianzanalyse (ANOVA), der t-Test und der Mann-Whitney-Test durchgeführt. Zur Durchführung der Torsionsstabilitätversuche wurden die bereits in den Scherversuchen verwendeten Bracketgrundkörper um einen Lastarm erweitert. Eine in die Universalprüfmaschine eingespannte Haltekonstruktion diente der Fixierung eines senkrecht zur Druckrichtung ausgerichteten geraden Stangendrahts (Querschnitt von 0,019 inch x 0,025 inch), an dem der Bracketanteil der Prüfkörper mit einer kieferorthopädischen Stahlligatur befestigt wurde. Die Torque- und Tipbewegung entstand durch Kraftapplikation des Druckscherbügels auf den Lastarm des Prüfkörpers. Ergebnisse: 3D-gedruckte Brackets mit makroretentiver Basis zeigten eine Scherhaftfestigkeit von 3,89 ± 1,0663MPa. Bei 3D-gedruckten Brackets mit mikroretentiver Basis wurde eine signifikant geringere Scherhaftfestigkeit von 3,09 ± 1,0454MPa ermittelt. Die Kontrollgruppe mit konventionell hergestellten Kunststoffbrackets zeigte eine vergleichbare Scherhaftfestigkeit von 3,84 ± 0,995MPa. Die in der Literatur beschriebene minimale Scherhaftfestigkeit von 6MPa wurde von keiner der Versuchsgruppen erreicht. Die Torsionsstabilität 3D-gedruckter Bracket zeigte beim maximalen Torque einen Mittelwert von 51,10 ± 9,40Nmm, das mittlere maximale Tipdrehmoment betrug 32,42 ± 5,43Nmm. Schlussfolgerungen: Die Scherhaftfestigkeitswerte 3D-gedruckte Brackets mit Makroretention ähneln denen von konventionell hergestellten Kunststoffbrackets. Um den klinischen Anforderungen besser gerecht zu werden, bedarf es hier allerdings noch einer Steigerung. Die Bruchfestigkeit 3D-gedruckter Brackets in Bezug auf die Torsionsbelastung, sowohl unter Torque- als auch unter Tipbewegung, scheint für den klinischen Gebrauch hingegen angemessen zu sein. In-office verwendbare 3D-Drucker könnten zukünftig für die Herstellung individualisierter Multibracket-Apparaturen genutzt werden.
  • This inaugural dissertation compares the shear bond strength and torsional stability of 3D printed polymethacrylate brackets to conventional plastic brackets. 3D printing was done using SHERAeco-Print 30 (DLP-procedure, layer thickness 50 microns) and SHERAprint ortho Plus (Shera Material Technology, Lemförde, Germany). Brackets for shear bond strength testing were bonded onto bovine mandibular incisors. For testing of torsional stability the bracket body was extended by a load arm. To simulate artificial aging the specimens were subjected to thermocycling (1000 cycles, 30sec, 5/55 °C). Tests were carried out on an universal testing machine (Zwick BZ050 / TH3A, Ulm, Germany). For statistical evaluation, ANOVA, t-test and Mann-Whitney test were performed. 3D printed brackets with a macroretentive base (grooves) showed a shear bond strength of 3.89 ± 1.0663 MPa. The control group with conventional plastic brackets showed comparable shear bond strength of 3.84 ± 0.995 MPa. For 3D printed brackets with a microretentive base (sandblasted with aluminum oxide) a significantly lower shear bond strength of 3.09 ± 1.0454 MPa was determined. Torsional stability of 3D printed brackets showed a mean maximum torque of 51.10 ± 9.40Nmm, the mean maximum tip was 32.42 ± 5.43Nmm. Consequently, shear bond strength values of 3D printed brackets with macroretention are similar to those of conventional plastic brackets. However, in order to meet clinical requirements, an increase would be desirable. Properties concerning the torsional stability seem to be appropriate for clinical use. In-office 3D printers could therefore be used for the production of individualized multibracket devices.

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Metadaten
Author:Fachzahnarzt Nawras Darkazanly
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-26592
Title Additional (German):In-vitro-Untersuchung der mechanischen Parameter eines neuen CAD/CAM-gefertigten Brackets
Referee:Prof. Dr. Karl-Friedrich Krey, Prof. Dr. Dieter Drescher
Advisor:Prof. Dr. Karl-Friedrich Krey
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2019
Date of first Publication:2019/05/21
Granting Institution:Universität Greifswald, Universitätsmedizin
Date of final exam:2019/05/07
Release Date:2019/05/21
Tag:3D-gedruckte Brackets, Kunststoffbrackets
GND Keyword:3D-gedruckte Brackets, Haftfestigkeit von Kunststoffbrackets, Kunststoffbrackets, individualisierte Brackets
Pagenumber:85
Faculties:Universitätsmedizin / Poliklinik für Kieferorthopädie, Präventive Zahnmedizin und Kinderzahnheilkunde
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit