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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-opus-26745

Konstruktion, numerische Simulation und in vitro Untersuchung CAD/CAM gefertigter aktiver kieferorthopädischer Behandlungselemente

  • Kieferorthopädische Behandlungen mit individell gefertigten aktiven Elementen führen zu besseren Behandlungsergebnissen in kürzerer Behandlungszeit bei gleichzeitig geringeren Nebenwirkungen. Mit CAD-Programmen und FE-Simulationen werden individuelle kieferorthopädische Elemente entworfen, die schnell und kostengünstig durch die RapidPrototyping-Technologie und speziell den 3D-Druck produziert werden können. Diese Studie zeigt dabei, dass es möglich ist, Objekte z. B. in Form von Federn und Bögen mit vorberechneter Kraftentfaltung zu planen und zu drucken. Die Druckparameter und die Parameter der gewählten Simulation sind entscheidend für die Qualität und die Eigenschaften des gedruckten Objektes. In dieser Studie wurden zwei verschiedene Versuchsaufbauten entwickelt, welche die Kraftentfaltung der Elemente mit einem Gelsensor bzw. mit einer Wägezelle gemessen hat. Es wurden Versuchsobjekte im Design eines Expansionsbogens aus den Materialien PLA und PETG sowie Zugfedern/Elastikketten aus den Materialen TPU und Filaflex mit 3D-Druckern produziert. Es wurde festgestellt, das Gelsensoren infolge fehlender Konstanz zur Messung von Kräften in der Zahnmedizin ungeeignet sind, während sich Wägezellen als geeignet erwiesen haben. Geplante/simulierte Kraftentwicklungen korrelierten mit r=0,995 bzw r=0,998 nach Pearson signifikant zu den Kraftentwicklungen von gedruckten Expansionsbögen aus den Materialien PLA und PETG. Weiterhin wurde für elastische Ketten/Federn aus TPU eine signifikante Korrelation mit r=0,980 von simulierter zu gemessener Kraft nachgewiesen. Das Material TPU war geeignet zur individuellen Produktion von elastischen Zugfedern als Ergänzung zu konventionellen elastischen Ketten, deren Kräfte nicht exakt planbar sind. Die Experimente zeigten, dass Langzeitbelastung und Aufbewahrung in Wasser zu geringen Kraftverlusten der TPU-Federn führten. Es wurde das Potential der Rapid-Prototyping-Technologie kombiniert mit FE-Simulationen veranschaulicht. Die ständige Weiterentwicklung dieser Technologie ermöglicht schnell und kostengünstig individuelle Behandlungselemente zu produzieren bei geringerer Nebenwirkungsrate, so dass diese Technik in der Kieferorthopädie zunehmend wichtig wird.
  • Orthodontic treatments with individually manufactured active elements lead to better treatment results in shorter treatment times with fewer side effects. CAD programs and FE simulations are used to design individual orthodontic elements that can be produced quickly and cost-effectively using rapid prototyping technology and 3D printing in particular. This study shows that it is possible to plan and print objects e. g. in the form of springs and arcs with precalculated force development. The print parameters and the parameters of the selected simulation are decisive for the quality and properties of the printed object. In this study two different test setups were developed, which measured the force development of the elements with a gel sensor or with a load cell. Test objects were produced in the design of an expansion arch made of the materials PLA and PETG as well as tension springs/elastic chains made of the materials TPU and Filaflex with 3D printers. It was found that gel sensors are unsuitable for measuring forces in dentistry due to lack of consistency, while load cells have been found to be suitable. Planned/simulated force developments correlated significantly to the force developments of printed expansion sheets made of PLA and PETG materials. Furthermore, a significant correlation from simulated to measured force was demonstrated for elastic chains/springs made of TPU. The TPU material was suitable for the individual production of elastic tension springs as a supplement to conventional elastic chains whose forces cannot be precisely planned. The experiments showed that long-term loading and storage in water led to low force losses of the TPU springs. The potential of rapid prototyping technology combined with FE simulations was demonstrated. The continuous further development of this technology enables us to produce individual treatment elements quickly and cost-effectively with a lower rate of side effects, so that this technology is becoming increasingly important in orthodontics.

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Metadaten
Author: Mathias Christian Weßling
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-26745
Title Additional (German):Design, numerical simulation and in vitro examination of CAD / CAM fabricated active orthodontic treatment elements
Referee:Prof. Dr. med. dent. Karl-Friedrich Krey, Prof. Dr. med. dent. Bernd Koos
Advisor:Prof. Dr. med. dent. Karl-Friedrich Krey
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2019
Date of first Publication:2019/05/20
Granting Institution:Universität Greifswald, Universitätsmedizin
Date of final exam:2019/03/26
Release Date:2019/05/20
Tag:Behandlungselemente, numerische Simulation
GND Keyword:Additive Manufacturing, Computer aided design, Computer aided manufacturing, Orthodontie, Simulationsmethode
Pagenumber:120
Faculties:Universitätsmedizin / Poliklinik für Kieferorthopädie, Präventive Zahnmedizin und Kinderzahnheilkunde
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit