השפעת טכניקות ייצור והליכי ליטוש על חספוס פני השטח של שרפי בסיס תותבות

Summary

מאמר זה מציג פרוטוקול להערכת ההשפעות של שיטות ייצור שונות (PMMA מפולימר בחום, PMMA כרסום CAD-CAM ושרף מודפס בתלת-ממד) וטכניקות ליטוש (ניירות שוחקים סיליקון קרביד 600, 800 ו-1000 חצץ) על חספוס פני השטח (Ra) של חומרי בסיס שרף המשמשים לתותבות שלמות.

Abstract

מחקר זה נועד להעריך את ההשפעה של טכניקות ייצור שונות ונהלי ליטוש על חספוס פני השטח (Ra) של חומרים מבוססי שרף המשמשים לייצור תותבות שלמות. בסך הכל יוצרו 90 דגימות משלושה חומרי שרף שונים: שרף פולימתיל מתאקרילט (PMMA) מפולימר בחום, שרף PMMA טחון CAD-CAM ושרף מודפס בתלת מימד (n = 30). כל דגימה נמדדה בקוטר 10 מ"מ ובגובה 2 מ"מ. ערכי חספוס פני השטח (Ra) של הדגימות נקבעו בתחילה באמצעות פרופילומטר מגע לאחר הייצור. לאחר מכן, כל קבוצת דגימות מלוטשת בניירות שוחקים מסיליקון קרביד 600, 800 ו-1000 גריט מתחת למים זורמים. לאחר מכן בוצעה מדידה שנייה של ערכי חספוס פני השטח (Ra). הנתונים נותחו סטטיסטית באמצעות מבחן Kruskal-Wallis, מבחן Mann-Whitney U, מבחן Wilcoxon signed-rank ומבחן t של דגימות זוגיות (p = 0.05). זוהה הבדל מובהק סטטיסטית בין הקבוצות מבחינת חספוס פני השטח (Ra) לפני תהליך הליטוש (p < 0.001). עם זאת, לא נצפה הבדל מובהק סטטיסטית בין חומרי הבסיס PMMA הטחונים לפולימרים בחום לאחר תהליך הליטוש. הדגימות המודפסות בתלת מימד הראו את השיפור הבולט ביותר בחספוס פני השטח עקב תהליך הליטוש. עם זאת, חספוס פני השטח שלהם נותר גבוה באופן מובהק סטטיסטית בהשוואה לדגימות האחרות, הן לפני הליטוש והן לאחריו (p < 0.001). שיטת הייצור של חומרי בסיס תותבות שלמים נצפתה כמשפיעה על חספוס פני השטח. ערכי חספוס פני השטח של חומרי הבסיס שיוצרו בשיטת הדפסת תלת מימד היו גבוהים יותר בהשוואה לאלו שיוצרו עם שרף PMMA טחון ופולימר בחום, לפני ואחרי הליטוש.

Introduction

שיקום אזורים חסרי שיניים מושג לרוב באמצעות שימוש בתותבות נשלפות חלקיות או מלאות, המשמשות חלופה חשובה במקרים בהם תותבות קבועות הנתמכות על ידי שתלים אינן אפשריות עקב גורמים אנטומיים או מצבים הקשורים למטופל כגון אילוצים כלכליים או מחלות מערכתיות¹. חומרי הבסיס המשמשים בתותבות אלה הם בדרך כלל שרפים המכילים פולימתיל מתאקרילט (PMMA). PMMA הוא חומר חסכוני המוערך בזכות קלות העיבוד, יכולת התיקון ויכולת הליטוש שלו². זה גם מדגים תכונות פיזיקוכימיות חיוביות ותוצאות אסתטיות משביעות רצון³. שיטות ייצור שונות, כגון יציקת שרף נוזלי וטכניקות מילוי עובש כמו דחיסה והזרקה, שימשו לייצור תותבות נשלפות משרף PMMA.

בין השיטות המסורתיות, טכניקת הייצור הנפוצה ביותר היא יציקת דחיסה, הידועה גם בשם שיטת לחיצת הבקבוק. זה כרוך בהנחת חומר השרף לתבנית בתוך בקבוק, ולאחר מכן לחיצה עליו בלחץ כדי למלא את התבנית ולהשיג את הצורה הרצויה. שיטת לחיצת חבילת הבקבוקים, הנמצאת בשימוש כבר שנים רבות, מציעה יתרונות כמו קלות יישום ועלות נמוכה. עם זאת, יש לו גם חסרונות מסוימים, כולל הדרישה לעבודת כפיים ושלבים גוזלי זמן בהליכי מעבדה, רגישות לטעויות אנוש, הסיכון לאי השגת מבנה הומוגני במהלך ערבוב ועיבוד השרף והתכווצות פילמור. עם זאת, עם הופעתן של טכנולוגיות ייצור עיצוב בעזרת מחשב (CAD/CAM), נעשה שימוש גם בטכניקות ייצור חיסור כגון כרסום לייצורן⁴. מחקרים הוכיחו כי חומרי בסיס תותבות המיוצרים בטכניקת הכרסום הם בעלי חוזק כיפוף והתאמת בסיס גדולים יותר מאלה המיוצרים בשיטות קונבנציונליות ^5,6. ניתן לייחס שיפורים אלה לרמות הלחץ והטמפרטורה הגבוהות המופעלות במהלך הייצור של דיסקי PMMA כרסומים, מה שבסופו של דבר מניב חומר קומפקטי יותר עם מספר מופחת של חללים ^7,8,9.

המחקר על התכונות הפיזיקליות של חומרים המיוצרים באמצעות ייצור חיסור ברפואת שיניים חשף מספר יתרונות, כולל התאמה משופרת, עמידות רבה יותר ויציבות ממדית משופרת 5,10,11,12. עם זאת, זוהו חסרונות ניכרים, כולל יצירת כמויות משמעותיות של פסולת במהלך הטחינה והעלויות הגבוהות הכרוכות^{בתהליך זה}. על מנת להתמודד עם אתגרים אלה, כמו גם התכווצות הפילמור שנצפתה בבסיסי תותבות המיוצרים באופן קונבנציונלי, שיטות ייצור תוספות, בפרט הדפסה תלת מימדית (תלת מימד), התגלו כחלופה בת קיימא. חומרי בסיס תותבות מודפסים בתלת מימד מציעים מספר יתרונות, כולל תהליכי ייצור יעילים, יציבות ממדית משופרת ובזבוז חומרים מינימלי, מה שמציב אותם כשיטת ייצור חלופית מבטיחה ^8,14,15. עם זאת, ההשערה היא שבסיסי תותבות המיוצרים באמצעות הדפסת תלת מימד עשויים להציג נטייה גבוהה יותר לשינוי צבע בהשוואה לאלה המיוצרים בטכניקות קונבנציונליות או כרסום¹⁶. לשינוי צבע כזה עשויות להיות השלכות על המשיכה האסתטית ארוכת הטווח ועל שביעות רצון המטופלים, מה שמצדיק חקירה נוספת של הרכב החומר וטיפולי פני השטח המשמשים בבסיסי תותבות מודפסות בתלת מימד. אחד הגורמים העיקריים לשינוי צבע של חומרים מודפסים בתלת מימד הוא פני השטח המחוספסים מטבעם. בסיסי תותבות עם משטחים מחוספסים רגישים יותר להכתמה ושינוי צבע. יתר על כן, חספוס פני השטח מספק סביבה התורמת להצטברות ביופילם, ומגביר את ההיצמדות של מיקרואורגניזמים כגון קנדידה אלביקנס. הצטברות חיידקים זו מסוכנת הן להיגיינת הפה והן לבריאות הכללית, ומדגישה את החשיבות של אופטימיזציה של חלקות פני השטח של חומרי בסיס תותבות 17,18,19.

ניתן לייחס את חספוס פני השטח המוגבר שנצפה בבסיסי תותבות המיוצרים באמצעות הדפסת תלת מימד, בהשוואה לאלו המיוצרים בשיטות קונבנציונליות של ריפוי בחום או כרסום, למאפיינים האינהרנטיים של תהליך הייצור. הדפסת תלת מימד מסתמכת על טכניקת ייצור שכבה אחר שכבה, כאשר כל שכבה משאירה עקבות מיקרוסקופיים על פני השטח, התורמים לאי סדירות פני השטח^14,17. אפקט זה בולט יותר במדפסות ברזולוציה נמוכה יותר, ומחמיר עוד יותר את חספוס פני השטח⁴. בנוסף, שרפי הפוטופולימר המשמשים בהדפסת תלת מימד עוברים פילמור המושרה על ידי אור, שעשוי שלא להשיג פילמור מלא באזורים מסוימים, מה שמוביל לפגמים במשטח ^2,15. פילמור לקוי או עיבוד לא מספיק יכולים לסבך עוד יותר את הבעיה הזו³. יתר על כן, אופי השרפים הפוטופולימרים ותגובות הפילמור המהירות המעורבות יכולים להשפיע על הומוגניות החומר, ובכך לפגוע בחלקות פני השטח ^5,13. לעומת זאת, טכניקת הכרסום החיסור מסירה חומר מבלוק מוכן מראש, וכתוצאה מכך משטח אחיד וחלק יותר בשל הדיוק הגבוה של כרסום ותהליך החיתוך הרציף^16,11. לבסוף, שלבי העיבוד הנדרשים בהדפסת תלת מימד, כגון שיוף וליטוש, לא תמיד יבוצעו בקפדנות מספקת, מה שמשאיר אי סדרים במשטח ^8,10. באופן קולקטיבי, גורמים אלה מסבירים את חספוס פני השטח המוגבר הקשור לבסיסי תותבות מודפסים בתלת מימד. עם זאת, התקדמות ברזולוציית המדפסת, אופטימיזציה של חומרים ופרוטוקולים יעילים יותר לאחר עיבוד טומנים בחובם הבטחה להפחתת ליקויי פני השטח הללו⁹.

טכנולוגיית הדפסת תלת מימד עשויה גם להציב אתגרים, כמו "תופעת המדרגות", הניכרת במיוחד על משטחים מעוקלים. בעיה זו מתעוררת כאשר המשטח המודפס חסר חלקות ובמקום זאת מציג מבנה שכבתי דמוי מדרגה ולא גימור חלק, מה שעלול להשפיע לרעה על יציבות הצבע של החומרים המשמשים באזורים קריטיים מבחינה אסתטית^20,21. מגוון טכניקות הוצעו להפחתת חספוס פני השטח בבסיסי תותבות. אלה כוללים ליטוש מכני עם נייר זכוכית מים, יישום חומרים כימיים מיוחדים ושילוב של שתי הגישות 17,22,23,24.

למרות קיומם של מחקרים רבים שהשוו את המאפיינים של בסיסי תותבות נשלפים, היה מחסור במחקר מפורט על חספוס פני השטח, גורם מפתח התורם לשינוי צבע, בשיטות ייצור שונות. מטרת מחקר זה היא להעריך את ההשפעה של טכניקות ייצור עכשוויות מבוססות תותבות והליכי ליטוש מכניים על חספוס פני השטח. השערת האפס הראשונית שיש לבדוק היא שאין הבדל ניכר בחספוס פני השטח של חומרי בסיס תותבות המיוצרים על ידי הדפסת תלת מימד, כרסום או שיטות קונבנציונליות. השערת האפס השנייה היא שלליטוש מכני אין השפעה על חספוס פני השטח של חומרי בסיס תותבות.

Protocol

פרטי הריאגנטים, הציוד והתוכנה המשמשים מפורטים בטבלת החומרים.

1. הכנת מדגם

1. ייצור דיסקי PMMA מפולימרים בחום
   1. צור דגם שעווה במידות של גובה 2 מ"מ ורוחב 10 מ"מ. יוצקים שעווה מותכת לטבעת מתכת בגובה 2 מ"מ ורוחב 10 מ"מ ומניחים לה להתקרר. לאחר ההתמצקות, הסר אותו מהטבעת לקבלת דגם שעווה בגודל 2 מ"מ על 10 מ"מ.
   2. שופכים טיח לחלק התחתון של בקבוק דו-חלקי.
   3. מניחים את דגם השעווה המוכן לתוך הטיח כך שהוא מוטבע למחצה. לפני שממלאים את החלק העליון של הבקבוק בטיח, יש למרוח נוזל הפרדה (ראה טבלת חומרים).
      הערה: מנע משתי שכבות הטיח להידבק זו לזו.
   4. סגור את החלק העליון של הבקבוק ושפך עליו טיח כדי לאבטח את החלק העליון של דגם השעווה. לאחר שהטיח התייצב במלואו, מחממים את הבקבוק כדי לאפשר לדגם השעווה להימס, ולאחר מכן מוציאים אותו מהתבנית.
      הערה: במקום השעווה ייווצר חלל שיאפשר לשפוך את החומר האקרילי לחלל זה.
   5. מערבבים את הנוזל והאבקה של אקריליק מפולימר בחום ביחס של 22.5 גרם אבקה ל -10 מ"ל נוזל. אורזים את האקריליק לחלל שבתוך הבקבוק.
   6. לאחר הכנסת החומר האקרילי לתבנית, הכניסו את הבקבוק לפילמור במים רותחים בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס למשך 45 דקות.
   7. לאחר השלמת הפילמור, פתח את הבקבוק והסר בזהירות את הדיסק האקרילי מהטיח. נקו את הדיסק האקרילי מכל שאריות גבס באמצעות קיטור ושטפו אותו במים מזוקקים.
2. ייצור דיסקי שרף פולימתיל מתאקרילט טחונים CAD-CAM
   1. השתמש בתוכנת עיצוב (ראה טבלת חומרים) כדי לעצב דיסק בגובה של 2 מ"מ ורוחב של 10 מ"מ.
   2. הנח את דיסק ה-PMMA הטחון 98.5 מ"מ/25 מ"מ CAD/CAM לתוך יחידת הכרסום. מקם את העיצוב של 2 מ"מ x 10 מ"מ על הדיסק בתוכנה, והבטיח מרווח של 4 מ"מ עבור כלי הכרסום.
   3. הפרד את הדיסקים האקריליים מהבלוק באמצעות בור קרביד חד. נקו את הדיסקים האקריליים מכל שאריות באמצעות קיטור ושטפו במים מזוקקים.
3. ייצור דיסקי שרף פולימתיל מתאקרילט מודפסים בתלת מימד
   1. ייצא את עיצוב הדיסק בגובה 2 מ"מ ורוחב 10 מ"מ מתוכנת העיצוב בפורמט שפת טסלציה סטנדרטית (STL) וייבא אותו לתוכנת מדפסת התלת מימד.
   2. הנח את מבני התמיכה על משטחי הדיסק בזווית של 45 מעלות. בחר עובי שכבה של 0.5 מ"מ מיקרון המומלץ לתותבות נשלפות. הגדר את מהירות ההדפסה ל-20-30 מ"מ לשנייה.
   3. פתח את מכסה המדפסת. הכנס את שרף התותבת המלא. סגור את מכסה המדפסת.
   4. לחץ על כפתור האישור עבור זמן הבנייה שיופיע על המסך. המסך יציג את ההודעה: "ודא שאזור הבנייה פנוי. תתחיל לבנות עכשיו?" לחץ על הלחצן Yes .
      הערה: לאחר השלמת הדפסת תלת מימד, החלקים התותבים או השיניים המודפסים בדרך כלל נרפאים למחצה. בשלב זה, החומר טרם השיג את מלוא תכונותיו המכניות וייתכן שעדיין יש לו אזורים רכים.
   5. לפני הריפוי שלאחר הריפוי, נקה את הדיסקים עם אלכוהול איזופרופיל (IPA) למשך 20 דקות כדי להסיר עודפי שרף ולהשיג גימור חלק יותר.
   6. הנח את הדיסקים ביחידה לאחר ריפוי המשתמשת במקור אור אולטרה סגול (UV). מכשיר זה פולט אור UV באורך גל מסוים, מה שמבטיח התקשות אחידה של החומר תוך 30 דקות.
      הערה: יחידת הריפוי פולטת בדרך כלל אור UV של 360 מעלות.
   7. הפרד את הדיסקים המיוצרים מתומכי ההדפסה באמצעות בור קרביד חד. נקו את הדיסקים האקריליים מכל שאריות באמצעות קיטור ושטפו במים מזוקקים.

2. מדידת חספוס פני השטח

הערה: בצע מדידות חספוס פני השטח של הדגימות לפני ואחרי תהליך הליטוש.

1. כיול הפרופילומטר
   1. לחץ והחזק את לחצן ההפעלה כדי להפעיל את המכשיר. לאחר הופעת המסך הראשי, לחץ על כפתור התחל .
      הערה: קצה הסורק ייפתח עם ההודעה "חוזר".
   2. פתח את לוח הכיול מבלי לגעת באזור האפור ומקם אותו מתחת לקצה הסורק כשהטקסט פונה למשתמש.
      הערה: הנח את קצה הסורק על אזור המט האפור.
   3. לחץ על הלחצן Menu/Enter בלוח הבקרה כדי להתחיל בכיול. בחר באפשרות מדידת קליב ולחץ על כפתור התחל .
      הערה: לאחר השלמת הכיול, לחץ פעמיים על הכפתור האדום כדי לחזור לתפריט הקודם ולחץ על הכפתור הכחול כדי לפתוח את התפריט הראשי.
   4. כוונן את ההגדרות לקריאת חספוס פני השטח כך שיכסו 0.5 מ"מ, עם ערך חיתוך של 0.8 מ"מ, במהירות של 0.25 מ"מ לשנייה ורזולוציה של 0.01 מיקרומטר.
2. מדידת חספוס פני השטח של הדגימות
   1. הנח את הדגימה על הפאנל כך שפני השטח שלה ייגעו בקצה הסורק.
      הערה: אם לא נוצר קשר, תופיע אזהרה אדומה על המסך. לא תילקח מדידה אלא אם כן המגע נוצר והמחוון הופך לכחול.
   2. לאחר שקצה הסורק משלים את סריקת פני השטח, שמור את הנתונים המספריים המוצגים על המסך בקובץ Excel.
      הערה: מדוד כל דגימה שלוש פעמים ורשום את הערכים. לאחר השלמת המדידות, כבה את המכשיר על ידי לחיצה ממושכת על לחצן ההפעלה כאשר המסך מחשיך ולאחר מכן לחיצה אחת על כפתור התחל .

3. הליך ליטוש

1. הנח נייר שוחק סיליקון קרביד 600 גריט על מכונת המטחנה/מלטש.
2. הפעל את אספקת המים של המכונה. מרחו את הדגימות על הנייר השוחק המסתובב למשך 10 שניות, וודא שכל המשטח הנמדד יוצר מגע.
3. חזור על התהליך ברצף עם ניירות שוחקים סיליקון קרביד 800 ו-1000 גריט, תוך שימוש בגיליון טרי לכל דגימה. נקו את הדיסק האקרילי מכל שאריות באמצעות קיטור ושטפו במים מזוקקים.

4. ניתוח סטטיסטי

1. לבצע ניתוחים סטטיסטיים.
2. החל את מבחן Kruskal-Wallis ואת מבחן Mann-Whitney U בזוגות (עם תיקון Bonferroni) כדי לקבוע הבדלים משמעותיים בין הקבוצות.
3. קחו בחשבון ערך p מתחת ל-0.05 כמובהקות סטטיסטית.

תוצאות

מדידת ערכי חספוס פני השטח בקבוצות המחקר לפני הליך הליטוש הניבה את הערכים הבאים: 2.13 (IQR 0.84) עבור קבוצת HP, 4.21 (2.73) עבור הקבוצה המודפסת בתלת מימד, ו-0.99 (0.54) עבור קבוצת ML. לאחר הליך הליטוש המכני, נצפתה ירידה בערכי חספוס פני השטח בכל הקבוצות, כאשר מדידת ערכי SR לאחר הליטוש הניבה את הת...

Discussion

במחקר זה הוערכה ביסודיות ההשפעה של טכניקות ייצור שונות והליכי ליטוש על חספוס פני השטח (Ra) של חומרים מבוססי שרף המשמשים לייצור תותבות שלמות. הניתוח הסטטיסטי חשף הבדלים משמעותיים בערכי חספוס פני השטח בין כל הקבוצות, כאשר הדגימות שהופקו באמצעות הדפסת תלת מימד הציגו את ...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3-dimensionally printed resin	Dentabase, Asiga, Australia	https://www.asiga.com/materials-dental/	complete denture material
Asiga Composer Software	Asiga, Australia	https://www.asiga.com/software-composer/	3D Printer software
CAD-CAM milled polymethyl methacrylate resin	M-PM Disc, Merz Dental, Germany	A2: SKU 1019085	complete denture material
Curing unit	Lilivis, Huvitz, South Korea	https://www.medicalexpo.com/prod/huvitz/product-80194-1066733.html	3D light curing
Exocad software	Align Technology, Germany	https://exocad.com/company/about-us/	desing software
Grinder/Polisher machine	Buehler Inc, Phoenix Beta, Germany		polishing
Milled Unit	Dentifa PRO2,IFA Machinery Design Engineering Services Industry and Trade Ltd. Co., Turkey	http://www.dentifa.com/	Milling of the CAD-CAM milled polymethyl methacrylate resin discs
Polimerized polymethyl methacrylate resin	Probase, Ivoclar, Liechtenstein	https://www.ivoclar.com/en_us/products/removable-prosthetics/probase-hot-cold	complete denture material
Profilometer	Surftest SJ-210, Mitutoyo, Japan	178-561-12A	surface roughness measurement
Separating agent	Ivoclar Vivadent Separating Fluid	https://www.ivoclar.com/en_li/products/removable-prosthetics/probase-hot-cold	separating agent
SPSS28 software	IBM Corp., Armork, NY,USA	https://www.ibm.com/spss	statistical analyses