UNIVERZA V LJUBLJANI ZDRAVSTVENA FAKULTETA
LABORATORIJSKA ZOBNA PROTETIKA, 1. STOPNJA
Eva Črnivec
PRIMERJAVA NATANČNOSTI MANUALNE IN DIGITALNE MODELACIJE
diplomsko delo
A COMPARISON OF ACCURACY BETWEEN CONVENTIONAL AND DIGITAL MODELLING
TECHNIQUE
diploma thesis
Mentor: izr. prof. dr. Mihael Brunčko
Somentor: pred. Peter Bohinc in dr. Tjaša Zupančič Hartner Recenzent: pred. mag. Tomaž Lampe
Ljubljana, 2021
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju, izr. prof. dr. Mihaelu Brunčku, za strokovnost, razumevanje in vodstvo pri izdelavi diplomskega dela.
Zahvaljujem se dr. Tjaši Zupančič Hartner, za njeno pripravljenost in pomoč v vseh fazah mojega diplomskega dela. Hvala za podporo ter številne nasvete in ideje, ki mi jih je nudila že v času, preden je postala somentorica mojega diplomskega dela.
Zahvaljujem se somentorju, strok. sod. Petru Bohincu, ki mi je poleg praktičnih nasvetov in s primernimi modeli za diplomsko delo pomagal tudi pri iskanju odgovorov na praktične težave, na katere sem naletela v času pisanja diplomskega dela.
Zahvaljujem se Zobnemu laboratoriju Bernik, kjer sta mi kolega Jan Bernik in Primož Bernik velikodušno odprla vrata in mi omogočila dostop do laboratorjske opreme. V njunem laboratoriju je bil izveden večji del analize kovinskega ogrodja ter realizacija praktičnega izdelka.
Zahvaljujem se doc. dr. Tomažu Brajlihu za pomoč pri izvedbi in interpretaciji analize v programski opremi GOM Inspect 2018.
Zahvaljujem se svojemu možu Krištofu za vso ljubezen, vzpodbujanje in podporo, ki sem je bila deležna v času študija.
Posebej lepo se zahvaljujem svojima staršema, Liljani in Marku Koblar, ki sta mi omogočila izbiro in dokončanje tega študija.
Iz srca se zahvaljujem Nataliji Simoni Črnivec, za lektoriranje diplomskega dela in za varstvo malega Oliverja v času mojega pisanja. Zahvaljujem se tudi Matjažu Črnivcu, za pomoč pri pregledu in oblikovanju končnega izgleda diplomskega dela.
IZVLEČEK
Uvod: Izdelava kovinskih konstrukcij fiksnoprotetičnih izdelkov je zahtevna, saj se mora izdelek tesno prilegati preparaciji. Proces izdelave ogrodja vpliva na površinsko hrapavost, prileganje konstrukcije in retencijsko silo. Slaba kakovost izdelave ima lahko za posledico slabo prileganje ter s tem povezane klinične zaplete. Namen: Namen diplomskega dela je pregledati obstoječo literaturo na področju primerjave natančnosti izdelave kovinskega ogrodja za porcelansko tehniko po klasični ter digitalizirani aditivni. Na podlagi pridobljenih dejstev smo v diplomskem delu izvedli primerjavo natančnosti obeh tehnik na primeru izdelave kovinsko-porcelanskega mostička 31-37. Metode dela: V diplomskem delu so teoretične osnove pridobljene s študijem strokovne literature. Literatura je bila poiskana s pomočjo spletnih baz COBISS, Google Scholar in Medline. Praktična izvedba dela je bila opravljena v zobnem laboratoriju. Digitalizirana primerjava kovinskih polizdelkov je bila izvedena s pomočno programske opreme Blender2.8, GOM Inspect 2018 in Adobe Photoshop CC. Rezultati: Izpeljali smo slikovno dokumentirano primerjavo obeh konstrukcij na kontrolnem modelu ter brez modela, izmerili smo cervikalno debelino konstrukcij na predhodno določenih mestih, skenirali obe konsrukciji in ju primerjali v namenski programski opremi. Digitalna primerjava CAD datoteke in SLM konstrukcije je klasična analiza, ki se v tehniki redno izvaja s pomočjo optičnega skeniranja. Pri primerjavi SLM kontrukcije z lito konstrukcijo, smo SLM konstrukcijo uporabili za mirujočo referenco in nanjo z globalno poravnavo najboljšega ujemanja postavili model lite konstrukcije ter narisali barvno karto odstopanj. Razprava in zaključek: Želeli smo ugotoviti, kakšne so razlike v natančnosti kovinskega ogrodja za kovinsko-porcelansko tehniko, ko primerjamo digitalno in manualno tehniko modeliranja. Za razumevanje naše primerjave je pomembno natančno poznavanje digitalnega ter manualnega procesa izdelave kovinskega ogrodja, ki je opisan v diplomskem delu. Naše mnenje je, da je natančnost obeh tehnik v veliki meri odvisna od sposobnosti laboratorijskega izvajalca. Pri manualni tehniki modelacije je število delovnih faz večje, modelacija pa je pri večjih konstrukcijah tudi občutno časovno potratnejša. Pri digitalni tehniki modelacije je velika prednost ta, da lahko ogrodje po želji izdelamo večkrat, brez dodatnega čas za ponovno modeliranje. Ugotovili smo tudi, da je za kvalitetno izvedeno primerjavo zelo pomemben dostop do namenske opreme ter standardizirane, preizkušene tehnike analize.
Ključne besede: izdelava kovinskega ogrodja, SLM, manualna modelacija, natančnost, prileganje
ABSTRACT
Introduction: The production of a metal base for fixed prosthetic dental protheses is a demanding process because every product should tightly fit into the preparation. The fabrication process affects the roughness of the metal base surface, how it fits the construction, and the retention forces. Poor production quality may result in improper fitting and consequently medical complications. Purpose: The purpose of this thesis is to make an overview of the existing literature on the comparison of accuracy of the metal base fabrications for conventional metal ceramics restorations and the SLM technique.
Based on the acquired facts, the comparison of the accuracy of both techniques was made in the fabrication process for a metal-ceramic bridge 31-37. Methodology: The theoretical part of the thesis is based on the existing scientific publications. The literature was
accessed through COBISS, Google Scholar, and Medline. The practical part of the thesis was conducted in the dental laboratory. A digital comparison of metal half products was made using Blender2.8, GOM Inspect 2018, and Adobe Photoshop CC. Results: An image comparison of both constructions was made on the control model and without a model; a cervical thickness of constructions was measured at the predetermined locations, both constructions were scanned and compared with a dedicated software. The digital comparison of the CAD file and the SLM construction is a standard analysis regularly carried out using optical scanning. When comparing the SLM and the cast construction, the SLM construction was used as a static reference. The SLM construction was overlaid with the cast one using the global best-fit alignment and a colour map of the deviations was drawn. Discussion and conclusion: The aim of the thesis is to determine the differences in the accuracy of the metal base for the metal ceramics technique when using the digital or the manual modelling technique. To understand our comparison, the in-depth knowledge of the digital and manual fabrication processes for metal bases is required, and this process is also discussed in the thesis. We concluded that the fabrication accuracy greatly depends on the skills of laboratory practitioners. The manual technique requires more phases, and the modelling process for larger constructions is significantly more time-consuming. On the other hand, using a digital technique, the base can be made several times when
required, while no additional time is spent on remodelling, which is the biggest advantage of this technique. We also realized that a quality comparison requires access to dedicated equipment and standardized as well as proven analytical techniques.
Keywords: metal base fabrication, SLM, manual modeling technique, accuracy, fit
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ... 1
1.1 Kovinsko-porcelanska tehnika ... 1
1.2 Tehnologije izdelave ogrodja ... 2
1.2.1 Klasična metoda ... 3
1.2.2 SLM metoda ... 5
1.3 Natančnost, točnost in neskladja ... 6
1.3.1 Natančnost ... 6
1.3.1.1 Pomen natančnosti... 7
1.3.2 Točnost ... 7
1.3.3 Toleranca ... 7
1.3.4 Neskladja ... 7
1.4 Prileganje ... 8
1.4.1 Notranje prileganje ... 8
1.4.2 Obrobno prileganje ... 10
1.4.3 Absolutno mejno odstopanje ... 11
1.5 Mejne vrednosti ... 11
2 NAMEN ... 13
3 METODE DELA ... 14
3.1 Metode primerjave natančnosti ... 14
3.1.1 Vizualna primerjava pred cementiranjem... 15
3.1.2 Primerjava natančnosti glede na mere izdelka ... 15
3.1.3 Primerjava natančnosti na kontrolnem modelu ... 15
3.1.4 Primerjava natančnosti digitaliziranih podatkov ... 15
3.1.5 Primerjava natančnosti z mikroskopiranjem ... 17
4 REZULTATI ... 18
4.1 Izbira in priprava modela ... 18
4.2 Izbira materiala ... 18
4.3 Digitalni proces izdelave ogrodja ... 19
4.3.1 Izbira tehnologije digitalno podprte izdelave ogrodja ... 20
4.4 Manualni proces izdelave ogrodja ... 21
4.5 Priprava izdelkov za primerjavo ... 23
4.6 Vizualna primerjava brez modela ... 24
4.7 Primerjava konstrukcij na kontrolnem modelu ... 27
4.8 Primerjava zlitin konstrukcij ... 29
4.9 Primerjava debeline konstrukcije ... 31
4.10 Digitalna primerjava ... 37
4.10.1 Priprava optično zajetega modela v programski opremi Blender ... 41
4.10.2 Izvedba primerjave v programski opremi GOM Inspect 2018 ... 44
4.10.2.1 Načrt izvedbe ... 45
4.10.2.2 Primerjava para CAD datoteka in SLM konstrukcija ... 45
4.10.2.3 Primerjava med lito in SLM konstrukcijo ... 48
5 RAZPRAVA ... 50
6 ZAKLJUČEK ... 53
7 LITERATURA IN DOKUMENTACIJSKI VIRI... 55
8 PRILOGE ... 60
8.1 Kovinsko-pocelanski most 31-37 ... 60
KAZALO SLIK
Slika 1: Sosledje delovnih faz pri izbiri različne metode izdelave kovinskega ogrodja.. ... 3
Slika 2: Shematski prikaz notranje in mejne vrzeli. ... 9
Slika 3: TOC. ... 10
Slika 4: Shematski prikaz absolutnega mejnega odstopanja. ... 11
Slika 5: Optično branje IDM. ... 20
Slika 6: Optično branje griza. ... 20
Slika 7: Lingvalni pogled na končano konstukcijo. ... 20
Slika 8: Okluzalni pogled na končano konstukcijo. ... 20
Slika 9: Krni, lakirani z dvema slojema distančnega laka. ... 22
Slika 10: Končana voščena konstrukcija. ... 22
Slika 11: Voščena konstrukcija s sistemom dovodnih kanalov. ... 22
Slika 12: Ulita in speskana konstrukcija. ... 22
Slika 13: Odstranitev odvečnih struktur z brusnim sredstvom. ... 23
Slika 14: Konstrukciji - pogled z bukalne smeri. ... 24
Slika 15: Konstrukciji - pogled z lingvalne smeri. ... 25
Slika 16: Konstrukciji - pogled z okluzalne smeri. ... 25
Slika 17: Konstrukciji - pogled z gingivalne smeri. ... 26
Slika 18: Konstrukciji na kontrolnem modelu - pogled z bukalne smeri. ... 27
Slika 19: Konstrukciji na kontrolnem modelu - pogled z distalne smeri. ... 28
Slika 20: Konstrukciji na kontrolnem modelu - pogled z lingvalne smeri. ... 28
Slika 21: Konstrukciji na kontrolnem modelu - pogled s frontalne smeri. ... 29
Slika 22: Tehtanje konstrukcije, izdelane po liti metodi. ... 31
Slika 23: Tehtanje konstrukcije, izdelane po SLM metodi. ... 31
Slika 24: Enote konstrukcije na katerih bo izvedena meritev z debelinomerom. ... 32
Slika 25: Shematski prikaz razporeditve merilnih točk na posamezni enoti. ... 33
Slika 26: Konstrukciji z označenimi točkami, alkoholni flomaster in debelinomer. ... 33
Slika 27: Izvedba meritev. ... 34
Slika 28: Nihanja izmerjenih vrednosti na zobu 33. ... 36
Slika 29: Nihanja izmerjenih vrednosti na zobu 36. ... 36
Slika 30: Nihanja izmerjenih vrednosti na zobu 37. ... 37
Slika 31: Vpetje mavčnega modela na podstavek optičnega bralnika. ... 38
Slika 32: Vpetje kovinske konstrukcije na podstavek optičnega bralnika. ... 38
Slika 33: Razlika v deležu optično zajete površine konstrukcije glede na postavitev. ... 38
Slika 34: Lepljenje žičnega držala na kovinsko konstrukcijo. ... 39
Slika 35: Kovinska konstrukcija na skenirnem podstavku. ... 40
Slika 36: Optično branje kovinske konstrukcije. ... 40
Slika 37: Težavno zajemanje nekaterih predelov konstrukcije. ... 41
Slika 38: Deli modela, združeni v nadaljevanju poglavja. ... 41
Slika 39: Datoteka 2019-12-13_00001-001-lowerjaw.obj. ... 42
Slika 40: Združitev modela v celoto. ... 43
Slika 41: Zmanjšanje natančnosti baze modela. ... 43
Slika 42: Model, pripravljen za izvoz ... 44
Slika 43: Barvna lestvica s pripadajočimi vrednostmi odstopanj. ... 46
Slika 44: Primerjava CAD datoteke in SLM konstrukcije - z bukolabialne smeri... 47
Slika 45: Primerjava CAD datoteke in SLM konstrukcije - z distolingvalne smeri... 47
Slika 46: Primerjava lite in SLM konstrukcije - z bukolabialne smeri. ... 48
Slika 47: Primerjava lite in SLM konstrukcije - z distolingvalne smeri. ... 49
Slika 48: Na delovnem modelu prilagojeno kovinsko ogrodje pred oksidacijo. ... 60
Slika 49: Pred prvim nanosom porcelana na kovino. ... 60
Slika 50: Kovinska konstrukcija pred peko. ... 61
Slika 51: Izbira barve. ... 61
Slika 52: Prvi nanos opakra. ... 61
Slika 53: Opaker pred peko. ... 61
Slika 54: Pečen tretji nanos opakra... 62
Slika 55: Pred prvo dentinsko peko. ... 62
Slika 56: Obdelava z brusnimi sredstvi po prvi dentinski peki. ... 62
Slika 57: Druga dentinska peka. ... 62
Slika 58: Preverjanje višine v artikulatorju. ... 63
Slika 59: Popravki v sklenini.. ... 63
Slika 60: Oblikovanje mikrostrukture. ... 63
Slika 61: Popravki v sklenini. ... 63
Slika 62: Preverjanje okluzijskih stikov. ... 64
Slika 63: Popravljanje okluzalnih površin.. ... 64
Slika 64: Popravki in personalizacija. ... 64
Slika 65: Pred peko glazure. ... 64
Slika 66: Poliranje na visoki sijaj. ... 65
Slika 67: Končni izdelek. ... 65
KAZALO TABEL
Tabela 1: Primerjava kemijske sestave materialov ... 30
Tabela 2: Primerjava fizikalnih lastnosti materialov ... 30
Tabela 3: Drugi podatki o materialu, pridobljeni z lastnimi meritvami ... 31
Tabela 4: Tabela meritev z debelinomerom (vse vrednosti so podane v mm) ... 35
SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC IN OKRAJŠAV
ADA American Dental Association
CAD Računalniško podprto oblikovanje (Computer Aided Design) CAM Računalniško podprta izdelava (Computer Aided Manufacturing)
FP Fiksno protetično
IDM Individualni delovni model
LW Tehnika izgorevanja voska (Lost Wax)
SLM Selektivno lasersko nataljevanje (Selective Laser Melting) TOC Skupna okluzalna konvergenca (Total Occlusal Convergence) .OBJ Vrsta datoteke, ki vsebuje geometrijske podatke, uporablja se za
shranjevanje objektnih datotek.
.STL Najpogostejša oblika datoteke trirazsežnostnega tiska.
1 UVOD
Glavni cilj izdelave fiksno protetične restavracije je tesno prileganje restavracije na preparirani zob (Shamseddine et al., 2016). Kovinsko-porcelanske zobne krone se v vsakodnevni praksi še vedno veliko uporabljajo, zlasti na transkaninem področju, kjer so sile žvečenja večje (Tamac et al., 2014). Zamenjava trdega zobnega tkiva zahteva izdelavo natančno prilegajoče se restavracije, da se zagotovi pravilno delovanje in prepreči nadaljnje uničevanje preostalih struktur zoba (Ender in Mehl, 2014). Rekonstrukcija pacientove okluzije mora biti izvedena tako, da izpolnjuje estetske in funkcionalne zahteve stomatognatnega sistema. Restavracije, primerne za vstavitev v usta pacienta, naj bodo harmonične z obstoječo okluzijo, prav tako ne smejo imeti negativnih učinkov na funkcije stomatognatnega sistema (Muric et al., 2019).
Restavracije, ki se zaradi slabega prilagajanja nosilcu ne cementirajo v usta pacienta, povzročajo dodatne časovne in finančne obremenitve. Tehnologije, ki zmanjšujejo neskladje dimenzij ter zagotavljajo doslednost v proizvodnji, izboljšujejo končni izzid za pacienta ter zmanjšujejo stroške izdelave restavracij (Munoz et al., 2017).
1.1 Kovinsko-porcelanska tehnika
Kovinsko-porcelanska tehnika je ena najbolj razširjenih tehnik za izdelavo fiksnoprotetičnih zobnih nadomestkov vseh razponov (Huang, 2015). Ta tehnika je sestavljena iz kovinskega jedra oz. ogrodja, ki je prekrito s večplastnimi sintranimi porcelanskimi materiali (Kim, 2013).
Ogrodje kovinsko-porcelanske restavracije je lahko izdelano iz plemenite ali neplemenite oz. stelitne zlitine. Izdelava ogrodij za kovinsko-porcelanske restavravracije iz neplemenite Co-Cr zlitine je v porastu zaradi nizke cene materiala na tržišču, biokompatibilnosti in enostavne proizvodnje s sodobnimi digitaliziranimi metodami. (Nesse et al., 2015).
1.2 Tehnologije izdelave ogrodja
Tehnološki postopek vpliva na prileganje konstrukcije in površinsko hrapavost. Slaba kakovost izdelave ima lahko za posledico slabo prileganje in s tem povezane klinične zaplete (Lövgren et al., 2017).
V preteklih desetletjih je bila klasična manualna modelacija zobnih nadomestkov naloga zobnih tehnikov. Z napredkom na področju sistemov računalniško podprtega oblikovanja (Computer Aided Design – CAD) in računalniško podprte izdelave (Computer Aided Manufacturing – CAM) pa se zobozdravstvo usmerja v digitalizacijo. Trg ponuja veliko količino programske opreme, katere cilj je zmanjšati čas prilagajanja zobnih restavracij ter s tem znižati lastno ceno izdelka (Muric et al., 2019).
Munoz et al. (2017) razdelijo modelacije, namenjene izdelavi ogrodij, glede na načine izdelave, na tri različice:
Ročno modeliranje v povezavi s tehniko izgorevanja voska je vpeljal Taggart leta 1907.
Rezkalna tehnologija je bila uvedena pred več kot dvajstetimi leti kot alternativa restavriranju z ročnim voskom.
Aditivna metoda, splošno znana kot trirazsežnostni tisk, je bila uvedena v času od leta 1980 do leta 1990.
V medicini in industriji sta ustaljena dva CAM načina izdelave fizičnih modelov: to sta rezkalni (odvzemalni) in aditivni (dodajalni) pristop (Farjood et al., 2017). Prva uporabljena CAM metoda v sodobnem zobozdravstvu je bila rezkanje. Slabosti rezkalne metode so velike količine odpadnega materiala ter težavna ponovljivost težko dostopnih delov konstrukcije kot so notranjost prevlek, podvisna mesta, medzobni prostori in podobno. Kot alternativa pomanjkljivostim rezkalni metodi je bila v digitalno zobozdravstvo vpeljana aditivna metoda izdelave konstrukcij (Sim et al., 2019).
Quante et al. (2008) poročajo, da je krona, izdelana s tehnologijo selektivnega laserskega nataljevanja (SLM), po gingivalnem in notranjem naleganju primerljiva s klasično tehniko izdelave.
Posebej je bils izpostavljena razlika med površinsko hrapavostjo Co-Cr konstrukcij, ki je odvisna od izbrane tehnologije izdelave. Večina raziskav kaže na prednosti z laserskim sintranjem izdelanih konstrukcij, vendar mnenja niso enotna. Zaenkrat še ni dovolj podatkov za izdelavo kliničnih smernic o tem, katero proizvodno tehniko izbrati, da bi dosegli čim boljše prileganje in s tem zmanjšali tveganje za nastanek zapletov (Lövgren et al., 2017).
Slika 1: Različno sosledje delovnih faz pri izbiri klasične (modra) in SLM (rdeča) metode izdelave kovinskega ogrodja.1
1.2.1 Klasična metoda
Tradicionalno so kovinska ogrodja izdelana s tehniko izgorevanja voska (LW) in metodo litja (Kim, 2013). Tehniko je prvič opisal Taggart v letu 1907. Metoda je bila tekom let izboljšana in omogoča izdelavo kakovostnih dentalnih restaracij. Pri tej metodi je restavracija izdelana izven ust pacienta, s pomočjo mavčne replike intraoralnega stanja (Lalande et al., 2018). Možnost napake se pojavi že v fazi odtiskovanja. Na primer, če
1 Slike so lasten vir
vzamemo odtis v ustni votlini, je lahko s tem povzročeno nelagodje za paciente ter nezadostna natančnost obrobnega prileganja (Kim, 2013). Med fiksnoprotetično konstrukcijo in prepariranim zobom je potrebno zagotoviti tudi prostor za cement. Nanos distančnega laka je že leta ena najbolj razširjenih tehnik zagotovitve prostora, potrebnega za spajanje preparacije s konstrukcijo (Hoang et al., 2015). Debelino razmika je težko standardizirati, kar pojasnjuje nihanje mer notranjega stika za restavracije, izdelane po metodi LW (Nesse et al., 2015).
Vzorec predvidene restavracije je izdelan neposredno na individualni delovni model (IDM).
Voščeni izdelek se pritrdi na sistem livnih kanalov, zalije z vložno maso ter vlije v kovino z uporabo tehnike izgorevanja voska, ki je dobro uveljavljena praksa v zobnih laboratorijih (Lalande et al., 2018).
V uporabi so tako plemenite kot neplemenite zlitine, ki se pogosto uporabljajo zaradi biokompatibilnosti in zadovoljivih kliničnih rezultatov. Izbira neplemenite zlitine, kot sta kobalt-krom (Co-Cr) in nikljev krom (Ni-Cr), lahko občutno zniža stroške izdelave posamezne enote kovinskega ogrodja v primerjavi z izbiro plemenite zlitine. Vendar pa je proces ulivanja neplemenitih v primerjavi s plemenitimi zlitinami bolj zahteven postopek zaradi visokih temperatur taljenja in možne oksidacije med litjem (Huang, 2015).
Klasična izdelava voščene konstrukcije velja za najbolj zahtevno in časovno potratno delovno fazo pri izdelavi kovinsko-porcelanske konstrukcije. Faza se vedno znova ponavlja, kakovost izdelka pa je v veliki meri odvisna od sposobnosti laboratorijskega izvajalca (Farjood et al., 2017). Nenatančnost obrobnega prileganja je lahko posledica krčenja odtisnega materiala, izkrivljanja voščenih vzorcev ali napak v litini (Kim, 2013).
Znane so številne težave, povezane s tehnologijo litja. Kljub temu, da so bile težave s krčenjem konstrukcije večinoma odpravljene, obstaja tveganje za zniževanje stopnje natančnosti, visoka trdota neplemenite zlitine pa otežuje tudi končno obdelavo konstrukcije (Lövgren et al., 2017). Med slabosti ulivanja štejemo izkrivljanje voščenih vzorcev, nepravilnosti v litini, zapletenost postopkov ter dolgotrajno obdelavo ulitkov (Tamac et al., 2014). Slabost tradicionalne metode litja z uporabo tehnike izgorevanja voska je tudi trošenje kovine pri ulivanju (Kim, 2013).
Med pomembne pomanjkljivosti voska štejemo krhkost, toplotno občutljivost, elastični spomin ter visok toplotni koeficient ekspanzije (CTE) (Farjood et al., 2017). Deformacija
ogretega voska ima kot posledico 0,4-odstotno krčenje, medtem ko lahko proces litja povzroči toplotno krčenje do 0,2% (Shamseddine et al., 2016).
1.2.2 SLM metoda
Zaradi visoke stopnje povpraševanja strokovnjakov po doslednem zagotavljanju visokokakovostnih restavracij se zobna tehnologija nenehno razvija v smeri zmanjševanja časa, potrebnega za proizvodnjo posameznega izdelka, ob tem pa želi ohraniti ali izboljšati kakovost indirektnih restavracij (Lalande et al., 2018). Tehnologija, ki vključuje manjše število manualnih faz in tako zmanjšuje možnosti za nastanek napak, je sistem CAD/CAM.
Na ustreznost izvedbe CAD/CAM restavacije vplivajo naslednji dejavniki: natančnost optičnega bralnika, pretvorba zajetih podatkov v trirazsežnostni model ter natančnost naprave za računalniško vodeno izdelavo (Nesse et al., 2015).
SLM je dodajalna tehnologija izdelave kovinskih izdelkov, ki temelji na prejetih informacijah iz trirazsežnostnega CAD modela, v katerem je kovinski prah selektivno nataljen po navodilih razslojene podatkovne datoteke ter spojen z laserjem v približno 20–
60 µm debelo plast (Kim, 2013). SLM sistem uporablja visokoenergijski laserski žarek za selektivno segrevanje kovinskega prahu. Tanke plasti z žarkom osvetljenega prahu se postopoma spajajo in skupaj tvorijo celoto (Tamac et al., 2014). Dodajalna tehnologija je stroškovno učinkovita, preizvede malo odpadkov in v primerjavi z rezkanjem ne obrablja opreme (Nesse et al., 2015).
Metoda se uporablja za proizvodnjo kovinsko-porcelanskih konstrukcij iz neplemenitih (Co- Cr, Ti) in plemenitih (Au-Pt) zlitin (Huang, 2015). Tak način izdelave omogoča izvedbo zapletenih konstrukcij, ki jih z rezkanjem pogosto ni mogoče doseči (Sim et al., 2019).
CAD/CAM tehnologija zagotavlja natančnejšo proizvodnje izdelkov v primerjavi s klasično metodo. Še ena prednost omenjene tehnologije za laboratorijskega izvajalca je manjša izpostavljenost prašnim in plinastim delcem in s tem potencialno škodljivim vplivom na zdravje (Lövgren et al., 2017), saj je komora SLM tiskalnika hermetično zaprta. Z aditivno tehniko laserskim sintranjem se ostali kovinski prah uporabi pri izdelavi naslednjega izdelka.
Lasersko sintranje prinaša prednosti, kot so boljša ekonomičnost materiala, boljše naleganje in praktično neomejena zapletenost oblike konstrukcije (Lövgren et al., 2017). Prednosti sistema SLM vključujejo enostavno izdelavo zapletenih oblik, delovanje samodejnega
sistema in kratek čas izdelave zaradi odprave postopkov, potrebnih za izdelavo voščenega vzorca, vlaganja, žganja in ulivanja. Ena izmed slabosti sistema SLM je visok strošek nakupa opreme (Kim, 2013).
V primerjavi s klasično tehniko ulivanja, tehnika SLM zmanjšuje čas izdelave in možnost pojava napak, ki bi nastale zaradi človeškega faktorja. Pri konstrukcijah, narejenih z SLM postopkom, ni zaznati poroznosti, kot se pojavlja pri tehnologiji litja (Huang, 2015).
Znano je, da SLM metoda olajša proizvodnjo izdelkov in prihrani čas, manj raziskano pa je naleganje tako nastalih del (Tamac et al., 2014). Mehanske lastnosti lasersko sintranih konstrukcij so podobne ali boljše od tistih, izdelanih z litjem ali rezkanjem (Nesse et al., 2015).
1.3 Natančnost, točnost in neskladja
Natančnost je pomemben vidik številnih področij stomatološke medicine. Fiksnoprotetični zobni nadomestki so še posebej kritični pri zagotavljanju natančne namestitve na podporne površine, kot so pripravljeni zobje ali vsadki. (Ender in Mehl, 2014).
1.3.1 Natančnost
Natančnost v laboratorijski zobni protetiki določamo z oceno prileganja kovinskega ogrodja ter končnega izdelka na kotrolnem modelu. Kovinsko ogrodje mora biti pred izvedbo meritev natančnosti prilagojeno na delovnem modelu, kar pomeni, da z brusnimi sredstvi odstranimo morebitne viške, ki so nastali kot posledica proizvodnega procesa (poroznost v vložni masi, podporne površine pri SLM metodi itd.). Na delovnem modelu prilagojeno ogrodje nato preverimo še na kontrolnem modelu. Pri oceni natančnosti prileganja na mavčni model je bistvena razdalja med gingivalnim zaključnim robom konstrukcije ter mejo preparacije na kontrolnem modelu.
Natančnost (angl. accuracy) definira razliko med izmerjeno in resnično vrednostjo. Bližje kot smo resnični vrednosti, bolj natančen je izdelek. V svetu trirazsežnostnega tiska je resnična vrednost enaka dimenzijam, oblikovanim v CAD programski opremi (Sharp, 2018).
Natančnost je sestavljena iz pravilnosti (angl. trueness) in točnosti (angl. precision).
Pravilnost je odstopanje skeniranega predmeta od njegove realne geometrije. Točnost je odstopanje med ponavljajočimi pregledi (BS ISO 5725-1, 1994) (Ender in Mehl, 2014).
1.3.1.1 Pomen natančnosti
Enakomerne dimenzije stika med konstrukcijo in preparacijo omogočajo lažjo namestitev brez poslabšanja sile retencije in upora med površinama (Tamac et al., 2014). Slaba izvedba gingivalne zapore lahko vpliva tudi na mehansko kvaliteto same konstrukcije -variacije nepravilnega naleganja lahko vodijo v točkovno koncentriranje sil žvečenja, kar zmanjšuje trdnost in dolgoročno uspešnost restavracije (Nawafleh et al., 2013). Poleg zobnega kariesa je izguba retencije pogost vzrok za odpoved kovinsko-porcelanskih konstrukcij v klinični praksi (Lövgren et al., 2017).
1.3.2 Točnost
Točnost (angl. precision) definira ponovljivost meritve ali izdelka. Iz podatka lahko izvemo, kako dosledni oziroma konsistentni so rezultati. V primeru trirazsežnostnega tiska na točnost vpliva trirazsežnostni tiskalnik, ne pa tudi digitalni model (Sharp, 2018).
1.3.3 Toleranca
Toleranca opredeljuje, kakšno točnost želimo. S tem parametrom določimo, kolikšna je maksimalna vrednost odstopanja, ki je za nas še sprejemljiva. V splošnem velja, da določitev in doseganje strožjih toleranc pomeni višje stroške proizvodnje (Sharp, 2018).
1.3.4 Neskladja
Neskladje dimenzij na robovih je definirano kot pravokotna razdalja med notranjo površino robu restavracije in končnim slojem restavracije. V praksi imajo fiksnoprotetične restavracije pogosto neskladje dimenzij na robovih ter napake v dimenzijah, ki nastanejo med procesom izdelave nadomestka. Klinično ni mogoče dobiti popolnoma zaprte reže oz.
popolnega naleganja, priporočljivo pa je maksimalno zmanjšanje neskladja dimenzij, s čimer se prepreči popuščanje stika (Munoz et al., 2017).
1.4 Prileganje
Obrobno in notranje prileganje sta ključni merili za klinični uspeh restavracij (Huang, 2015).
Prileganje zobne restavracije je odvisno od kakovosti skozi celoten postopek izdelave. Na kakovost vpliva več dejavnikov, to je oblikovanje restavracije, hrapavost površine, tehnika odtiskovanja, tehnologija proizvodnje in po koncu izdelave še cementiranje konstrukcije (Persson et al., 2006). Natančnost prileganja konstrukcij, proizvedenih po različnih metodah, ni dobro raziskana. Kljub temu, da je na voljo več različnih načinov merjenja notranjega in obrobnega naleganja, glede optimalnega prileganja ni soglasja (Nesse et al., 2015).
Dolgoročna uspešnost vsake restavracije je odvisna od gingivalnega in splošnega prileganja prepariranemu zobu (Farjood et al., 2017). Cementna in gingivalna reža sta pomembna dejavnika, ki določata velikost retencijske sile, obrobno tesnenje ter debelino sloja cementa (Nesse et al., 2015).
Uporaba plemenitih zlitin je dobro dokumentirana in daje najboljše prileganje za lite konstrukcije (Nesse et al., 2015).
1.4.1 Notranje prileganje
Visoka mera natančnosti in ustrezno notranje prileganje sta odločilna dejavnika za dolgoročno uspešnost rehabilitacije pacienta (Shamseddine et al., 2016). Dobro notranje prileganje olajša naleganje konstrukcije, ne da bi se pri tem poslabšala retencija in odpornost (Huang, 2015).
Holmes in sodelavci so opredelili notranjo vrzel kot razdaljo med osno steno prepariranega zoba in notranjo površino ogrodja, medtem ko se enaka meritev na robu imenuje "mejna vrzel" ali tim. "marginalna stopnica" (Nawafleh et al., 2013). Notranja in mejna vrzel sta prikazani na Sliki 2.
Slika 2: Shematski prikaz notranje in mejne vrzeli.
Pri klasični metodi izdelave voščene modelacije se velikost notranje vrzeli povečuje z uporabo distančnih lakov, da se zagotovi prostor za cement (Nesse et al., 2015). Debelina nanosa distančnega laka vpliva na lomno trdnost restavracije, njeno retencijo in debelino gingivalne reže. Tuniprawon in Wilson sta ugotovila, da so keramične krone s povprečno debelino cementne reže < 73 µm na aksialni steni pokazale večjo lomno trdnost od tistih z debelejšo režo. O očitno nižji trdnosti sta poročala, ko je bila povprečna debelina cementne reže večja od 122 µm. Povečanje debeline cementne reže v tem primeru ni imelo bistvenega vpliva na izboljšavo naleganja. Različna poročila o vplivu debeline nanosa distančnega laka niso enotnega mnenja glede pomembnosti le-tega. Eames in sodelavci poročajo o 25%
povečanju retencijske sile ob primerjavi različnih debelin nanosa distančnega laka med 0 µm in 25 µm. Izboljšanje retencije podpirata tudi Carter in Wilson, ki poročata o spremembi sile retencije iz 250 N na 275 N ob spremembi števila nanosov laka od nič do osem slojev.
Nasprotno pa Jorgensen in Esbensen poročata o zmerni povezavi med debelino distančnega laka in retencijsko silo, Vermilyea s sodelavci pa ugotavljajo 32% zmanjšanje retencijske sile ob spremembi števila nanosov distančnega laka od nič do dveh slojev. Ocene vzročno- posledične povezanosti med debelino distančnega laka in debelino gingivalne cementne reže so v stroki precej enotne. Izmerjena površina gingivalne reže z nanosom enega sloja distančnega laka je znašala 649 µm3. Le- ta se je znatno zmanjšala s povečanjem števila slojev na osem, takrat je bila izmerjena površina gingivalne reže 479 µm3 (Hoang et al., 2015).
1.4.2 Obrobno prileganje
Bistveni dejavnik za kvaliteto kovinsko-porcelanskega zobnega nadomestka v ustih pacienta je obrobno prileganje kovinskega ogrodja na preparacijo. Slabo obrobno prileganje je zabeleženo kot kritični vzrok za odpoved fiksnoprotetičnih restavracij (Kim, 2013). Idealno obrobno prilagajanje lahko prepreči draženje dlesni in raztapljanje cementa (Huang, 2015).
Na velikost gingivalne reže vplivata tudi oblika preparacije in skupna okluzalna konvergenca (TOC) preparacije (Hoang et al., 2015). TOC lahko definiramo kot vrednost, v kateri se osni vidik preparacije razlikuje v kotu od namišljene, idealne smeri preparacije (Slika 3).
Abutment ali zob je prepariran v obliki cilindra, osnovni parameter tega cilindra pa je njegova najbolj apikalna vrednost. Če je preparacijo mogoče oblikovati v valj, je ta običajno poševen, saj so zobje običajno nagnjeni pod nepravilnim kotom (Mamoun, 2013).
Slika 3: TOC.
McLean in von Fraunhofer sta ugotovila, da se najboljša gingivalna reža doseže z zaobljeno stopničasto ter Chamfer preparacijo (Hoang et al., 2015).
1.4.3 Absolutno mejno odstopanje
Absolutno mejno odstopanje (angl. absolute marginal discrepancy) je termin, ki označuje kotno kombinacijo mejne vrzeli in napake raztezanja. Le-ta natančno definira linearno razdaljo od zunanje površine preparacije do roba restavracije. Absolutno mejno odstopanje velja za najboljšo alternativno meritev, saj je napaka vedno največja na robu ter tako na tej točki odraža celotno odstopanje krone - upoštevani sta tako navpična kot vodoravna komponenta (Nawafleh et al., 2013).
Slika 4: Shematski prikaz absolutnega mejnega odstopanja. Zelena barva predstavlja rob restavracije, rumena pa preparirani zob.
1.5 Mejne vrednosti
Sprejemljiva vrednost neskladja v naleganju je odvisna od njene velikosti in lokacije. Težava v klinični praksi je ugotavljanje mer reže, če je njena velikost manjša, kot jo je mogoče vizualno zaznati. (Munoz et al., 2017).
Specifikacija št. 8 ameriškega zobozdravstvenega združenja (ADA) kaže na to, da debelina cementa za cementiranje zobnih restavracij ne bi smela presegati širine 25 µm pri uporabi tipa I ali 40 µm pri uporabi tipa II (Nawafleh et al., 2013). Tip I in tip II sta dva izmed štirih najpogosteje uporabljenih zobnih cementov za pritrditev indirektne zobne restavracije na prepracijo. V tip I spadajo steklenoionomerni (angl. glass ionomer cements) cementi, Tip II
predstavljajo smolno-modificirani steklenoionomerni (angl. resin-modified glass ionomer cements) cementi (Lowe, 2011).
Čeprav so robovi prevleke v tem obsegu le redko doseženi, veljajo za klinični cilj.
Christenson se strinja s specifikacijo ADA. Drugi predlagajo, da se specifikacija spremeni.
Fransson in sodelavci ter McLean, von Fraunhofer in sodelavci trdijo, da je klinično sprejemljiva mera marginalne stopnice po cementaciji < 150 µm. Poleg tega sta McLean in von Fraunhofer raziskovala obrobno prileganje 1000 fiksnih restavracij v obdobju petih let in ugotovila, da je marginalno stopnico, manjšo od 80 μm, v kliničnih pogojih težko zaznati (Nawafleh et al., 2013).
Čeprav so mnenja glede pomembnosti velikosti gingivalne reže deljena, je splošno sprejeta mejna vrednost, ki je manjša od 50 µm. Glede na predvideno življenjsko in trrajnostno dobo restavracij so klinično sprejemljive vrednosti gingivalne reže do 100 µm (Tamac et al., 2014).
Za sprejemljivo debelino subgingivalne reže so bile sprejete debeline do 119 µm, pri debelini supragingivalne reže pa je bila vrednost 26 µm ocenjena kot nesprejemljiva. Debelina reže 120 µm je bila prepoznana za klinično sprejemljivo debelino cervikalne reže. Cementiranje restavracije s slabim prileganjem roba, ki je > 120 µm, izpostavi cement v ustno votlino, s čimer povzroča povečano raztapljanje cementa ob stiku s slino (Munoz et al., 2017).
Teoretično utemeljena debelina cementne reže meri med 25 µm in 50 µm, vendar se na podlagi in vitro ter kliničnih študij tolerirajo odstopanja do 120 µm (Lövgren et al., 2017).
Glede na zbrane vrednosti in soglasje se zdi, da je klinično sprejemljiva marginalna stopnica tista, ki je manjša od 100 μm (Laurent, 2008).
Razširjeno je mnenje, da je mejna vrednost 100 μm klinično sprejemljiva s stališča dolgoživosti restavracij. Natančnost prileganja običajnih litih kovinsko-porcelanskih restavracij je bila dobro raziskana za plemenite in neplemenite kovinsko-porcelanske restavracije, medtem ko raziskav o prileganju SLM primanjkuje (Huang, 2015).
2 NAMEN
Namen diplomskega dela je pregledati obstoječo literaturo na področju primerjave natančnosti izdelave kovinskega ogrodja za porcelansko tehniko po klasični ter digitalizirani aditivni tehnologiji in se tako seznaniti z dosedanjim napredkom na tem področju. Na podlagi pridobljenih informacij želimo izpeljati tudi lasten poskus primerjave obeh tehnik.
Poskus bomo izvedli na ustrezno izdelani konstrukciji za rehabilitacijo fantomskega pacienta, ki potrebuje fiksno protetično oskrbo s kovinsko-porcelanskim mostom 31-37 za premostitev vrzeli na mestu 35. S tem bomo pridobili po sedem enot v posamezni testni skupini za izvedbo in vitro metod analize natančnosti na restavracijah.
Cilj diplomskega dela je pridobitev potrebnih informacij s področja natančnosti različnih tehnik izdelave, da bi izboljšali delo v praksi.
3 METODE DELA
V diplomskem delu so teoretične osnove pridobljene s študijem strokovne literature.
Literatura je bila poiskana v spletnih bazah COBISS, Google Scholar in Medline. Kot ključne besede iskanja so bile uporabljene fraze: manual modeling technique, digital waxup, comparison between conventional and digital modeling technique, metal base fabrication, metal base accuracy, SLM accuracy, marginal fit, internal fit. Najdena strokovna literatura je pisana v angleškem jeziku. Uporabili smo literaturo, izdano med letoma 2006 in 2020, ki je dostopna v angleškem jeziku.
Praktična izvedba dela je bila opravljena v zobnem laboratoriju. Digitalizirana primerjava kovinskih polizdelkov je bila izvedena s pomočno programske opreme Blender2.8, GOM Inspect 2018 in Adobe Photoshop CC. Obe fazi sta v nadaljevanju slikovno dokumentirani ter podrobneje razloženi.
3.1 Metode primerjave natančnosti
Trenutno v dentalni stroki ne obstaja standardno ustaljeni protokol za oceno natančnosti naleganja zobnih restavracij, kar lahko vodi v napačno razlago rezultatov in omejuje primerjavo podobnih raziskav med seboj (Tamac et al., 2014). Odlično obrobno prileganje restavracije je pogoj za uspešno rehabilitacijo, vendar so metode vrednotenja obrobnega in notranjega prileganja na splošno empirične in nepotrjene (Laurent, 2008).
Metode meritev so različne in obsegajo predvsem dva pristopa: invaziven (slojenje) in neinvaziven (neposredni pogled) (Nawafleh et al., 2013). Med tehnikami merjenja mejnih vrednosti obrobnega prileganja ločimo med tistimi, ki se lahko uporabljajo in vivo, ter tistimi, ki se lahko uporabljajo samo in vitro (Laurent, 2008).
Pomanjkljivosti večine raziskovalnih metod predstavljajo otežen dostop do klinične meje, nezanesljive metode merjenja in vivo ter nizke stopnje ponovljivosti (Nesse et al., 2015).
Metode in vitro na splošno precenjujejo stopnjo in kakovost prileganja, saj je lažje dobiti majhno debelino reže med restavracijo in zobom v laboratoriju kot v klinični stomatološki praksi (Laurent, 2008).
3.1.1 Vizualna primerjava pred cementiranjem
Doktorji dentalne medicine testirajo prileganje neposredno med prepariranim zobom in restavracijo pred samim cementiranjem (Laurent, 2008).
Podobno oceno natančnosti prileganja med prepariranim zobom in kovinskim ogrodjem se izvaja tudi rutinsko že med delovnim procesom v zobnem laboratorija. To fazo imenujemo
"preizkušanje ogrodja" in se izvaja rutinsko pred prvim nanosom keramičnega materiala.
3.1.2 Primerjava natančnosti glede na mere izdelka
V mnogih izmed dentalnih disciplin je trenutna metoda beleženja rezultatov linearna meritev razdalje s kljunastim merilom ali mikroskopi. Ti dve metodi sta omejeni na le nekaj merilnih točk in tako beležita močno omejeno količino informacij o tridimenzionalnih spremembah opazovanega območja. Na podlagi resničnih in natančnih metričnih rezultatov je moč preveriti uspešnost zdravljenja in oceniti nove strategije zdravljenja, npr. presaditev mehkih in trdih tkiv, spremljanje erozije in abrazije, parodontalno zdravljenje in ortodontsko zdravljenje (Ender in Mehl, 2014).
3.1.3 Primerjava natančnosti na kontrolnem modelu
In vitro metode se uporabljajo za merjenje eksperimentalnih kron oz. za merjenje naleganja pravih kron na mavčnem ali drugem modelu (Laurent, 2008).
3.1.4 Primerjava natančnosti digitaliziranih podatkov
Novejše merilne metode vključujejo optično ali radiografsko zajemanje celotne površine preskusnega predmeta (Ender in Mehl, 2014).
V procesu, ki sloni na računalniško podprti tehnologiji, se veriga prenosa geometrijskih podatkov začne z digitalizacijo površine predmeta. Zaradi različnih površinskih nepravilnosti in geometrijske konfiguracije je težko določiti površinsko topografijo kompleksne oblike predmeta, kot je unikatno prepariran zob, za katerega ni začrtane natančne referenčne oblike. Z uporabo računalniško podprte tehnike za vrednotenje
digitalizacijske opreme je odstopanja mogoče izračunati in predstaviti v trirazsežnostnem prostoru (Persson et al., 2006).
Za digitalizacijo geometrije telesa so na voljo različne metode. Eden izmed prvih CAD/
CAM sistemov ki je bil predstavljen dentalni stroki, je bil sistem Procera (Nobel Biocare AB, Göteborg, Švedska), ki je zajem podatkov opravil na podlagi dotika. Druga metoda digitalizacije podatkov je optična in temelji na laserski ali beli svetlobi. Laser oz. bela svetloba tvori mrežne vzorce, ki se projicirajo na predmet digitalnega zajema. Na površini predmeta se vzorci odsevajo, novo obliko vzorca zajame digitalna kamera. Na podlagi zajetih mrežnih vzorcev, ki jim je kamera sledila, se z uporabo triangulacijske tehnologije oblikujejo trirazsežnostne točke (Persson et al., 2006).
Klasične linearne meritve omogoča računalniška obdelava, prav tako tudi prekrivanje modelov, ki niso bili hkrati optično zajeti. S to funkcijo je mogoče oceniti spremembe površine na vsaki točki skeniranja, poleg tega pa tudi spremljanje določenega območja in prikazovanje deformacij na vseh treh koordinatnih oseh. Izmerimo lahko tudi volumetrične spremembe (Ender in Mehl, 2014).
Prednost, ki jo ima optična metoda, je uporaba brezkontaktnega načina zajema podatkov.
Le-ta omogoča optično branje mehkih in krhkih materialov. Potencialna slabost optične metode zajema podatkov je, da lahko optične lastnosti materiala, ki ga na tak način zajemamo, vplivajo na točnost podatkov optičnega branja. Programska oprema optičnega bralnika za triangulacijsko ustvarjanje površine zmanjšuje in optimizira število trirazsežnostnih točk, medtem ko metoda digitalizacije na dotik takšne optimizacije ne izvaja.
Kvalitativna ocena kaže, da tehnika laserskega zajema podatkov zaokrožuje ostre robove.
Odstopanja, ki so bila ugotovljena na konkavnih površinah kažejo, da se površina, zajeta z optičnim bralnikom, nahaja zunaj površine bralnika na dotik. Negativna odstopanja so bila izmerjena na proksimalnih površinah.
Vzrok za nenatančnost obeh vrst skenerjev so različne značilnosti posamezne metode, ki vplivajo na odstopanja glede na natančnost zajetih podatkov. Natančnost prileganja protetični restavraciji je odvisna ne le od izbire zajema podatkov, temveč tudi od izbrane tehnologije izdelave ter od vseh predhodnih postopkov, kot so priprava, odtis in izdelovanje
zobnega ulitka. Način, na katerega so zajeti podatki uvoženi v sistem CAM in nato obdelani, ima lahko vpliv na kakovost končane protetične konstrukcije (Persson et al., 2006).
Nobene spremembe znotraj natančnosti referenčnega optičnega bralnika ni mogoče opredeliti, ali gre pri tem za spremembo preiskusnega predmeta ali napako v zajemu podatkov. Natančnost optičnega branja je pogosto vrednost, ki jo navede proizvajalec in izhaja iz skeniranja majhnih, umerjenih predmetov. Ta minimalna napaka zajemanja je drugačna pri optičnem branju velikih predmetov, kot je zobni lok (Ender in Mehl, 2014).
3.1.5 Primerjava natančnosti z mikroskopiranjem
Meritve mejnih in notranjih vrzeli so običajno izvedene z mikroskopiranjem. Vzorci so vgrajeni v akrilatno ali epoksi smolo in razrezani, opazovana površina pa je obdelana. Zaradi destruktivnosti omenjene tehnike le-ta ni primerna za oceno klinične prilagoditve zobnih restavracij (Tamac et al., 2014).
4 REZULTATI
Rezultati diplomskega dela so bili zajeti s pomočjo različnih tehnologij. Ker v diplomskem delu raziskujemo natančnost modelacije, konstrukciji nista bili prilagojeni na model ali kako drugače obdelani po fazi ulivanja oz. tiska. Izjema je odstranitev podpornih površin ter peskanje.
4.1 Izbira in priprava modela
Za delovni model je bil izbran fantomski model spodnje čeljusti s prepariranimi zobmi 31, 32, 33, 34, 36 in 37. Vsi omenjeni zobje so obrušeni s stopničasto tehniko preparacije.
Področje zoba 35 je brezzobo in je mesto, kjer bo izdelan člen ogrodja kovinsko- porcelanskega mostu 31-37.
Izbrani fantomski model je bil silikonsko dubliran. S pomočjo silikonskega negativa je bilo izlitih več jeder modela. Za izdelavo jeder je bil uporabljen super trdi mavec Fuji Rock premium tipa IV, ki je bil zamešan v vakumskem mešalniku z razmerjem voda-prah po navodilih proizvajalca (20ml/100g). Posebna pozornost pri izlivanju jeder je bila namenjena odsotnosti makro poroznosti mavca v področju stopnice preparacije. Povečana prisotnost le- te v nadaljevanju raziskave otežuje in razvrednoti natančnost rezultatov. Izmed petih izlitih jeder je bilo za izdelavo IDM izbrano jedro z najmanjšo količino vidne poroznosti. IDM je bil izdelan po klasični "split cast" metodi ter vmavčen v artikulator. Vmavčeni model z odstranjeno pomično dlesnijo in nelakiranimi prepariranimi zobmi predstavlja osnovo in začetno pozicijo za preizkus tega diplomskega dela.
4.2 Izbira materiala
Kot material za izdelavo preizkušancev smo izbrali neplemenito zlitino Co-Cr.
Zlitina Co-Cr velja za biokompatibilen material, ki je zaradi visokih cen plemenitih kovin (zlato, paladij, platina) in pogostih alergijskih reakcij na zlitino Ni-Cr zelo razširjen za izdelavo kovinskih ogrodij (Tamac et al., 2014).
Uporaba neplemenite zlitine Co-Cr za izdelavo fiksnoprotetičnih zobnih nadomestkov je razširjena zaradi odličnih mehanskih lastnosti in nižje cene v primerjavi s plemenitimi zlitinami (Lövgren et al., 2017).
Biofunkcionalnost in biokompatibilnost sta pomembna dejavnika pri izboru dentalnih zlitin.
Zlitine iz zlitinskega sistema Co-Cr-Mo se ponašajo z odličnimi mehanskimi lastnostmi, kot so duktilnost, korozijska odpornost in biokompatibilnost, zaradi katerih so široko uporabljeni materiali za zobnoprotetične restavracije (Zeng et al., 2014 ).
4.3 Digitalni proces izdelave ogrodja
Proces digitalno podprtega oblikovanja se je začel z optičnim branjem mavčnega modela. V ta namen je bil uporabljen optični bralnik Medit T500 znamke Identica, z natančnostjo zajema podatkov < 7 µm (Slika 5 in 6). Sledil je vnos zobnega statusa z izbiro željene zlitine ter tehnologije izdelave. Digitalno podprto oblikovanje je bilo izvedeno v programski opremi Exocad (Slika 7 in 8). Pri oblikovanju so bile upoštevane vse statične zahteve za oblikovanje fiksno protetičnega ogrodja. Izgotovljeno ogrodje je bilo preko spleta poslano v tiskalno- rezkalni center podjetja Interdent d.o.o., kjer je bilo izdelano s tehnologijo SLM. Za tisk je bila uporabljena naprava EOS M 100 (https://www.eos.info/en/additive-manufacturing/3d- printing-metal/eos-metal-systems/eos-m-100 ). Uporabljen je bil prah EOS Co-Cr SP2 (http://ip-saas-eos-
cms.s3.amazonaws.com/public/32ff6c9b7964c1c9/7c73a9305d8007c47dec2e65196f09e5/
EOS_CobaltChrome_SP2_en.pdf ).
Slika 5: Optično branje IDM. Slika 6: Optično branje griza.
Slika 7: Lingvalni pogled na končano
konstukcijo. Slika 8: Okluzalni pogled na končano konstukcijo.
4.3.1 Izbira tehnologije digitalno podprte izdelave ogrodja
Trenutno uveljavljeni tehnologiji digitalno podprte izdelave ogrodja sta SLM in rezkanje.
Želeli smo primerjati klasično metodo izdelave kovinskih fiksnoprotetičnih konstrukcij z najsodobnejšo metodo, ki se trenutno uporablja v stroki.
4.4 Manualni proces izdelave ogrodja
Klasični proces izdelave kovinskega ogrodja za kovinsko-porcelansko tehniko je bil izveden po optičnem zajemu mavčnega modela za potrebe digitalnega oblikovanja. Po tej fazi so bili obrušeni zobni krni dvakrat lakirani z distančnim lakom. Prvi sloj laka je bil nanešen 1 mm nad mejo preparacije, drugi sloj pa 1 mm višje od prvega (Slika 9). Na osušenih lakiranih krnih so bile izdelane kapice iz adapta folije. Kapice so bile obrezane do nivoja prvega sloja distančnega laka. Vrzel med mejo preparacije in kapice adapte je bila zalita s cervikalnim voskom. Z modelirnim voskom so bile na foliji po klasični teoriji modelacije oblikovane strukture za podporo fasetiranemu porcelanu (Slika 10). Medzobni stik 35-36 je bil po koncu modeliranja za zagotovitev boljšega naleganja konstrukcije na model prerezan in zlepljen s
"pattern resinom" (Slika 11). Na oblikovano konstrukcijo so bilo nameščeni voščeni dovodni kanali. Modelacija je bila skupaj s sistemom dovodnih kanalov stehtana. Tudi dovodni kanali so bili na klobuček in med seboj povezani s "pattern resinom". Konstrukcija, fiksirana na gumijasti klobuček je bila popršena s sprejem za zmanjševanje površinske napetosti. Izbrana je bila kiveta velikosti številka 6, v katero je bil po robovih nameščen grafitni trak. Za vlaganje je bilo v vakumskem mešalniku zamešanih 300 g vložne mase znamke UniveCAST, 46 ml pripadajoče ekspanzijske tekočine ter 20 ml destilirane vode. Kiveta s še tekočo vložno maso je bila postavljena v vakumsko okolje s pritiskom 2 bara za 20 minut.
Po 20 minutah je bila kiveta ločena od gumijastega klobučka ter postavljena v peč.
Temperatura predgrete peči je bila 850° C. Kiveta je bila na končni temperaturi 950° C vzdrževana 50 minut. Za ulivanje je bilo uporabljeno 15 gramov zlitine Co-Cr https://interdent.cc/eng/dental-alloy-i-bond-nf.html. Kiveta se je na sobni temperaturi ohlajala do naslednjega dne. Sledilo je izbitje ulitka iz vložne mase (Slika 12).
Slika 9: Krni, lakirani z dvema slojema distančnega laka.
Slika 10: Končana voščena konstrukcija.
Slika 11: Voščena konstrukcija s sistemom dovodnih kanalov ter spojitvijo iz pattern
resina v medzobnem prostoru 35 in 36.
Slika 12: Ulita in speskana konstrukcija.
4.5 Priprava izdelkov za primerjavo
Obema konstrukcijama smo odstranili odvečne strukture, ki so značilne za posamezno tehnologijo izdelave (Slika 13). Konstrukciji, izdelani po tehnologiji SLM, smo odstranili ostanke podpornikov, uliti pa dovodne kanale. Po končanem odstranjevanju smo obe konstrukciji speskali z Al2O3 delci velikosti 50 µm pod pritiskom 2 bara.
Slika 13: Odstranitev odvečnih struktur z brusnim sredstvom.
4.6 Vizualna primerjava brez modela
Prva primerjava, ki smo jo izvedli, je vizualna primerjava speskanih konstrukcij s prostim očesom ter slikovna dokumentacija le-teh. Vizualna primerjava je dokumentirana na Slikah 14-17.
Slika 14: SLM konstrukcija (zgoraj) in lita konstrukcija (spodaj) - pogled z bukalne smeri.
Slika 15: SLM konstrukcija (zgoraj) in lita konstrukcija (spodaj) - pogled z lingvalne smeri.
Slika 16: SLM konstrukcija (zgoraj) in lita konstrukcija (spodaj) - pogled z okluzalne smeri.
Slika 17: SLM konstrukcija (zgoraj) in lita konstrukcija (spodaj) - pogled z gingivalne smeri.
Z opazovanjem smo ugotovili naslednje razlike:
Konstrukciji se razlikujeta v gladkosti površin. Po klasični metodi izdelana konstrukcija ima mnogo manj gladke površine, kar je še posebej očitno pri opazovanju notranjega in zunanjega roba gingivalne zapore.
Oblika, debelina in potek gingivalne zapore pri digitalno oblikovani konstrukciji so mnogo bolj homogeni.
Področje vezave (interdentalni prostor) je pri digitalno oblikovani konstrukciji lepše oblikovano in že pred obdelavo bolj odprto ter lažje dostopno za obdelavo in nanos fasetirnega materiala.
Pri digitalno oblikovani konstrukciji so jasno nakazane in posnemane anatomske značilnosti posameznih zob, česar pri klasični izvedbi skorajda ni zaslediti.
4.7 Primerjava konstrukcij na kontrolnem modelu
Na kontrolnem modelu smo preizkusili naleganje obeh konstrukcij. Ugotovitve smo slikovno dokumentirali na Slikah 18-21.
Kljub temu, da se konstrukcije pred preverjanjem naleganja na kontrolnem modelu v klinični praksi vedno prilagodi, se v našem primeru za to vrsto obdelave nismo odločili. Glavni razlog za to je, da bi z izpostavitvijo preizkušanih konstrukcij dodatni delovni fazi po vsej verjetnosti vnesli nove napake (na primer, prevelik odnos materiala na posameznem mestu).
V tem primeru ne bi več primerjali le natančnosti tehnike izdelave temveč bi vnesli nov, sicer izredno pomemben parameter - ročno spretnost laboratorijskega izvajalca.
Slika 18: Primerjava naleganja konstrukcije na kontrolnem modelu, izdelane po SLM (zgoraj) in liti metodi (spodaj) - pogled z bukalne smeri.
Slika 19: Primerjava naleganja konstrukcije na kontrolnem modelu, izdelane po SLM (levo) in liti metodi (desno) - pogled z distalne smeri.
Slika 20: Primerjava naleganja konstrukcije na kontrolnem modelu, izdelane po SLM (zgoraj) in liti metodi (spodaj) - pogled z lingvalne smeri.
Slika 21: Primerjava naleganja konstrukcije na kontrolnem modelu, izdelane po SLM (levo) in liti metodi (desno) - pogled s frontalne smeri.
4.8 Primerjava zlitin konstrukcij
V tem poglavju so v Tabeli 1, 2 in 3 predstavljeni glavni podatki zlitin. Podatki se nanašajo na uporabljena materiala - zlitina Co-Cr (https://interdent.cc/eng/dental-alloy-i-bond- nf.html), v primeru klasične metode in prah EOS Co-Cr SP2 (http://ip-saas-eos- cms.s3.amazonaws.com/public/32ff6c9b7964c1c9/7c73a9305d8007c47dec2e65196f09e5/
EOS_CobaltChrome_SP2_en.pdf ) v primeru SLM metode izdelave.
Obe konstrukciji smo tudi stehtali. Meritev teže je prikazana na Slikah 22 in 23.
Tabela 1: Primerjava kemijske sestave materialov
Kemijska sestava [ut.%] Klasična metoda izdelave SLM metoda izdelave
Co 63 63,8
Cr 24 24,7
W 8 5,4
Mo 3 5,1
Si 1,0 1,0
Nb <1 Ni podatka
Fe Ni podatka <0,5
Mn Ni podatka <0,1
Tabela 2: Primerjava fizikalnih lastnosti materialov
Klasična metoda izdelave SLM metoda izdelave
Gostota materiala [g/cm3] 8,3 8.5
Interval taljenja [° C] 1304 - 1369 1410 - 1450
Temperatura izdelave [° C] 1470 /
Napetost tečenja Rp 0,2% [Mpa] 490 850
Trdota po Vickersu [HV 10] 285 420
Raztezek A5 [%] 10 3
Koeficient termične ekspanzije pri 25 - 500 ° C
13,9 x 10-6K-1 14.3 x 10E-6 m/m° C
Koeficient termične ekspanzije pri 20 - 600 ° C
14,0 x 10-6K-1 14.5 x 10E-6 m/m° C
Tabela 3: Drugi podatki o materialu, pridobljeni z lastnimi meritvami Klasična metoda izdelave SLM metoda izdelave
Teža konstrukcije [g] 9,83 9,42
Slika 22: Tehtanje konstrukcije, izdelane po liti metodi.
Slika 23: Tehtanje konstrukcije, izdelane po SLM metodi.
4.9 Primerjava debeline konstrukcije
Odločili smo se za izvedbo meritev debeline gingivalnega dela kovinskega ogrodja na treh različnih enotah posamezne konstrukcije. Izbrane enote so predstavljene na Sliki 24. Kot merilno orodje smo uporabili debelinomer, ki je dobro znano orodje vsakega izvajalca v zobnem laboratoriju (Slika 26). Pred začetkom smo na vsaki enoti z alkoholnim flomastrom označili po 10 mest (od T1 do T10), kjer smo želeli izvajati meritve debeline (Slika 25 in 27). Meritev na vsaki enoti smo začeli s T1, ki predstavlja najbolj mezialno ležeči del gingivalne zapore. Izvedbo smo nadaljevali v smeri urinega kazalca, tako da smo nadaljevali meritev na bukalno ploskev, sledila je distalna in na koncu še meritev debeline cervikalne zapore na lingvalni ploskvi. Izmerjene vrednosti so prikazane v Tabeli 4. S pomočjo
pridobljenih vrednosti smo oblikovali grafični prikaz nihanja vrednosti, po en grafikon za vsak zob (Slika 28-30).
Slika 24: Shematski prikaz enot konstrukcije, na katerih bo izvedena meritev z debelinomerom.
Slika 25: Shematski prikaz razporeditve merilnih točk na posamezni enoti.
Slika 26: Konstrukciji z označenimi točkami, alkoholni flomaster in debelinomer.
Slika 27: Izvedba meritev.
Tabela 4: Tabela meritev z debelinomerom (vse vrednosti so podane v mm) Klasična metoda izdelave SLM metoda izdelave
Zob 33 Zob 36 Zob 37 Zob 33 Zob 36 Zob 37
T1 0,7 1 0,75 0,35 0,9 0,75
T2 0,6 0,5 0,6 0,3 0,45 0,5
T3 0,5 0,6 0,5 0,45 0,4 0,5
T4 0,6 0,7 0,6 0,3 0,4 0,45
T5 0,5 0,55 0,5 0,3 0,45 0,5
T6 0,7 0,7 0,55 0,35 0,9 0,45
T7 0,75 0,7 0,65 0,4 0,45 0,55
T8 0,4 0,35 0,65 0,35 0,45 0,45
T9 0,6 0,6 0,5 0,4 0,5 0,5
T10 0,4 0,7 0,8 0,3 0,5 0,5
Slika 28: Nihanja izmerjenih vrednosti na zobu 33.
Slika 29: Nihanja izmerjenih vrednosti na zobu 36.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
debelinakovine [mm]
mesto meritve
Primerjava izmerjenih vrednosti na zobu 33
Klasična metoda izdelave SLM metoda izdelave končna debelina kovine po obdelavi
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
debelinakovine [mm]
mesto meritve
Primerjava izmerjenih vrednosti na zobu 36
Klasična metoda izdelave SLM metoda izdelave končna debelina kovine po obdelavi
Slika 30: Nihanja izmerjenih vrednosti na zobu 37.
4.10 Digitalna primerjava
K pretvorbi oblikovnih podatkov konstrukcije v digitalizirano obliko smo pristopili s poskušanjem. Po nekaj neuspelih poskusih smo glede na dana sredstva določili najbolj optimalen način in položaj zajema konstrukcij. Za optično branje smo uporabili ekstraoralni optični bralnik namenjen uporabi v zobnem laboratoriju, Medit T500 znamke Identica z natančnostjo zajema podatkov < 7 µm (Slika 36).
Laboratorijski optični bralniki se v praksi večinoma uporabljajo za skeniranje mavčnih, silikonskih, plastičnih in podobnih materialov. Svetleči in prosojni materiali, kot sta vosek in spolirana kovina, se s temi napravami navadno ne zajemajo, saj se modra svetloba optičnega bralnika na teh materialih odbija drugače. Kadar se posameznik vseeno odloči za optični zajem svetlečega ali prosojnega objekta, se svetuje uporaba posebnih skenirnih sprejev, ki površini odvzamejo lesk.
Oba objekta smo pred začetkom optičnega branja dodatno speskali, da bi zagotovili kar najboljšo kvaliteto zajema.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10
debelinakovine [mm]
mesto meritve
Primerjava izmerjenih vrednosti na zobu 37
Klasična metoda izdelave SLM metoda izdelave končna debelina kovine po obdelavi
Slika 31: Shematski prikaz vpetega mavčnega modela na podstavek optičnega bralnika. Zelene puščice označujejo površine modela, ki so med optičnim branjem zajete. Rdeče puščice
prikazujejo površine modela, ki med optičnim branjem niso zajete.
Slika 32: Vpetje kovinske konstrukcije na podstavek optičnega bralnika, ki smo ga
uporabili za digitalni zajem oblike.
Slika 33: Razlika v deležu optično zajete površine konstrukcije glede na smer postavitve.
Pri optičnem zajemanju standardnih objektov (mavčni model, posamezni preparirani zobje) se navadno ne srečujemo s težavami, povezanimi s premajhnim številom zajetih površin (Slika 31). V našem primeru je omenjena omejitev postala zelo očitna, saj ne glede na smer postavitve objekta ena stran ostaja neprebrana. Neprebrane ploskve objektov so na Sliki 33 prikazane z rdečimi puščicami. Da bi omejitev kar se da zmanjšali, smo se odločili za vpetje konstrukcij na najbolj distalni ploskvi zoba 37. Ta ploskev zato ni del digitalne primerjave (Slika 33, desno).
Skenirni podstavek in konstrukcijo je povezovalo žično držalo, ki smo jo na optično brano konstrukcijo pritrdili s "pattern resinom" (Slika 34 in 35). Način pritrditve konstrukcije na skenirni podstavek je shematsko prikazan na Sliki 32.
Slika 34: Lepljenje žičnega držala na kovinsko konstrukcijo.
Slika 35: Kovinska konstrukcija na skenirnem podstavku.
Slika 36: Optično branje kovinske konstrukcije.
Za uporabo skenirnega spreja se kljub preizkusu le-tega nismo odločili. Razlogov za to je več:
1. skenirni sprej ni pripomogel h kvaliteti optičnega branja,
2. sloj skenirnega spreja ni enakomeren in debelina nanosa je težko opredeljiva.
Optično zajemanje kovinskih konstrukcij je bilo pretežno neuspešno v globokih predelih prevlek (Slika 37). Omenjeni predeli so bili zapolnjeni s pomočjo funkcije »Fill hole«
programske opreme "colLab Scan". Funkcija omogoča izbiro slabo zajetih področij, ki jih na podlagi algoritmov ustrezno zapolni oz. popravi.
Slika 37: Težavno zajemanje nekaterih predelov konstrukcije (predeli so označeni z rdečo barvo).
4.10.1 Priprava optično zajetega modela v programski opremi Blender
Originalni posnetek mavčnega modela, uporabljen za digitalno podprto oblikovanje konstrukcije je navadno v CAD program uvožen v več delih (Slika 38). Deli modela ustrezajo večim fazam optičnega branja, posebno kadar zajemamo modele za večje konstrukcije. Za primerjavo naleganja skeniranih konstrukcij na model smo potrebovali model kot celoto.
Slika 38: Izrez posnetka zaslona, ki prikazuje dele modela, združene v nadaljevanju poglavja.
Vsi deli modela so v .OBJ formatu uvoženi v programsko opremo Blender (Slika 39).
Združitev modela v celoto je bila izvedena tako, da so bili izbrani vsi deli, ter na njih izvedena operacija "merge objects", ki se nahaja na bližnjici Ctrl+J (Slika 40). Združenemu modelu smo zmanjšali natančnost za primerjavo nepomembnih površin (baze modela), kar
znatno zmanjša zahtevnost računalniškega rokovanja z modelom (Slika 41). Model je bil iz programske opreme Blender izvožen v .OBJ formatu (Slika 42).
Slika 39: Datoteka 2019-12-13_00001-001-lowerjaw.obj, uvožena v programsko opremo Blender.
Slika 40: Združitev modela v celoto.
Slika 41: Zmanjšanje natančnosti baze modela.
Slika 42: Model, pripravljen za izvoz
4.10.2 Izvedba primerjave v programski opremi GOM Inspect 2018
V tem poglavju opisane primerjave so bile izvedene v sodelovanju s Fakulteto za Strojništvo Univerze v Mariboru. Primerjave so bile izvedene s pomočjo in pod vodstvom doc. dr.
Tomaža Brajliha, saj gre za uporabo strogo namenske programske opreme z licencami.
Smisel omenjenih in spodaj opisanih primerjav ni bil učenje uporabe programske opreme
