Авторы: Ислам Атта, Кристоф Бурауэль, Ясмин Алькабани, Несрин Мохаммед, Хун Ким, Абдулазиз Алхотан, Ахмед Гонейма, Тарек Эльшазли

Краткое содержание

• Материал Tera Harz TC-85 для 3D-печати обладает свойством памяти формы при оральной температуре.

• Температура стеклования TC-85 находится в пределах орального диапазона температур.

• Материал Tera Harz TC-85 генерирует силы в пределах ортодонтического физиологического диапазона.

• Сочетание гибкости и прочности материала Tera Harz позволяет более крупные перемещения зубов на каждом этапе.

• Количество элайнеров на лечение может быть сокращено с использованием 4D-печатных элайнеров.

Аннотация

Цель

Провести физико-химический и механический анализ материала для 3D-печати элайнеров с памятью формы в сравнении с термоформируемыми элайнерами.

Материалы и методы

Было исследовано четыре материала, включая три термоформируемых материала: CA Pro (CP), Zendura A (ZA), Zendura FLX (ZF) и один материал для 3D-печати: Tera Harz (TC-85). Из каждого материала были изготовлены прямоугольные полосы размером 50 × 10 × 0,5 мм. Было проведено пять испытаний, включая дифференциальную сканирующую калориметрию (DSC), динамический механический анализ (DMA), испытания на восстановление формы, трехточечное изгибание (3 PB) и микротвердость по методу Виккерса (VH).

Результаты

DSC зафиксировала температуры стеклования (Tg) на уровне 79,9 °C для CP, 92,2 °C для ZA, 107,1 °C для ZF и 42,3 °C для TC-85. В анализе DMA при 20–45 °C наблюдалось значительное снижение модуля сохранения только для TC-85 при увеличении температуры. Заметно, что в диапазоне температур 30–45 °C TC-85 проявил существенное восстановление формы через 10 минут, достигая до 86,1 %, в то время как термоформируемые материалы показали минимальное восстановление (1,5–2,9 %). В испытании 3 PB (при 30, 37, 45 °C) ZA продемонстрировала наивысшую силу при изгибе на 2 мм, тогда как TC-85 показал наименьшую. Что касается VH при комнатной температуре, значительное снижение было зафиксировано как для ZA, так и для ZF после термоформирования. ZA имела наивысшую твердость, за ней следовали ZF и TC-85, а CP показал наименьшие значения.

Выводы

TC-85 проявляет исключительную память формы при оральной температуре, улучшая адаптацию, снижая распад силы и обеспечивая, вместе с его большей гибкостью, обширное перемещение зубов на каждом этапе. Кроме того, он поддерживает микротвердость, сравнимую с термоформированными листами, обеспечивая прочность и эффективность ортодонтических элайнеров.

Клиническая значимость

Материал для 3D-печати элайнеров с характеристиками памяти формы (4D-элайнер) революционизировал область ортодонтических элайнеров. Он показал механические свойства, более подходящие для ортодонтического лечения, чем термоформируемые материалы. Кроме того, он предлагает улучшенный контроль над дизайном и толщиной элайнера, оптимизируя общий рабочий процесс. Он также минимизирует потери материалов и снижает затраты на производство.

Материалы и методы
2.1. Материалы
В текущем исследовании были изучены четыре материала, три из которых являются термоформируемыми материалами: CA Pro (CP), Zendura A (ZA), Zendura FLX (ZF), и один из них - материал, изготовленный методом 3D-печати: Graphy Tera Harz TC-85 (TC-85) (Таблица 1).
Таблица 1. Данные о изученных материалах для элайнеров, указывающие производителя, толщину листов, условия термоформирования или 3D-печати, и состав материала (данные производителей).

Название	Производитель	Код/Толщина	Условия термоформирования/3D-печати	Состав материала
CA® Pro (CP)	Scheu-Dental (Изерлон, Германия)	Код (112)/0.75 мм	Термоформирование: Нагрев на 25 с при 220 °C и формование под давлением при 4.8 бар, затем охлаждение на 60 с	Трехслойный лист с мягким термопластичным эластомерным слоем между двумя твердыми слоями кополиэфира
Zendura A™ (ZA)	Bay Materials (Фримонт, США)	Код (162)/0.75 мм	Термоформирование: Нагрев на 50 с при 220 °C и формование под давлением при 4.8 бар, затем охлаждение на 60 с	Однослойный лист из термопластичного полиуретана (TPU)
Zendura FLX™ (ZF)	Bay Materials (Фримонт, США)	Код (162)/0.75 мм	Термоформирование: Нагрев на 50 с при 220 °C и формование под давлением при 4.8 бар, затем охлаждение на 60 с	Трехслойный лист с мягким средним термопластичным эластомерным слоем TPU и двумя твердыми слоями кополиэфира
Tera Harz TC-85* (TC-85)	Graphy (Сеул, Южная Корея)	Н/Д 0.6 мм	3D-печать была выполнена с использованием 3D-принтера типа DLP (Uniz NBEE; Uniz, CA, США) (толщина слоя 100 мкм), затем УФ-фотополимеризация (длина волны: 405 нм) в атмосфере N2 в течение 25 минут с использованием специального устройства для послеполимеризации (Tera Harz Cure; Graphy, Южная Корея)	Олигомер акрилата уретана с акриловыми мономерами

*TC-85 - материал, сертифицированный по стандартам CE, FDA и KFDA.

2.2. Подготовка образцов
Термопластичные листы трех материалов (CP, ZA, ZF) прошли процесс термоформирования с использованием термоформирующего устройства Biostar (Scheu-Dental GmbH, Изерлон, Германия), следуя рекомендациям производителя, приведенным в Таблице 1. Этот процесс термоформирования привел к утоньшению листов с 0.75 мм до приблизительно 0.6 мм (Golkhani и др., 2022), подтвержденному цифровым калипером (Fisher Scientific International Inc., Хэмптон, Нью-Гэмпшир, США), и полученные образцы затем были разрезаны на прямоугольные полосы размером 50 × 10 × 0.6 мм с помощью ножниц. Края этих образцов были отшлифованы с помощью полировального станка (Рис. 1). С другой стороны, образцы TC-85 были непосредственно напечатаны методом 3D-печати в форме прямоугольных полос с размерами 50 × 10 × 0.6 мм, как показано на 3D-модели на Рис. 1.

ВЫВОД:
Оценка материалов для термоформирования и 3D-печати элайнеров привела к следующим наблюдениям:

a) Температура стеклования материалов для термоформирования превышает диапазон температур в полости рта, но для материала элайнеров Graphy Tera Harz TC-85, изготовленного методом 3D-печати, его Tg составляет 42.3 °C, и кривая поглощения тепла DSC начинается при 30.4 °C, что позволяет элайнерам адаптироваться и активировать свои свойства памяти формы в условиях полости рта.

b) Материалы для 3D-печати Graphy Tera Harz TC-85 проявляют отличную память формы в диапазоне температур полости рта (свойство 4D). Это позволяет лучше адаптироваться и уменьшает потери силы.

c) Однослойные листы для термоформирования (например, Zendura A) проявляют большую жесткость по сравнению с многослойными листами для термоформирования (например, Zendura FLX и CA Pro). В свою очередь, листы для термоформирования демонстрируют более высокие уровни жесткости, чем 3D-напечатанный материал Graphy Tera Harz TC-85 при температуре полости рта.

d) Твердость материала для 3D-печати Graphy Tera Harz TC-85 сравнима с твердостью традиционных листов для термоформирования.

скачать в PDF: 1-s2.0-S1751616123006914-main.pdf