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Der Einsatz der CAD/CAM Technologie in der Zahnmedizin ist seit circa zwanzig
Jahren etabliert und gewinnt weiterhin an Bedeutung; In den letzten 7 Jahren
ergänzt um die Additive Fertigung (auch 3D Druck). Im Bereich des Sportmundschutzes
befindet sich diese Technologie jedoch noch in der Pionierphase. Dies
zeigt sich unter anderem an derzeit nur vier Publikationen zum digital entworfenen
bzw. gefertigten Sportmundschutz. Der mehrschichtige Aufbau aus verbundenen
festen und weichen Polymeren, kombiniert mit einer komplexen Geometrie,
stellen hohe Anforderungen an das additive Fertigungsverfahren – gleichwohl
können bei Beherrschung dieser Technik hilfreiche Elemente (etwa Luftpolster,
grazile Schichten hoher Festigkeit, Gitter) zur Erhöhung der Schutzwirkung eingearbeitet
und in-vitro überprüft werden. Insbesondere hinsichtlich maßhaltigen
Schichtdicken und einfacherer Reproduzierbarkeit (z.B. bei Verlust) ist dann die
Additive Fertigung der konventionellen Thermoplastischen Formung überlegen.
Ob additiv gefertigte Sportmundschutze auch vergleichbare Leistungsfähigkeit
besitzen können, hängt unter anderem – aber wesentlich – von der Dämpfungsleistung
des eingesetzten Polymers gegenüber physikalischem Impact ab.
Die vorliegende Arbeit sollte die Schockabsorption von thermoplastisch und additiv
gefertigten Polymeren in Abhängigkeit vergleichbarer Materialstärken und
Shore-Härten untersuchen.
Dazu wurde iterativ ein Prüfstand entworfen, der es ermöglichte, diese Eigenschaften
bei Prüfkörpern aus plastischen Verbundwerkstoffen beider Fertigungen
zu messen. Dieser Prüfstand war ein Drop-Ball Versuchsaufbau, in dem ein Fallgewicht
aus reproduzierbarer Höhe und Position auf einen Bolzen fiel, der wiederum
die Schlagenergie auf die Materialprobe übertrug. Unterhalb der Materialprobe
waren drei Kraftmessdosen positioniert, welche über einen Messverstärker
mit einem Computer verbunden waren.
Die Ergebnisse führen zu einer Ablehnung aller Nullhypothesen des Experiments
und jeweils folgendem Schluss:
1) Es bestehen statistisch signifikante Unterschiede in den gemessenen Maximalkräften,
welche zum Schluss führen, dass die additiven Materialgruppen den
Impact weniger dämpften als die konventionellen (Ohne schützendes Polymer:
8982,35 N ±305,18, Konventionell: ER-Li 2543,67 N ±95,77, SCH-Xtr 2705,22 N
±84,56, ER-HP 2470,60 N ±87, Additiv: STR-A 6553,86 N ±168,57, STR-B
6525,97 N ±155,41, STR-C 5585,09 N ±203,99)
2) Es bestehen statistisch signifikante Unterschiede zwischen der Materialstärke
der thermoplastischen Materialgruppe und dem additiven Pendant (Konventionell:
ER-Li 3,740 mm ±0,091, SCH-Xtr 4,992 mm ±0,043, ER-HP 6,470 mm
±0,132 mmm, Additiv: STR-A 3,889 mm ±0,004, STR-B 4,925 mm ±0,003, STRC
6,666 mm ±0,005). Die Standardabweichungen der additiven Materialproben
liegen um ein Vielfaches unterhalb der konventionellen, was für eine bessere Reproduzierbarkeit
und Steuerung der Materialstärke spricht und als Vorteil des additiven
Verfahrens zu werten ist.
3) Die Maximalkräfte sind nicht bei jeder Materialprobe im Laufe der fünf Versuchsdurchführungen
angestiegen. Eine Aussage über die Langlebigkeit der Materialproben
lässt sich jedoch nicht treffen, da die Anzahl an Versuchsabläufen
keine Langzeitbelastung darstellt.
Mit den vorliegenden Daten kann klinisch keine Äquivalenz oder Überlegenheit
von Schichtdicken aus additiver Fertigung gegenüber dem thermoplastischen
Formen abgeleitet werden. Auch wenn unter den Bedingungen dieses Versuchsaufbaus
bei den additiven Materialproben die Schockabsorption geringer war, ist
dies nicht auf additive Polymere zu verallgemeinern.
Denn es gilt in weiteren Forschungsarbeiten neben der Schockabsorption die
Kräfteverteilung der additiv gefertigten Materialproben (ebenso vergleichend) zu
untersuchen.
Weiter sollte bis zur Bereitstellung klinisch zugelassener, weicher Polymere für
den additiv-gefertigten Sportmundschutz auch mit integrierten Strukturvariationen
(Lufteinschlüsse, Gitter, harte Verstärkungen) experimentiert werden. |
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