Schockabsorptionsverhalten elastischer Verbundwerkstoffe für den Sportmundschutz: Prüfstandentwicklung und In-Vitro Vergleich von thermoplastischem Formen und additiver Fertigung

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URI: http://hdl.handle.net/10900/141426
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-1414260
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-82773
Dokumentart: PhDThesis
Date: 2023-05-24
Language: German
Faculty: 4 Medizinische Fakultät
Department: Zahnmedizin
Advisor: Hüttig, Fabian (Prof. Dr.)
Day of Oral Examination: 2023-05-04
DDC Classifikation: 000 - Computer science, information and general works
600 - Technology
610 - Medicine and health
Other Keywords: Sportmundschutz
Schockabsorption
License: http://tobias-lib.uni-tuebingen.de/doku/lic_mit_pod.php?la=de http://tobias-lib.uni-tuebingen.de/doku/lic_mit_pod.php?la=en
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Inhaltszusammenfassung:

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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