Objective: Investigate and compare the mechanical properties of different aligner materials before and after deep drawing and determine differences in the mechanical properties after thermoforming.
Materials and methods: Four aligner film sheets from three manufacturers (Duran Plus® [Scheu Dental, Iserlohn, Germany]; Zendura® [ClearCorrect, Bay Materials LLC, Fremont, CA, USA]; Essix ACE® and Essix® PLUS™ [Dentsply Sirona Deutschland, Bensheim, Germany]) were tested in 3‑point bending with support distances of 8, 16, and 24 mm. Dimension of the specimens was 10 × 50 mm2. Two groups each were tested: (1) 10 specimens were investigated in the as-received state (before thermoforming), (2) 10 specimens were deep drawn on a master plate with cuboids of the dimension 10 × 10 × 50 mm3. Then, specimens were cut out of the upper side and lateral walls and were measured in 3‑point bending. Forces and reduction in thickness were measured and corrected theoretical forces of drawn sheets after thickness reduction as well as Young's modulus were calculated.
Results: At a support distance of 8 mm and a displacement of 0.25 mm Essix® PLUS™, having the highest thickness in untreated state, showed highest forces of 28.2 N, followed by Duran Plus® (27.3 N), Essix ACE® (21.0 N) and Zendura® (19.7 N). Similar results were registered for the other distances (16, 24 mm). Thermoforming drastically reduced thickness and forces in the bending tests. Forces decreased to around 10% or less for specimens cut from the lateral walls. Young's modulus decreased significantly for deep drawn foil sheets, especially for Essix® PLUS™.
Conclusions: Three-point bending is an appropriate method to compare different foil sheet materials. Young's modulus is significantly affected by thermoforming.
Zusammenfassung: ZIEL: Untersuchung und Vergleich der mechanischen Eigenschaften verschiedener Aligner-Materialien vor und nach dem Tiefziehen und Ermittlung von Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften nach dem Warmverformen.
Materialien und methoden: Vier Alignerfolien von 3 Herstellern (Duran Plus® [Scheu Dental, Iserlohn, Deutschland]; Zendura® [ClearCorrect, Bay Materials LLC, Fremont/CA, USA]; Essix ACE® and Essix® PLUS™ [Dentsply Sirona Deutschland, Bensheim, Deutschland]) wurden im 3‑Punkt-Biegeversuch mit Stützpunktabständen von 8, 16 und 24 mm vermessen. Die Abmessungen der Probekörper betrugen 10 × 50 mm2. Es wurden jeweils 2 Gruppen getestet: 1) 10 Proben wurden im Ausgangszustand (vor dem Tiefziehen) untersucht. 2) 10 Proben wurden über eine Schablone mit Quadern der Abmessung 10 × 10 × 50 mm3 tiefgezogen. Dann wurden aus der Oberseite und den Seitenwänden Proben geschnitten und in 3‑Punkt-Biegung vermessen. Kräfte und Dickenreduktion wurden gemessen und korrigierte theoretische Kräfte der gezogenen Folien nach Dickenreduktion sowie der Elastizitätsmodul berechnet.
Ergebnisse: Bei einem Stützpunktabstand von 8 mm und einer Auslenkung von 0,25 mm zeigte Essix® PLUS™ mit der größten Dicke im unbehandelten Zustand die höchsten Kräfte von 28,2 N, gefolgt von Duran Plus® (27,3 N), Essix ACE® (21,0 N) und Zendura® (19,7 N). Vergleichbare Ergebnisse wurden für die anderen Abstände (16, 24 mm) registriert. Durch Thermoformen wurden die Dicke und die Kräfte in den Biegeversuchen drastisch reduziert. Bei Proben, die aus den Seitenwänden geschnitten wurden, verringerten sich die Kräfte auf etwa 10 % oder noch weniger. Der Elastizitätsmodul nahm bei tiefgezogenen Folien deutlich ab, insbesondere bei Essix® PLUS™.
Schlussfolgerungen: Der 3‑Punkt-Biegeversuch ist eine geeignete Methode, um verschiedene Folienmaterialien zu vergleichen. Der Elastizitätsmodul wird durch das Thermoformen erheblich beeinflusst.
Keywords: Mechanical properties; Orthodontic appliances removable; Thermoformed splints; Three-point bending; Young’s modulus.
© 2021. The Author(s).