Purpose: The purpose of this study was to assess differences in the fundamental mechanical properties of resin-made three-dimensional (3D) printed orthodontic aligners according to the printing orientation.
Methods: Twenty resin 3D-printed dumbbell-shaped specimens and 20 orthodontic aligners were fabricated and postcured in nitrogen. Half of the specimens and aligners were built in horizontal (H), the other half in vertical (V) directions. The dumbbell-shaped specimens were loaded in a tensile testing machine, while parts of the aligners were embedded in acrylic resin, ground, polished, and then underwent instrumented indentation testing (IIT). Mechanical properties that were assessed included the yield strength (YS), breaking strength (BS), plastic strain (ε), Martens hardness (HM), indentation modulus (EIT), elastic index (ηIT), and indentation relaxation (RIT). Data were analyzed statistically with independent t‑tests or Mann-Whitney tests at α = 5%.
Results: No significant differences were found between specimens or aligners printed either in a horizontal or a vertical direction (P > 0.05 in all instances). Overall, the 3D-printed aligners showed acceptable mechanical propertied in terms of YS (mean 19.2 MPa; standard deviation [SD] 1.7 MPa), BS (mean 19.6 MPa; SD 1.2 MPa), ε (mean 77%; SD 11%), HM (median 89.0 N/mm2; interquartile range [IQR] 84.5-90.0 NN/m2), EIT (median 2670.5 MPa; IQR 2645.0-2726.0 MPa), ηIT (median 27.5%; IQR 25.9-28.1%), and RIT (mean 65.1%; SD 3.5%).
Conclusion: Printing direction seemed to have no effect on the mechanical properties of 3D-printed resin aligners, which are promising for orthodontic use.
Zusammenfassung: ZWECK: Ziel dieser Studie war es, die Unterschiede in den grundlegenden mechanischen Eigenschaften von aus Kunststoff hergestellten dreidimensionalen (3-D) gedruckten kieferorthopädischen Alignern in Abhängigkeit von der Druckausrichtung zu untersuchen.
Methoden: Zwanzig aus Kunststoff 3‑D-gedruckte hantelförmige Prüfkörper und 20 kieferorthopädische Aligner wurden hergestellt und in Stickstoff nachgehärtet. Die Hälfte der Prüfkörper und Aligner wurde in horizontaler, die andere Hälfte in vertikaler Richtung hergestellt. Die hantelförmigen Prüfkörper wurden in einer Zugprüfmaschine belastet, während Teile der Aligner in Acrylharz eingebettet, geschliffen und poliert und anschließend einer instrumentierten Eindruckprüfung (IIT) unterzogen wurden. Zu den bewerteten mechanischen Eigenschaften gehörten die Streckgrenze (YS), die Bruchfestigkeit (BS), die plastische Dehnung (ε), die Martens-Härte (HM), der Eindringmodul (EIT), der Elastizitätsindex (ηIT) und die Eindringrelaxation (RIT). Die Daten wurden mit unabhängigen t‑Tests oder Mann-Whitney-Tests bei α = 5% statistisch ausgewertet.
Ergebnisse: Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den in horizontaler oder vertikaler Richtung gedruckten Proben oder Alignern festgestellt (p > 0,05 in allen Fällen). Insgesamt zeigten die 3‑D-gedruckten Aligner akzeptable mechanische Eigenschaften in Bezug auf YS (Mittelwert 19,2 MPa; Standardabweichung [SD] 1,7 MPa), BS (Mittelwert 19,6 MPa; SD 1,2 MPa), ε (Mittelwert 77%; SD 11%), HM (Median 89,0 N/mm2; Interquartilsbereich [IQR] 84,5-90,0 NN/m2), EIT (Median 2670,5 MPa; IQR 2645,0-2726,0 MPa), ηIT (Median 27,5%; IQR 25,9-28,1%) und RIT (Mittelwert 65,1%; SD 3,5%).
Schlussfolgerung: Die Druckrichtung schien keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von 3‑D-gedruckten Kunststoff-Alignern zu haben, was für die kieferorthopädische Anwendung vielversprechend ist.
Keywords: Instrumented indentation testing; Mechanical properties; Orthodontic aligner; Removable orthodontic appliances; Three-dimensional printing.
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