Nesteen fotopolymerisointi tekniikalla tuotettujen muovien materiaalitestaaminen

Abstract

Tämä työ liittyy Savonia-ammattikorkeakoulun LIVA-hankkeeseen, ja työn kokeellinen osuus on tehty yhteistyössä hammastekniikkaan erikoistuneen yrityksen Mallihammas Oy:n kanssa. LIVA-hankkeen tavoitteena on rakentaa ja käynnistää lisäävän valmistuksen toimintaympäristö Pohjois-Savossa. Työssä oli tarkoituksena löytää ratkaisu Mallihampaan nesteenfotopolymerisoinnilla valmistettujen purentakiskojen kestävyysongelmaan materiaalitestauksien avulla. Lisäksi tarkoituksena oli selvittää, kuinka materiaalia lisäävillä valmistusmenetelmillä tuotettuja muoveja testataan. Materiaalitestaukset tehtiin Varseo Wax -fotopolymeerillä, jota Mallihammas käyttää purentakiskojensa valmistuksessa. Vertailun vuoksi testattiin Dental SG -fotopolymeeriä, joka on eri valmistajan vastaava materiaali.

Työ aloitettiin tutustumalla aihetta käsittelevään kirjallisuuteen, minkä jälkeen suunniteltiin koekappaleet Solidworks-ohjelmalla. Tutkimuksessa materiaaleille tehtiin taivutuskokeet, vetokokeet, iskukokeet ja kovuuskokeet. Lujuuskokeiden lisäksi testattiin veden imeytymisen, UV-kovetuksen ja tulostusasennon vaikutuksia materiaalin ominaisuuksiin. Varseo Wax:sta valmistetut koekappaleet tulostettiin Mallihampaan Bego-tulostimella ja Dental SG -koekappaleet 3DMakersin Formlabs-tulostimella.

Materiaalitestaukset suoritettiin Itä-Suomen yliopiston ja Savonian aineenkoetuslaitteilla. Kesken työn havaittiin, että iskulujuuskokeet eivät onnistu käytössä olevilla laitteilla, joten ne jätettiin tekemättä. Ennen materiaalitestauksia huomattiin, että Dental SG on UV-kovetettu tehokkaammin. Testien tuloksista havaittiin, että Dental SG on saanut paremmat lujuusominaisuudet kuin Varseo Wax. Lisäksi todettiin, että kosteudella ei ole merkittävää vaikutusta materiaaliin. Testien tuloksista pääteltiin, että Mallihampaan purentakiskojen heikko kestävyys johtuu osaksi Malli-hampaan huonosta UV-kovettamisesta.

This final project was a part of the LIVA-project in Savonia University of Applied Sciences and the experimental section was made in cooperation with the company Mallihammas Oy. The aim of LIVA-project is to build and start an operating environment for additive manufacturing in Pohjois-Savo. The objective of this project was to find a solution to durability problem of occlusal splint. Occlusal splints are made by VAT photopolymerization technique. Another aim was to solve how to do material testing for plastics which are produced by using additive manufacturing techniques. The material tests were made with two different photopolymer resins, which are used in producing oc-clusal splints. The resins are Varseo Wax and Dental SG.

First, the theoretical background was studied and then 3D models of the specimen were made using the program SolidWorks. The testing methods for the materials was flexural, tensile, impact and hardness tests. In addition, the impact of water absorption, print orientation and UV curing on the mechanical properties of the materials were test-ed. The specimens from Varseo Wax resin were printed with Bego Varseo printer, and Dental SG specimens with Formlabs Form printer.

The material tests were made with the testing equipment of the University of Eastern Finland and Savonia UAS. In the middle of the study it was noticed, that the impact tests can not be done with the current equipment. Therefore the impact test was excluded. The test results revealed that Dental SG resin is UV-cured much more effectively than Varseo Wax. Dental SG got much higher strength properties. It was also noticed that water absorption does not affect photopolymer resins much. The study showed that UV curing is important for photopolymer resins to get good mechanical properties for the material. One way to solve the duralibity problem of occlusal splints is to improve UV the curing device of the company Mallihammas.