بررسی اثر پارامترهای فرایندی روش پردازش نور دیجیتال بر رفتار خستگی مواد دندانی آکریلاتی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 تبریز، دانشگاه تبریز، دانشکده مکانیک، گروه مهندسی ساخت و تولید

2 اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده مهندسی مکانیک، گروه ساخت و تولید

چکیده

فرضیه: فرایند پردازش نور دیجیتال (DLP) یکی از فناوری‌های ساخت افزایشی است. اگرچه رزین‌های مصرفی در فرایند DLP، اغلب در کاربرهای بالینی استفاده می‌شوند، اما برخی از آن‌ها بدون اطلاعات و مطالعات تجربی مرتبط با خواص مکانیکی از جمله، رفتار خستگی هستند. تمرکز پژوهش حاضر، بررسی اثر پارامترهای ورودی فرایند DLP بر عمر خستگی مواد دندانی آکریلاتی است. انتظار می‌رود، پارامترهای ورودی، اثر شایان توجهی در پخت رزین و در نتیجه خواص مکانیکی به‌ویژه رفتار خستگی نمونه‌های ساخته‌شده از مواد دندانی آکریلاتی به روش DLP داشته باشد. ضخامت لایه، زمان تابش و شدت تابش، به‌عنوان پارامترهای ورودی فرایند DLP در نظر گرفته شده است.
روش‌ها: آزمون خستگی چهار نقطه، تحت تنش 0.6 استحکام خمشی و بسامد25Hz انجام شد. پس از آن، برای دستیابی به رابطه تنش-عمر، نمونه‌هایی با عمر خستگی بیشتر و کمتر، در دو سطح تنش خستگی (0.4 و 0.8 استحکام خمشی) متفاوت دیگر قرار گرفتند. افزون بر این، تحلیل واریانس، برای بررسی همبستگی بین‌‌پارامتری و نیز ضریب اثر هر پارامتر بر مقاومت خستگی نمونه‌های چاپ‌شده، به‌کار گرفته می‌شود.
یافته‌ها: ارتباط مستقیم پخت کافی رزین پلیمری و عمر خستگی نمونه‌های ساخته‌شده مشاهده شد. عدم پخت کافی رزین و یا پخت بیش از حد رزین  به کاهش مقاومت خستگی نمونه‌ها منجر شد. بیشترین عمر خستگی برای نمونه ساخته‌شده با تنظیمات پارامترهای ورودی فرایند: ضخامت لایه: 25µm، زمان تابش: 2.8s و شدت تابش: 160W/m2و با مقدار 86459 چرخه و کمترین عمر خستگی برای نمونه ساخته‌شده با تنظیمات پارامترهای ورودی فرایند: ضخامت لایه: 100µm، زمان تابش: 2.8s و شدت تابش: 160W/m2و با مقدار 48569 چرخه به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the influence of process parameters in digital light processing method on the fatigue behavior of acrylate dental materials

نویسندگان [English]

  • Mousa Vaezipour 1
  • Mohammad Reza Shabgard 1
  • Mahdi Kazemi 2
1 Technical and Vocational University
2 Isfahan university of technology
چکیده [English]

Hypothesis: The digital light processing (DLP) method is one of the additive manufacturing. Although the resins used in the DLP process are commonly used in clinical applications, some of them lack experiential information and related to mechanical properties, such as fatigue behavior. The focus of the present research is to examine the effect of process setting of the DLP method on the fatigue life of acrylic dental materials. It is expected that the setting parameters have a significant effect on the curing of the resin and as a result the mechanical properties, especially the fatigue behavior of the samples made of acrylate dental materials by the DLP process. Layer thickness, exposure time and light intensity are considered as input parameters of DLP process.
Methods: A rotating bending fatigue test was conducted under a 0.6 bending stress and a frequency of 25 Hz. After that, to achieve the stress-life relationship, samples with longer and shorter fatigue life were placed in two different levels of fatigue stress (0.4 and 0.8 bending stress). In addition, analysis of variance (ANOVA) was used to examine the correlation between parameters and the effect coefficient of each parameter on the fatigue resistance of the printed samples.
Findings: A direct correlation between resin curing and the fatigue life of the fabricated samples was observed. Insufficient resin curing or over-curing led to a decrease in fatigue resistance of the samples. The longest fatigue life was achieved for the sample fabricated with the following parameter settings: layer thickness: 25 µm, exposure time: 2.8 seconds, and light intensity: 160 W/m2, with a value of 86459 cycles. The minimum fatigue life for the sample fabricated with the parameter settings: layer thickness: 100 µm, exposure time: 2.8 seconds, and light intensity: 160 W/m2, was obtained with a value of 48569 cycles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Additive manufacturing
  • digital light processing
  • fatigue life
  • process parameters
  • ANOVA

مراجع

  1. Yan Z., Zeng J.J., Zhuge Y., Liao J., Zhou J.-K., and Ma G., Compressive Behavior of FRP-Confined 3D Printed Ultra-High Performance Concrete Cylinders, J. Build. Eng., 83, 108304, 2024.
  2. Hanon M.M., Ghaly A., Zsidai L., Szakál Z., Szabó I., and Kátai L., Inves‌tigations of the Mechanical Properties of DLP 3D Printed Graphene/Resin Composites, Acta Polytech. Hung, 18, 143-161, 2021.
  3. Maines E.M., Porwal M.K., Ellison C.J., and Reineke T.M., Sus‌tainable Advances in SLA/DLP 3D Printing Materials and Processes, Green Chem., 23, 6863-6897, 2021.
  4. Chen F., Li R., Sun J., Lu G., Wang J., Wu B., Li J., Nie J., and Zhu X., Photo-Curing 3D Printing Robus‌t Elas‌tomers with Ultralow Viscosity Resin, J. Appl. Polym. Sci.,138, 49965, 2021.
  5. Xiang H., Wang X., Ou Z., Lin G., Yin J., Liu Z., Zhang L., and Liu X., UV-Curable, 3D Printable and Biocompatible Silicone Elas‌tomers, Prog. Org. Coat., 137, 105372, 2019.
  6. Patel D.K., Sakhaei A.H., Layani M., Zhang B., Ge Q., and Magdassi S., Highly Stretchable and UV Curable Elas‌tomers for Digital Light Processing Based 3D Printing, Adv. Mater., 29, 1606000, 2017.
  7. Zhu G., Hou Y., Xu J., and Zhao N., Digital Light Processing
    3D Printing of Enhanced Polymers Via Interlayer Welding, Macromol. Rapid. Commun., 43, 2200053, 2022.
  8. Safai L., Cuellar J.S., Smit G., and Zadpoor A.A., A Review of the Fatigue Behavior of 3D Printed Polymers, Addit. Manuf., 28, 87-97, 2019.
  9. Wang Y., Li X., Chen Y., and Zhang C., Strain Rate Dependent Mechanical Properties of 3D Printed Polymer Materials Using the DLP Technique, Addit. Manuf., 47, 102368, 2021.
  10. Bayne S., Ferracane J., Marshall G., Marshall S., and Van Noort R., The Evolution of Dental Materials over the Past Century: Silver and Gold to Tooth Color and Beyond, J. Dent. Res., 98, 257-265, 2019.
  11. Souza L.F.B., Pires T.S., Kist P.P., Valandro L.F., Moraes R.R., Özcan M., and Pereira G.K.R., 3D Printed, Subtractive, and Conventional Acrylic Resins: Evaluation of Monotonic Versus Fatigue Behavior and Surface Characteristics, J. Mech. Behav. Biomed. Mater., 155, 106556, 2024.
  12. Imeri A., Fidan I., Allen M., Wilson D., and Canfield S., Fatigue Analysis of the Fiber Reinforced Additively Manufactured Objects, J. Adv. Manuf. Technol., 98, 2717-2724, 2018.
  13. Ekoi E.J., Dickson A.N., and Dowling D.P., Investigating the Fatigue and Mechanical Behaviour of 3D Printed Woven and Nonwoven Continuous Carbon Fibre Reinforced Polymer (CFRP) Composites, Compos. B: Eng., 212, 108704, 2021.
  14. Corbett T., Kok T., Lee C., and Tarbutton J., Identification of Mechanical and Fatigue Characteristics of Polymers Fabricated by Additive Manufacturing Process, In ASPE Spring Topical Meeting, 186-189, 2014.
  15. Farkas A.Z., Galatanu S.-V., and Nagib R., The Influence of Printing Layer Thickness and Orientation on the Mechanical Properties of DLP 3D-Printed Dental Resin, Polymer, 15, 1113, 2023.
  16. Munguia J. and Dalgarno K., Fatigue Behaviour of Laser-Sintered PA12 Specimens under Four-Point Rotating Bending, Rapid Prototyp J., 20, 291-300, 2014.
  17. Qiu C., Panwisawas C., Ward M., Basoalto H.C., Brooks J.W., and Attallah M.M., On the Role of Melt Flow into the Surface Structure and Porosity Development during Selective Laser Melting, Acta Mater., 96, 72-79, 2015.
  18. Ojo S.A., Bowser B., Manigandan K., Morscher G.N., Dong Y., Gyekenyesi A.L., and Scott-Emuakpor O.E., Improving Fatigue Life of Additively Repaired Ti-6Al-4V Subjected to Laser-Assisted Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification, Int. J. Fatigue, 173, 107663, 2023.
  19. Mukherjee T., Zhang W., and DebRoy T., An Improved Prediction
    of Residual Stresses and Distortion in Additive Manufacturing, Comput. Mater. Sci., 126, 360-372, 2017.
  20. Zeng Y.-S., Hsueh M.-H., and Hsiao T.-C., Effect of Ultraviolet Post-Curing, Laser Power, and Layer Thickness on the Mechanical Properties of Acrylate Used in Stereolithography 3D Printing, Mater. Res. Express, 10, 025303, 2023.
  21. Lu L., Fuh J., Nee A., Kang E., Miyazawa T., and Cheah C., Origin of Shrinkage, Distortion and Fracture of Photopolymerized Material, Mater. Res. Bull., 30, 1561-1569, 1995.
  22. Zirak N., Shirinbayan M., Benfriha K., Deligant M., and Tcharkhtchi A., Stereolithography of (Meth) Acrylate-Based Photocurable Resin: Thermal and Mechanical Properties, J. Appl. Polym. Sci., 139, 52248, 2022.
  23. Dizon J.R.C., Espera Jr A.H., Chen Q., and Advincula R.C., Mechanical Characterization of 3D-Printed Polymers, Addit.Manuf., 20, 44-67, 2018.
  24. Shen M., Zhao W., Xing B., Sing Y., Gao S., Wang C., and Zhao Z., Effects of Exposure Time and Printing Angle on the
    Curing Characteristics and Flexural Strength of Ceramic Samples
    Fabricated via Digital Light Processing, Ceram. Int., 46, 24379-24384, 2020.
  25. Ni R., Qian B., Liu C., Liu X., and Qiu J., A Cross-Linking Strategy with Moderated Pre-Polymerization of Resin for Stereolithography, RSC Adv., 8, 29583-29588, 2018.
  26. Wulff J., Schmid A., Huber C., and Rosentritt M., Dynamic
    Fatigue of 3D-Printed Splint Materials, J. Mech. Behav. Biomed. Mater., 124, 104885, 2021.
  27. Lohbauer U., Rahiotis C., Krämer N., Petschelt A., and Eliades G., The Effect of Different Light-Curing Units on Fatigue
    Behavior and Degree of Conversion of a Resin Composite, Dent. Mater., 21, 608-615, 2005.
  28. Awaja F., Zhang S., Tripathi M., Nikiforov A., and Pugno N., Cracks, Microcracks and Fracture in Polymer Structures:
    Formation, Detection, Autonomic Repair, Prog. Mater. Sci., 83, 536-573, 2016.
  29. Mohsenzadeh R., Shelesh-Nezhad K., and Navid Chakherlou T., Experimental Study on Wear Behavior of Polyacetal Nanocomposite Gears, Iran. J. Polym. Sci. Technol. (Persian), 36, 151-165, 2023.
  30. Mohsenzadeh R., Soudmand B., and Shelesh-Nezhad K., Failure Analysis of Pom Ternary Nanocomposites for Gear
    Applications: Experimental and Finite Element Study, Eng. Fail. Anal., 140, 106606, 2022.
  31. Mohsenzadeh R., Shelesh-Nezhad K., Chakherlou T., and Yaghini H., Gear Life and Failure Mode Versus Meshing Stress in Polyacetal/Carbon Black Nanocomposite Gears, Eng. Fail. Anal., 131, 105859, 2022.
  32. Dowling N.E., Mechanical Behavior of Materials: Engineering Methods for Deformation, Fracture, and Fatigue Pearson, Chapter 10, 516-221, 2012.

 

مجله علوم و تکنولوژی پلیمر
دوره 36، شماره 6 - شماره پیاپی 188
بهمن و اسفند 1402
صفحه 683-694

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار