Защо е важно да се изучава и изследва разрушаването на материалите? Това беше първият въпрос към доц. Цанка Дикова от Катедрата по дентално материалознание и пропедевтика на протетичната дентална медицина към Факултета по дентална медицина на МУ-Варна. Повод за разговора ни е нейното участие в края на миналия месец на 22-рата Европейска конференция по разрушаване на материалите в Белград, Сърбия. Доц. Дикова изнесе устна презентация, свързана с разрушаването на денталните мостове, изработени чрез съвременни и многообещаващи технологии на 3D печат. Над 600 учени от 52 страни от цял свят взеха участие в научния форум, в който основните теми бяха посветени на разрушаването на различните видове материали и конструкции вследствие на натоварванията, които изпитват и средата, в която работят.

„Спомняте ли си трагичния случай с моста Моранди над Генуа това лято? Бетонният магистрален мост открит преди около 50 години, който се срути и загинаха повече от 30 души… Различни са предположенията за инцидента, но се счита, че една от вероятните причини е умора на конструкцията. Материалите, от които е направен мостът, са подложени на непрекъснато действащи натоварвания в среда на променящи се метеорологични условия. Ефектът от всичко това се натрупва с времето и материалът започва да се износва, да корозира и да става все по-неустойчив. Нещо подобно се случва в нашата уста с денталните конструкции, мостовете. Между 25 и 30 кг. е силата, която действа на кътните зъби при всяко дъвкателно движение. Представете си цикличното, ежедневно действие на тези сили в продължение на години".

Денталните конструкции работят в условията на знакопроменливи натоварвания в силно агресивна среда – слюнката. Най-натоварени са четири-членните дентални мостове от първи премолар до втори молар, затова при тези конструкции якостта на огъване е от особена важност за тяхната дълготрайност. В литературата липсват данни за провеждане на такъв вид изпитания – било то заради сложността условията на експеримента максимално да се доближат до действителните, било то заради сложната геометрия на повърхността на зъбите, едновременното действие на две сили и начина на разпределение на натоварването. Точно тази якост на огъване изследва доц. Дикова. Тя тества разрушаването при огъване на четири-членни дентални мостове (1-ви премолар до 2-ри молар),  произведени от кобалт-хромови сплави.

Дълготрайността на конструкциите се определя от механичните свойства и корозионната устойчивост на използваните материали. Поради високите якостни свойства, устойчивост на износване и корозия, и сравнително ниска цена най-често използваните за изработване на протезни конструкции са именно кобалт-хромовите дентални сплави. Основна и най-масово използвана технология за тяхното производство е прецизното леене с восъчни модели.  В последните години обаче с бързи темпове се развиват технологиите за послойно изграждане, които са част от производствения модул на CAD/CAM (computer-aided design and computer-aided manufacturing) системите. При тях обектът се изгражда слой по слой чрез полимеризация, напластяване, синтероване, стопяване и залепване.

В своето изследване доц. Дикова прави 4-точков тест на огъване на три групи образци. Първата група са произведени чрез конвенционално леене с восъчни модели, ръчно изработени в специална матрица. Втората група са отлети с модели, 3D принтирани от специална восъко-подобна пластмаса. Третата група са изработени директно от виртуалния 3D модел чрез избирателно лазерно стопяване.

Тестовете установяват, че лазерно изградените кобалт-хромови дентални сплави се характеризират със специфична микроструктура, която осигурява високи твърдост и механични свойства. Те се разрушават при средни усилия, които многократно надвишават сумарното дъвкателно натоварване на четирите зъба от изследваната мостова конструкция. Проблемът е порьозната, пореста структура на моста, изработен с помощта на 3D лазерен печат.

„Преди да се внедри процеса на избирателно лазерно стопяване за производство на дентални конструкции, трябва да се оптимизират технологичните режими, така че да се получи плътна структура без пори и дефекти", пояснява доц. Дикова. „Оптимизирането на технологичните режими на процеса като мощност на лазера, скорост и стратегия на сканиране ще доведе до получаване на плътна микроструктура, от там и до по-висока якост на огъване."

В последните години сме свидетели на един много динамичен процес, при който технологиите изпреварват материалите. В следващия момент се получава точно обратното – знанието за новите материали изпреварва използваните към момента технологии. „Тестовете, които направих, са един типичен пример за това – имаме един доказано здрав материал, който при производство на конструкция дефектира, заради недостатъчно прецизната технология. А защо ще продължаваме да работим в тази насока ли? Защото новите технологии за 3D печат са наистина многообещаващи – те са много по-бързи, ефективни и прецизни, дават възможност за изработване на персонализирани протезни конструкции и най-вероятно ще се окажат и по-евтини. Необходимо е да се оптимизират технологичните режими."

По-подробна и детайлна информация за направеното от доц. Дикова изследване може да намерите в  наскоро излязлата от печат книга „Кобалт-хромови дентални сплави, произведени чрез избирателно стопяване с лазер".

Съвременните тенденции при изработване на дентални конструкции са свързани с преминаване към частична и пълна дигитализация на процесите. При първата - от сканирания отпечатък от зъбите на пациента се прави виртуален 3Dмодел, по който на 3D принтер или фрезова машина се изработва самата конструкция. При втората се работи с интраорален скенер и целият процес от отпечатъка на пациента до производството на конструкцията е дигитализиран.

През 2015 г. Факултетът по дентална медицина към МУ-Варна е оборудван с триизмерен скенер и 3D принтер, закупени по проект „3D принтиране и приложението му в съвременните методи на лечение в протетичната дентална медицина", финансиран от Фонд „Научни изследвания" към МОН. С него могат да се изработват временни коронки и мостове, шини за сънна апнея, хирургически водачи за импланти. Използва се също за работни и ортодонтски модели, които да заместят традиционните гипсови.  От две години насам апаратурата се използва като част от обучението на студентите по протетична дентална медицина и зъботехника.

Дарина Велчева