Microstructural design of a new zirconia based material for dental implants

Autor: Agut López, Raúl
Přispěvatelé: Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Ciència i Enginyeria de Materials, Roa Rovira, Joan Josep, Español Pons, Montserrat
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Popis: Un dels materials més rellevants en les últimes dècades és la zircònia (ZrO2) degut a les seves excel·lents propietats mecàniques. Degut a les seves propietats, aquest material s’ha utilitzat àmpliament en aplicacions dentals i ortopèdiques. Avui en dia continua sent un material àmpliament estudiat, ja que es volen trobar noves maneres per millora l’osteointegració i prevenir els problemes relacionats amb la degradació hidrotèrmica. En aquest projecte final de grau (TFG), l’objectiu principal és aconseguir conformar un implant dental. S’ha intentat conformar amb tres materials base zircònia; 3Y-ZrO2, 12Ce-ZrO2 i un composite de 3Y/12Ce-ZrO2. Per tal d’aconseguir aquest objectiu s’han utilitzat dues tècniques, la impressió 3D, mitjançant la tècnica del Robocasting també coneguda com Direct Ink Writing (DIW), i el fresat. En el transcurs del TFG, s’ha hagut de caracteritzar la pols de partida, en termes de mida de gra i cristal·linitat, així com les propietats tant microestructurals com mecàniques mitjançant tècniques avançades de caracterització (com per exemple microscòpia electrònica de rastreig, difracció de rajos X, entre altres) dels diferents materials tant processats mitjançant tècniques de processat tradicional, Cold Isostatic Pressing (CIP) com mitjançant impressió 3D. Finalment, s’han investigat les propietats tant microestructurals com mecàniques en condicions de servei, per això les mostres han estat degradades hidrotèrmicament. La caracterització de la pols així com la seva cristal·linitat ha permès observar que els diferents materials d’estudi en aquest TFG poden ser impresos en 3D, i que les seves propietats mecàniques resultants no es veuen molt afectades en comparació amb les propietats obtingudes quan els materials han estat conformats mitjançant tècniques tradicionals. A més s’ha pogut comprovar com el material composite 85/15-ZrO2 no ha patit degradació hidrotèrmica en concordança amb el que hi ha reportat a la literatura. Pel que fa a la impressió d’implants,s’ha aconseguit imprimir l’implant amb diferents longituds, 24, 17 i 12 mm el qual implica un 600%, 400 % y 200% superior a l’original, respectivament; fet que posa de manifest que la tècnica emprada d’impressió 3D es una tècnica viable per a realitzar aquest tipus de geometria i, amb un control més precís de la pols de partida així com dels paràmetres d’impressió, es pot arribar a imprimir amb les mesures reals. Per contra, les tècniques de mecanitzat tradicionals no han donat els resultats esperats, ja que les eines usades s’han vist superades per l’alta duresa dels materials estudiats en aquest TFG. Uno de los materiales más relevantes en las últimas décadas es la circonia (ZrO2) debido a sus excelentes propiedades mecánicas. Debido a sus propiedades, este material se ha utilizado ampliamente en aplicaciones dentales y ortopédicas. Hoy en día continúa siendo un material ampliamente estudiado, puesto que se quiere encontrar nuevas maneras para mejorar la osteointegración y prevenir problemas relacionados con la degradación hidrotérmica. En este proyecto final de grado (TFG), el objetivo principal es conseguir conformar un implante dental. Se ha intentado conformar con tres materiales base circonia; 3Y-ZrO2, 12Ce-ZrO2 y un composite 3Y/12Ce-ZrO2. Para conseguir este objetivo se han utilizado dos técnicas, la impresión 3D, mediante la técnica del Robocasting también conocida como Direct Ink Writing (DIW), y el fresado. En el transcurso del TFG, se ha tenido que caracterizar el polvo de partida, en términos de tamaño de grano y cristalinidad, así como las propiedades tanto microestructurales como mecánicas mediante técnicas avanzadas de caracterización (como por ejemplo microscopia electrónica de barrido, difracción de rayos X, entre otros) de los diferentes materiales tanto procesados mediante técnicas de procesado tradicional, Cold Isostatic Pressing (CIP) como mediante impresión 3D. Finalmente, se han investigado las propiedades tanto microestructurales como mecánicas en condiciones de servicio, por eso las muestras han sido degradadas hidrotermalmente. La caracterización del polvo así como su cristalinidad ha permitido observar que los diferentes materiales estudiados en este TFG pueden ser imprimidos en 3D, y que sus propiedades mecánicas resultantes no se ven muy afectadas en comparación con las propiedades obtenidas cuando los materiales han sido conformados mediante técnicas tradicionales. Además, se ha podido comprobar como el material composite 85/15-ZrO2 no ha sufrido degradación hidrotérmica en concordancia con lo que hay reportado en la literatura. En cuanto a la impresión de implantes, se ha conseguido imprimir el implante con diferentes longitudes, 24, 17 y 12 mm lo cual implica un 600%, 400% y 200% de escalado respecto al tamaño original, respectivamente; hecho que pone de manifiesto que la técnica empleada de impresión 3D es una técnica viable para realizar este tipo de geometría y, con un control más preciso del polvo de partida así como de los parámetros de impresión, se puede llegar a imprimir con las medidas reales. Por el contrario, las técnicas de mecanizado tradicionales no han dado los resultados esperados, puesto que las herramientas usadas se han visto superadas por la alta dureza de los materiales estudiados en este TFG. One of the most important materials in the last decades is the zirconia (ZrO2) due to its excellent mechanical properties. Due to its properties, this material has been widely used in dental and orthopaedic applications. Nowadays it remains under investigation, as new ways are to be found to improve the osseointegration and prevent the issues related to the hydrothermal degradation. In this Bachelor’s degree project, the main objective is to achieve the shaping of a dental implant. Three zirconia-based materials have been used; 3Y-ZrO2, 12Ce-ZrO2 and a composite of 3Y/12Ce-ZrO2. To achieve this objective, two techniques have been used, 3D printing, using the Robocasting technique also known as Direct Ink Writing (DIW), and milling. In the course of this Bachelor’s degree project, it has been necessary to characterise the starting powders, in terms of grain size and crystallinity, as well as the microstructural and mechanical properties by means of advanced characterization techniques (such as scanning electron microscopy, X-Ray Diffraction, among others) of the different materials both processed by traditional processing techniques, Cold Isostatic Pressing (CIP) and 3D printing. Finally, both microstructural and mechanical properties have been investigated under service conditions, so the samples have been hydrothermally degraded. The characterization of the powder as well as its crystallinity has allowed to observe that the different materials studied in this Bachelor’s degree project can be 3D printed, and that their resulting mechanical properties are not much affected in comparison with the properties obtained when the materials have been made by traditional techniques. Furthermore, it has been verified that the 85/15- ZrO2 composite materials has not suffered hydrothermal degradation as accordance in the literature. As for the 3D printing of implants, it has been possible to print the implant with different lengths, 24, 17 and 12 mm, which implies 600%, 400% and 200% more than the original, respectively; this fact shows that the 3D printing technique used is a viable technique for this type of geometry and, with more precise control of the starting powder as well as the 3D printing parameters, it is possible to print with the real measurements. On the other hand, traditional machining techniques have not given the expected results, since the tools used have been overcome by the high hardness of the materials studied in this bachelor’s degree project.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: