مقدمه: مهندسی دقیق برای دندانپزشکی مدرن

متالورژی پودر به عنوان یک روش تولید تحول آفرین برای تولید ایمپلنت های دندانی ظهور کرده است، بر خلاف تکنیک های سنتی تنگ، متالورژی پودر قطعات را از پودر های فلزی خوب می سازد، که کنترل بی نظیر بر خواص مواد و هندسه را برای کاربردهای دندانپزشکی فراهم می کند، که در آن ایمپلنت ها باید یکپارچه با استخوان زنده ادغام شوند و مقاومت در برابر دهه ها از نیروهای جویدن، مزایای این فرآیند عمیق هستند.

اصول متالورژی پودر

متالورژی پودر (PM) یک فرایند تولید خالص یا نزدیک به شکل خالص است که پودر های فلزی را به اجزای جامد و متراکم تبدیل می کند. توالی اصلی شامل ترکیب، جمع آوری و تکان دادن، اما هر مرحله می تواند تنظیم شود برای دستیابی به میکروساختارها و خواص خاص.

مرحله 1: تولید پودر و Blending

پودرهای فلزی از طریق اتمسازی تولید می شوند (یا گاز یا اتمسازی آب) که ذرات را با توزیع اندازه کنترل شده و مورفولوژی تولید می کند، برای ایمپلنت های دندانی (FLT:0titanium) (Ti-6Al-4V یا CP-Ti) [FLTLT=LT=1] و (FLT:2cobalt-chromium (Co-Cr) آلیاژ [Fcoring] معمولاً به دلیل ترکیب آنها استفاده می شود.

مرحله 2: Compaction (Pressing)

پودر مخلوط به یک مرد و فشرده تحت فشار بالا، به طور معمول بین 400 تا 800 PSI بارگذاری می شود، این فشار سرد استئواستاتیک یا فشار تک محور یک "سبز" است که شکل خود را حفظ می کند اما دارای قدرت پایین است. فشار تعیین چگالی از بخش سبز، که به طور مستقیم بر چگالی نهایی پس از آن تاثیر می گذارد.

مرحله 3: تغییر

جمع و جور سبز در یک کوره اتمسفر کنترل شده به دمای زیر نقطه ذوب فلز اولیه گرم می شود، در حالی که در طی بی نظمی، پیوند ذرات فلزی از طریق انتشار، کاهش متخلخل و افزایش تراکم است. دمای سینکینگ برای آلیاژهای تیتانیوم از 1100 تا 1300 درجه سانتیگراد، در حالی که آلیاژهای Co-Cr در حدود 1200-1 درجه سانتیگراد گناه می کنند.

درمان های پس از مداخله اختیاری

برای دستیابی به تراکم کامل یا خواص سطحی خاص، مراحل اضافی مانند فشار گرم ایزواستاتیک (HIP)، پوشش های سطحی یا درمان های حرارتی ممکن است اعمال شود. HIP می تواند منافذ باقی مانده را از بین ببرد، افزایش قدرت خستگی برای ایمپلنت های بارگیر ضروری است.

مواد برای ایمپلنت های دندانی از طریق متالورژی پودر

انتخاب مواد در دندانپزشکی ایمپلنت بسیار مهم است. PM اجازه می دهد تا استفاده از آلیاژهایی که برای ماشین یا بازیگران دشوار هستند، باز کردن امکانات جدید است:

  • تیتانیوم خالص (CP-Ti) - درجه 4 تعادل خوبی از قدرت و آرامش، ایده آل برای ایمپلنت های یک تکه ارائه می دهد.
  • Ti-6Al-4V ELI [FLT 1] - آلیاژ اسب کار، با قدرت بالا و خواص ادغام عالی.
  • Cobalt-Chromium-Molybdenum (Co-Cr-Mo) برای چارچوب ها و اشکالات به دلیل مقاومت در برابر سایش بالا استفاده می شود.
  • ] فولاد ضد زنگ (316L) [FLT 1 ] - در ایمپلنت های موقت یا مدل های آموزشی استفاده می شود، هر چند برای وسایل دائمی کمتر رایج است.
  • آلیاژهای بتا-Titanium - کم الاستیک modulus (به 55 GPa) کاهش می یابد و PM اجازه می دهد تا کنترل دقیق ترکیب را کاهش دهد.

هر ماده می تواند برای ساخت یک ساختار خاص (FLT:0) و ساختار با تنظیم اندازه پودر و پارامترهای تکان دهنده مهندسی شود، این کلیدی برای تشویق bone in Growth است.

سفارشی سازی: لبه رقابتی فلز متالورژی پودر

یکی از قانع کننده ترین مزایای PM توانایی تولید (FLT:0) ایمپلنت های خاص بیمار است بدون هزینه های ابزار بالا مرتبط با ماشینکاری سفارشی سازی در سطوح مختلف رخ می دهد:

سفارشی سازی Geometricization

ایمپلنت ها می توانند با اشکال پیچیده و ارگانیک طراحی شوند که با آناتومی فک بیمار مطابقت دارند.استفاده از داده های سی تی اسکن، یک مدل دیجیتال از نقص یا سوکت دندان از دست رفته می تواند ایجاد شود و یک PM از طریق CNC یا (FLT:0 اضافه تولید [FLT 1] برای فشار دادن پودر، این شکل نزدیک به درآمد را که نیاز به حداقل دارد، تولید می کند.

Surface Texture و Porosity

با تغییر مورفولوژی پودر و چرخه ی گناه، سطح ایمپلنت می تواند یک را به صورت پراکنده ترکیب کند ساختار (pores 100-600 μm) که باعث افزایش تهاجم استخوان می شود. لایه بیرونی می تواند به طور متخلخل ساخته شود [F3:LT:3 در حالی که هسته برای قدرت متراکم باقی می ماند - همچنین اجازه می دهد مواد مخدر کنترل شده است.

ترکیب درجه بندی

PM ایجاد مواد درجه بندی شده عملکردی را فعال می کند، مانند یک هسته تیتانیوم با لایه سطح هیدروکسیا ⁇ (HA) این را می توان با ترکیب پودر های مختلف یا تقویت بدن سبز با مواد دوم کاهش می دهد. رابط درجه کاهش غلظت استرس و بهبود پیوند استخوان.

تولید سنتی با متالورژی در برابر تولید سنتی

ساخت ایمپلنت دندان سنتی به machining از میله های ریخته شده یا ریخته گری متکی است.

ماشین آلات

  • مزایا: دقت بالا و سطح خوب پایان می یابد.
  • معایب: زباله های مواد بالا (تا 80٪ از سهام حذف)، محدود به هندسه ساده، دشوار برای تیتانیوم به دلیل سخت کار سخت است.

سرمایه گذاری

  • مزایا: می تواند شکل های پیچیده، تولید جزئیات خوب تولید کند.
  • معایب: نیاز به قالب های گران قیمت، تنوع در منافذ و کوچک سازی، آلودگی بالقوه از پوسته سرامیک.

پودر متالیلاری

  • Pros: شکل نزدیک به شبکه باعث کاهش ضایعات، ساختار یکنواخت، توانایی ایجاد منافذ کنترل شده، ترکیب بندی مناسب، کارایی عالی هزینه برای اجرای متوسط به بزرگ می شود.
  • معایب: نیاز به پودر های تخصصی، جمع آوری ثانویه برای برش، پتانسیل برای منافذ باقی مانده اگر بهینه نشده است.

برای ایمپلنت های سفارشی، PM بهترین تعادل آزادی طراحی و یکپارچگی مواد را ارائه می دهد.

Enhancing Osseo ادغام از طریق متالورژی پودر

موفقیت طولانی مدت ایمپلنت های دندانی بستگی به osseo ادغام دارد - اتصال ساختاری و عملکردی مستقیم بین سطح ایمپلنت و استخوان زنده. PM به این روش کمک می کند:

ساختار های متخلخل برای رشد استخوان

با استفاده از ذرات (FLT:0) دارنده فضا (به عنوان مثال، هیدروکربن آمونیوم) که در هنگام تغییر گناه تجزیه می شود، یک شبکه منافذ متصل می تواند ایجاد شود. مطالعات نشان می دهد که اندازه های متخلخل بین 200 تا 500 μm و منافذ بالاتر از 60٪ باعث تقویت نفوذ سریع استخوان و vacularization می شود.

تغییرات سطح

پس از درمان مانند و یا anod] می تواند به سطح PM اعمال شود تا سختی را افزایش دهد و یک میکروپرتراژدی ایجاد کند که دلبستگی های پوکی را بهبود می بخشد.

پاسخ بیولوژیکی

تحقیقات توسط Fousova et al. (2014) نشان داد که کاشت های تیتانیوم متخلخل ساخته شده از طریق متالورژی پودر پشتیبانی قابل توجهی افزایش زنده ماندن سلول و تشکیل استخوان در مقایسه با ایمپلنت های متراکم در مدل های حیوانی.

تحقیقات فعلی و مسیرهای آینده

زمینه متالورژی پودر برای ایمپلنت های دندانی به سرعت در حال پیشرفت است و با نیاز به نتایج بهتر بیمار هدایت می شود.

تولید افزودنی + PM Hybrids

ترکیب گناه انتخاب کننده لیزر [SLS] با مراحل معمول PM اجازه می دهد تا برای تولید ساختارهای پیچیده شبکه که نمی تواند فشرده شود، پایه ایمپلنت می تواند به صورت افزودنی با یک شبکه متخلخل ساخته شده، سپس با یک فلز پودر دوم نفوذ و گناه به چگالی کامل در منطقه بارگیر.

ایمپلنت های ضد باکتری و ضد فعال

محققان از این طریق به یا می پردازند و یا می توانند از عفونت های اولیه جلوگیری کنند.

ایمپلنت های بی نظیر

آلیاژهای مبتنی بر آهن و مبتنی بر روی برای ایمپلنت های موقت که به تدریج کاهش می یابند و توسط استخوان جایگزین می شوند، بررسی می شوند. PM کنترل دقیق بر نرخ تخریب را با تنظیم منافذ و ترکیبات آلیاژی تقویت می کند. A مطالعه در Acta Bio Materialia نشان داد که داربست های آهن متخلخل با استفاده از رشد استخوان پشتیبانی می شوند در حالی که نرخ ایمن در آن وجود دارد.

ایمپلنت های هوشمند با سنسورهای داخلی

ادغام سرامیک هایpiezoالکتریک [FLT 1] در فرایند PM می تواند به ایمپلنت هایی که نیروهای شفا را نظارت می کنند یا کاهش زودرس را تشخیص دهند، در حالی که هنوز تجربی است، توانایی جاسازی سنسورهای در هنگام فشار دادن یک مزیت منحصر به فرد از PM است.

نتیجه گیری

متالورژی پودر بیش از یک مسیر تولید جایگزین برای ایمپلنت های دندانی است - آن یک پلت فرم برای نوآوری است.توانایی آن برای تولید زمین سنج های قابل سفارشی است، یک پلت فرم برای بازسازی میکروساختارهای کنترل شده و tailored خواص سطح [F5: آدرس های کلیدی از تولید کنندگان دارویی مدرن، به عنوان راه حل های سریع و مناسب برای بهبود پایدار، و پایدار کردن بیمار، به عنوان آشکار کردن.

برای مطالعه بیشتر در مورد استانداردهای فنی حاکم بر ایمپلنت های PM، به ] ASTM F2885 [ ] (استاندارد برای فلز مولد مولد برای اجزای جراحی) مراجعه کنید.برای یک مرور کلی از پیشرفت های اخیر، بررسی توسط Chen et al. 2019] در فلزات یک تجزیه و تحلیل جامع از پودر تیتانیوم برای کاربردهای زیست پزشکی فراهم می کند.