Лети метални конструкции по 3D принтирани прототипи чрез лазерен стереолитографски принтер

Конвенционалният метод за изработване на протезни конструкции чрез леене е познат на денталната медицина повече от век. От въвеждането му до днес той претърпява множество модификации с цел постигане на точни резултати и оптимизиране на работния процес. С развитието на адитивните и субтрактивни методи на изработка, отливната технология за пореден път бе обогатена.
Целта на настоящата презентация е да представи възможностите за изработване на лети метални конструкции по 3D принтирани прототипи чрез лазерен стереолитографски принтер.
Материали и методи: За получаването на точни отливки от изключителна важност е процесът на изработване на протезните прототипи да се характеризира с добра точност. Заедно с това материализирането на дигиталните протезни прототипи може да бъде повлияно в различна степен от вида на смолата, ориентацията им при принтиране, структурата им, както и от характера на процесите на постобработка. За оценка на влиянието на тези фактори са изработени две групи опитни тела от два вида смоли за 3D принтиране (CastableWax®, Formlabs и CastableResin®, Formlabs) – едните с форма на куб, а другите с форма на цилиндър. Всяка група е съставена от тела с еднакви размери и различна структура (плътни, кухи и кухи с отвор), като детайлите са принтирани в различна позиция спрямо площадката за изграждане. Получените опитни тела са измерени и са отчетени отклоненията от първоначално зададените им размери.
Друг важен момент е механизмът на елиминиране на първичния прототип, който при стереолитографските смоли се различава от този при елиминирането на восъчните прототипи по това, че настъпва директна сублимация - превръщане на твърдото тяло в газ. Ключов момент за това е тегловното количество на материала и температурният режим. В тази връзка са изработени по два набора опитни тела в два различни размера и форма на цилиндър. Детайлите от двата размера са принтирани от два вида смоли (CastableWax®, Formlabs и CastableResin®, Formlabs). Всяка от групите опитни тела е съставена от цилиндри с различна структура (плътни, кухи и кухи с отвор тела). Детайлите са опаковани без отливен щифт, като са използвани различни опаковъчни маси и температурни режими. Наблюдава се процеса на изгаряне и се отчита наличието на дефекти и пукнатини в опаковъчните муфи.
Правилното ориентиране на отливните прототипи в отливната муфа е критично ключов момент за правилното им заместване. В конвенционалните техники за фиксиране на обектите се използват материали (восъци), които са склонни да проявяват свойството течене, като се деформират под действието на различни физични фактори, вкл. и от собственото си тегло. В резултат от проведените изследвания и за да се елиминира влиянието на някои негативни качества на спомагателните материали и прецизиране ориентацията на обектите според индивидуалните особености на конкретната технология за леене, е разработен метод за дигитално позициониране на обекти при налична муфа с известни размери.
Резултатите от изследването на точността на процеса на 3D принтиране еднозначно показват, че опитните тела изработени от CastableWax® са по-точно от тези от CastableResin®. Заедно с това детайлите, които са позиционирани така, че първите положени слоеве да имат възможно най-малък обем, показват по-малко отклонения от първоначално зададените размери. Независимо че с модифицирането на опитните тела като кухи обекти, те променят в известна степен своите механични качества, точността на принтиране не се повлиява.
При обследване на процеса на елиминиране на първичния прототип, кухите тела с отвор показват значително по-голяма успеваемост в сравнение с останалите обследвани детайли. Не е установена значителна разлика в успеваемостта при идентични по структура и размери опитни детайли, които са изработени от различна смола.
Получените резултати дават основание да бъде разработен метод за дигитално позициониране на обекти при налична муфа с известни размери, като са подбрани най-благоприятните условия за получаване на точна и устойчива конфигурация на отливната система, както и отливка с минимални деформации.
Заключение: Макар процесът на леене в своето същество да е неточен, трудоемък и времепоглъщащ метод за заместване на протезните прототипи, то чрез въвеждането на някой нови подходи, той би могъл да бъде конкурентноспособен на съвременните технологични методи за изработка, като в същото време съхрани основните си предимства, а именно това, че е сравнително евтин и достъпен.

Д-р Преслав Пенчев

Д-р Преслав Пенчев е роден в гр. Русе през 1991г. Завършва Медицински университет „Проф. д-р Параскев Стоянов“ – гр. Варна през 2016г. От същата година е назначен като асистент в катедра „Протетична дентална медицина“ към факултет „Дентална медицина“ при МУ-Варна. През 2018г. е асистент в катедра „Дентално материалознание и пропедевтика на протетичната дентална медицина“ към ФДМ при МУ-Варна. През 2021 г. успешно придобива специалност „Протетична дентална медицина“, същата година придобива ОНС „Доктор“ и е назначен като главен асистент в катедра „Дентално материалознание и пропедевтика на протетичната дентална медицина“ към ФДМ при МУ-Варна. Автор е на редица публикации на български и английски език.