Η μέθοδος της επιλεκτικής τήξης ή σύντηξης με laser στην μορφοποίηση των κεραμικών υλικών. Νέες δυνατότητες στην οδοντική τεχνολογία

Νάση, Δανάη

The SLM or SLS methods in the shaping of ceramic materials. New possibilities in dental technology

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία

Author

Νάση, Δανάη

Date

2024-04-20

Advisor

Προμπονάς, Αντώνιος

Μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία (4.672Mb)

Keywords

SLS high strength ceramics ; SLM high strength ceramics ; Additive methods all ceramic ; New technologies all ceramic ; All ceramic prosthesis SLM

Abstract

Η τρισδιάστατη εκτύπωση αποτελεί μία αναπτυσσόμενη τεχνολογία που υπόσχεται πλήθος εφαρμογών με γρηγορότερο, οικονομικότερο και ευκολότερο τρόπο, αντικαθιστώντας σταδιακά τις παραδοσιακές τεχνικές κατασκευής. Υπάρχει πληθώρα τεχνολογιών που μπορούν να εφαρμοστούν καθώς επίσης και πολλοί τύποι υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύθηκαν οι προσθετικές μέθοδοι που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα στα κεραμικά υλικά. Οι προσθετικές μέθοδοι αυτοί είναι η εναπόθεση συγκολλητικής ουσίας (Binder Jetting), οι διεργασίες εξώθησης υλικού (Material Extrusion), οι διεργασίες εναπόθεσης υλικού (Material Jetting), οι διεργασίες φωτοπολυμερισμού σε κάδο (Vat Polymerization), οι διεργασίες εναπόθεσης με κατευθυνόμενη ενεργειακή δέσμη (Direct Energy Deposition), οι διεργασίες επάλληλων φύλλων (Sheet Lamination) και οι διεργασίες σύντηξης πούδρας σε κλίνη (Powder Bed Fusion). Συγκεκριμένα το ενδιαφέρον την παρούσας εργασίας στράφηκε στην επιλεκτική τήξη και στην επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ (Selective Laser Melting/Selective Laser Sintering) αλλά και στη σύγκρισή τους με τις υπόλοιπες προσθετικές μεθόδους κατασκευής. Η επιλεκτική τήξη και η επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ για τα κεραμικά, συγκριτικά με κάποιες άλλες μεθόδους κατασκευής όπως οι διεργασίες φωτοπολυμερισμού σε κάδο, δεν είναι αρκετά μελετημένες. Η επιλεκτική τήξη με λέιζερ δεν χρειάζεται μετέπειτα επεξεργασία, αποδίδει απευθείας ένα πυκνό αντικείμενο το οποίο όμως δεν είναι απαλλαγμένο από εσωτερικές ρωγμές και πορώδες. Η επιλεκτική τήξη και η επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ καταφέρνουν να κατασκευάσουν πολύπλοκες γεωμετρίες με επιφανειακή τραχύτητα σε μικρό βαθμό. Η διαδικασία της προθέρμανσης έχει δειχθεί ότι βελτιώνει την πυκνότητα των αντικειμένων αλλά και των εσωτερικών ρωγμών. Η επιλεκτική τήξη και η επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση με λέιζερ στα κεραμικά είναι πολλά υποσχόμενες τεχνολογίες αλλά για να καταφέρουν να καθιερωθούν στον οδοντιατρικό χώρο χρειάζονται βελτίωση στην ακρίβεια κατασκευής, στην τελική επιφάνεια του αντικειμένου και βελτίωση της πυκνότητας και των μηχανικών ιδιοτήτων. Παραμένει πρόκληση η παραγωγή εξαιρετικά αξιόπιστων κεραμικών οδοντιατρικών αποκαταστάσεων με προσθετικές μεθόδους κατασκευής που μπορούν να αντέξουν δεκαετίες μασητικής φόρτισης.

Abstract

3D printing is a developing technology that promises a multitude of applications in a faster, cheaper and easier way, gradually replacing traditional manufacturing techniques. There are a lot of technologies that can be applied as well as many types of materials that can be used. In this thesis, have been analysed the additive manufacturing methods for ceramic materials that have been studied since today. These additive methods are Binder Jetting, Material Extrusion, Material Jetting, Vat Polymerization, Direct Energy Deposition, Sheet Lamination and Powder Bed Fusion. In particular, the interest of this thesis is focused on Selective Laser Melting/Selective Laser Sintering and their comparison with other additive manufacturing methods. Selective laser melting and selective laser sintering for ceramics, compared to other manufacturing methods such as vat polymerization, are not well studied. Selective laser sintering does not need any subsequent process, it directly yields a dense object which is not free from internal cracks and porosity. Selective laser melting and selective laser sintering manage to fabricate complex geometries with small surface roughness. The preheating process has been shown to improve the density of the objects as well as internal cracks. Selective laser melting and selective laser sintering in ceramics are promising technologies in dental applications but they need improvement in fabrication accuracy, final surface of the object and improvement in density and mechanical properties. It remains a challenge to produce highly reliable ceramic dental restorations with additive manufacturing methods that can withstand decades of masticatory forces.