ABSTRACT
Objective: For a dental material to be machinable for CAD/CAM technology, it must offer convenient machining, under a given set of cutting conditions. Quantitative evaluation of machinability has been assessed in literature through various parameters such as tool wear, penetration rates, surface roughness, cutting force and power. A machinable ceramic will typically demonstrate a higher tool penetration rate with signs of reduced diamond tool wear and edge chipping. The purpose of this in vitro study was to evaluate the feasibility of machining an experimental ceramic, 20 wt.% zirconia reinforced mica glass ceramics (G20Z) for indirect dental restorations and compare the tool penetration rates of G20Z to commercially available dental ceramics, Presintered Zirconia (PSZ) and IPS emax CAD. Material and Methods: Precursors of base glass (SiO2 -Al2O3 -K2O -MgO-B2O3 -F) were melted at 15000C for 2 h in a platinum crucible and quenched in deionised water. The glass frit was ball milled with 20 wt. % YSZ (G20Z) and subject to two stage heat treatment in a muffle furnace. Specimens of G20Z (12 X 2 mm) were evaluated for their feasibility of machining under varying spindle speed, depth of cut, and feed rates. Influence of depth of cut, spindle speed and feed rate (vc=8000-16000 rpm, d=0.4-0.8 mm, f=0.1- 0.3 mm/tooth) on cutting forces, material response, surface roughness and tool wear were investigated. Tool penetration rates, tool wear and margin chipping were also evaluated and compared with Pre-sintered Zirconia (PSZ) and e.max CAD in a custom dental milling surveyor at 30,000 rpm with a load of 0.98 N under water lubrication for 6 min. Tool penetration rates were calculated as the ratio of length of cut and milling time with a measuring microscope and scanning electron microscope was used for tool wear and edge chipping. ANOVA and Tukey Kramer tests were used for statistically comparing the means of each group. Results: Spindle speed and feed rate play a significant role in influencing surface roughness, thrust force, cutting forces and tool wear. Penetration rates of G20Z (0.32 ±0.12 mm/min) was significantly greater than PSZ (0.26 ±0.06 mm/min) and IPS e.max CAD (0.21 ±0.05 mm/min). SEM observations reveal tool abrasion and edge chipping regardless of the ceramic type. Conclusion: High spindle speeds delivers low cutting forces with an average surface roughness of 1.61 µm, with abrasive wear of the tool insert and brittle fracture of zirconia mica glass ceramic composites. G20Z with its machinable nature demonstrates greater tool penetration rates than PSZ and IPS e.max CAD. Tool wear and edge chipping is seen in all the investigated ceramics. (AU)
Objetivo: Para que um material odontológico seja usinável para a tecnologia CAD / CAM, ele deve oferecer uma usinagem conveniente, sob um determinado conjunto de condições de corte. A avaliação quantitativa da usinabilidade tem sido avaliada na literatura por meio de vários parâmetros, como desgaste da ferramenta, taxas de penetração, rugosidade da superfície, força de corte e potência. Uma cerâmica usinável normalmente demonstrará uma maior taxa de penetração da ferramenta com sinais de desgaste reduzido da ferramenta de diamante e lascamento da borda. O objetivo deste estudo in vitro foi avaliar a viabilidade da usinagem de uma cerâmica experimental, 20% em peso de cerâmica de vidro de mica reforçada com zircônia (G20Z) para restaurações dentárias indiretas e comparar as taxas de penetração da ferramenta de G20Z com as cerâmicas dentais comercialmente disponíveis, Zircônia Presinterizada (PSZ) e IPS emax CAD. Material e Métodos: Precursores de vidro base (SiO2-Al2O3-K2O -MgO-B2O3 -F) foram fundidos a 15000C por 2 h em um cadinho de platina e temperados em água deionizada. A frita de vidro foi moída com 20% em peso de YSZ (G20Z) e submetida a tratamento térmico em duas fases em mufla. Amostras de G20Z (12 x 2 mm) foram avaliadas quanto à sua viabilidade de usinagem sob variação de velocidade do fuso, profundidade de corte e taxas de avanço. A influência da profundidade de corte, velocidade do fuso e taxa de avanço (vc = 8000-16000 rpm, d = 0,4-0,8 mm, f = 0,1- 0,3 mm / dente) nas forças de corte, resposta do material, rugosidade da superfície e desgaste da ferramenta foram investigadas. As taxas de penetração da ferramenta, o desgaste da ferramenta e o lascamento da margem também foram avaliados e comparados com Zircônia pré-sinterizada (PSZ) e e.max CAD em um topógrafo de fresamento dentário personalizado a 30.000 rpm com uma carga de 0,98 N de lubrificação subaquática por 6 min. As taxas de penetração da ferramenta foram calculadas como a razão entre o comprimento de corte e o tempo de fresamento com um microscópio de medição e um microscópio eletrônico de varredura foi usado para o desgaste da ferramenta e lascamento da borda. Os testes ANOVA e Tukey Kramer foram usados para comparar estatisticamente as médias de cada grupo. Resultados: a velocidade do fuso e a taxa de avanço desempenham um papel significativo em influenciar a rugosidade da superfície, força de impulso, forças de corte e desgaste da ferramenta. As taxas de penetração de G20Z (0,32 ± 0,12 mm / min) foram significativamente maiores do que PSZ (0,26 ± 0,06 mm / min) e IPS e.max CAD (0,21 ± 0,05 mm / min). As observações do SEM revelam a abrasão da ferramenta e o lascamento da borda, independentemente do tipo de cerâmica. Conclusão: As altas velocidades do fuso proporcionam baixas forças de corte com uma rugosidade superficial média de 1,61 µm, com desgaste abrasivo do inserto da ferramenta e fratura frágil de compósitos de cerâmica de vidro de zircônia. G20Z com sua natureza usinável demonstra maiores taxas de penetração da ferramenta do que PSZ e IPS e.max CAD. O desgaste da ferramenta e o lascamento da borda são vistos em todas as cerâmicas investigadas. (AU)
Subject(s)
Metal Ceramic Alloys , Dental Restoration RepairABSTRACT
Objective: Despite the increase of all-ceramic prosthesis in dental practice there is no evidence of the possibility of welding these structures if necessary. The objective of this study was to use CO2 laser (λ = 10.6 µm) as a welding agent to fuse dental polycrystalline alumina ceramic. Methods: Ceramic blocks of pre-sintered alumina were sectioned into 20 bars (10.0 x 1.5 x 1.5 mm) and sintered to the final cross section dimension of 1.2 x 1.2mm. The bars were adapted to an LHPG (Laser Heated Pedestal Growth) system device where the bars could be fixed in pairs and have their ends irradiated with CO2 laser to fusion. The ring-shaped laser beam (300 µm thickness) was directed with the aid of mirrors to reach samples' ends. The laser was continuously applied (40 W nominal power, 5 seconds). After welding, the samples were analyzed in stereomicroscope and SEM. A diffraction analysis was carried out with one sample. Results: CO2 laser was able to fuse the ceramic bars, but some of them showed some shape distortion in the fusion zone. The aspect of the fused alumina differed in color and translucency from the original sintered material. SEM evidenced the presence of porosity and voids in the center of the fusion zone. X-ray diffraction pointed to a reduction in crystallite size by two to four times in the welded region of samples. Conclusions: This study points to CO2 laser as a possible welding agent to polycrystalline alumina dental ceramic. Porosity observed in the molten zone gives cause for concern regarding weld resistance. (AU)
Objetivo: Apesar do aumento no número de próteses totalmente cerâmicas na prática clínica, não há evidência da possibilidade de se soldar essas estruturas se necessário. Este estudo testou o laser de CO2 (λ=10.6 µm) como um agente de solda para estruturas cerâmicas de alumina policristalina. Métodos: Blocos cerâmicos de alumina pré-sinterizada foram seccionados na forma de barras (10,0 x 1,5 x 1,5 mm) e sinterizados na dimensão final de 1,2 x 1,2 mm. As barras foram adaptadas a um sistema de crescimento de fibras cerâmicas (LHPG Laser Heated Pedestal Growth) onde as barras foram fixadas em pares e tiveram suas extremidades irradiadas com laser de CO2 até a sua fusão. O feixe de laser foi direcionado com a ajuda de espelhos para atingir as extremidades das barras. O laser foi aplicado de forma contínua (40 W de potência nominal, 5 segundos). Depois da solda, os espécimes foram analisados em estereomicroscopia e MEV. Teste de difração foi conduzido com um espécime. Resutados: O laser de CO2 foi capaz de fundir as barras cerâmicas, mas algumas delas mostraram uma distorção da forma na zona de fusão. O aspecto da alumina soldada diferiu em cor e translucidez do material original. O MEV evidenciou a presença de porosidade no centro da zona de fusão. A difração por raio-x apontou para uma redução no tamanho dos cristalitos de duas a quatro vezes na região da solda. Conclusões: Esse estudo mostrou ser possível usar o laser de CO2 como um agente de solda para uma cerâmica policristalina de alumina. A porosidade observada na zona de fusão traz preocupação quanto à resistência da solda. (AU)
Subject(s)
Dental Materials , Lasers, Gas , Aluminum OxideABSTRACT
Objective: This study compared the radiopacity of different ceramic systems by means of digital radiographs and evaluate the chemical composition of the samples by Raman spectroscopy. The hypothesis tested was that there was a difference in radiopacity among the tested materials. Material and Methods: Specimens were prepared for each ceramic tested: FLD - VM7 (VITA Zahnfabrik), LD - IPS Empress e.max Press (IPS Empress), AL - In Ceram Alumina (VITA Zahnfabrik), ALYZ - In Ceram Zirconia (VITA Zahnfabrik), YZ - Lava All Ceram (3M/ESPE), and MYZ - Zirconzahn (Talladium Brazil). The specimens were radiographed and submitted to radiographic density readings using a histogram tool. The spectrometer coupled to a petrographic microscope was used for Raman spectroscopy measurements. Analysis of variance (ANOVA) and a Tukey post-hoc test were used to compare radiopacity of the different materials. Results: For all tested materials, the radiopacity showed statistically significant differences, except YZ and MYZ. Lava All Ceram and ZirkonZahn had high radiopacity values and VM7 and IPS Empress e.max Press showed lower radiopacity than human dental structures. Conclusion: It was possible to conclude that radiopacity is closely linked to ceramic chemical composition. (AU)
Objetivo: Este estudo comparou a radiopacidade de diferentes sistemas cerâmicos por meio de radiografias digitais e avaliou a composição química das amostras por espectroscopia Raman. A hipótese testada foi que haveria diferença na radiopacidade entre os materiais testados. Material e Métodos: Os espécimes foram preparados para cada cerâmica testada: FLD - VM7 (VITA Zahnfabrik), LD - Impressora IPS Empress e.max (IPS Empress), AL - Em Ceram Alumina (VITA Zahnfabrik), ALYZ - In Ceram Zirconia (VITA Zahnfabrik), YZ - Lava All Ceram (3M / ESPE) e MYZ - Zirconzahn (Talladium Brasil). Os espécimes foram radiografados e submetidos a leituras de densidade radiográfica utilizando uma ferramenta de histograma. O espectrômetro acoplado a um microscópio petrográfico foi utilizado para medidas de espectroscopia Raman. Análise de variância (ANOVA) e teste post-hoc de Tukey foram usados para comparar a radiopacidade dos diferentes materiais. Resultados: Para todos os materiais testados, a radiopacidade apresentou diferenças estatisticamente significantes, exceto YZ e MYZ. Lava All Ceram e ZirkonZahn apresentaram altos valores de radiopacidade e o VM7 e o IPS Empress e.max Press apresentaram menor radiopacidade do que as estruturas dentais humanas. Conclusão: Foi possível concluir que a radiopacidade está intimamente ligada à composição química da cerâmica. (AU)