Tribological Studies of Layered Biomaterials for Prosthetic Structures Based on Substructures Made of Digital Technologies

Modern dental prosthetics uses CAD/CAM in the Computer Aided Design (CAD) of substructures and its Computer Aided Manufacturing (CAM) process. The substructure is subject to appropriate veneering, which determines the functional cooperation. The aim of this study is to investigate the friction coefficient and wear resistance of the veneering layers of the substructures of prosthetic structures. The test materials are dedicated veneering layers on substructures made of factory-made CoCr, TiCP, and Ti6Al4V metal fittings as well as the glass-ceramic material LiSi2 and the ceramic ZrO2. The study was conducted on a Roxana Machine Works tribological machine in the ball-and-3discs system in an artificial saliva environment using a Hitachi S3400 scanning microscope. As a reference biomaterial, enamel-dentin discs were used. The tribological processes that take place under chewing conditions in the presence of saliva depend on the properties and technological parameters of the surface layer of the biomaterial wearing out and on the enamel of opposing teeth in contact, which also wears out. They should reproduce the physiological nature of adjustment wear in the stomatognathic system (SS). The determined values of the friction coefficient and wear resistance allowed differences to be indicated in the course of tribological processes, and microscopic analyses confirmed them.

Współczesna protetyka stomatologiczna wykorzystuje system CAD/CAM do cyfrowego projektowania podbudowy konstrukcji (CAD) oraz do jej wytwarzania w sterowanym numerycznie procesie (CAM). Podbudowa nośna poddawana jest odpowiedniemu licowaniu, które decyduje o funkcjonalnej współpracy. Celem pracy jest badanie współczynnika tarcia i odporności na zużycie warstw licujących podbudowy konstrukcji protetycznych. Materiałem badań są dedykowane warstwy licujące na podbudowach wykonanych w technologii frezowania z fabrycznych kształtek z metali – CoCr, TiCP i Ti6Al4V oraz z materiałów szklano-ceramicznych LiSi2 i ceramicznych ZrO2. Badania wykonano na maszynie tribologicznej Roxana Machine Works w układzie kula-3krążki w środowisku sztucznej śliny oraz na mikroskopie skaningowym Hitachi S3400. Jako biomateriał referencyjny wykorzystano krążki szkliwno-zębinowe. Procesy tribologiczne, które zachodzą w warunkach żucia w obecności śliny uzależnione są od właściwości i parametrów technologicznych warstwy wierzchniej zużywającego się biomateriału oraz od szkliwa zębów przeciwstawnych wchodzących w kontakt, które również się zużywają. Powinny odtwarzać fizjologiczny charakter zużycia dostosowawczego w układzie stomatognatycznym (US). Wyznaczone wartości współczynnika tarcia i odporności na zużycie pozwoliły na wskazanie różnic w przebiegu procesów tribologicznych, a analizy mikroskopowe to potwierdziły.