Випуски $\rightarrow$ Том 23, випуск 2 (2022)

Мікроструктура стоматологічних стопів Co–Cr, виготовлених методом лиття та 3D-селективного лазерного топлення

М. О. Васильєв$^1$, Б. М. Мордюк$^{1,2}$, С. М. Волошко$^2$, П. О. Гурин$^3$

$^1$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
 $^2$Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», просп. Перемоги, 37, 03056 Київ, Україна
 $^3$Національний університет охорони здоров’я України імені П. Л. Шупика, вул. Дорогожицька, 9, 04112 Київ, Україна

Отримано 25.03.2022; остаточна версія — 15.04.2022 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
В огляді аналізується мікроструктура зразків комерційних стоматологічних стопів Co–Cr–(Mo, W), виготовлених за допомогою технології 3D-цифрового селективного лазерного топлення (SLM), що є найперспективнішою серед новітніх технологій адитивного виробництва, яких використовують для виготовлення металевих виробів у стоматології. У зв’язку з цим головною метою є порівняння мікроструктур металевих зуботехнічних виробів, виготовлених за двома технологіями виробництва, а саме, звичайним литтям та SLM. Розглядаються останні дослідження, опубліковані впродовж періоду 2013–2022 рр. Мікроструктура оцінювалася за допомогою оптичної мікроскопії (ОМ), сканувальної електронної мікроскопії з енергодисперсійною Рентґеновою спектроскопією (SEM–EDS), Рентґенової дифрактометрії (XRD), аналізу дифракційної картини зворотнього розсіяння електронів (EBSD) та атомно-силової мікроскопії (АСМ). Аналіз мікроструктури уможливлює зробити висновки щодо придатності технології SLM для стоматологічних застосувань. Показано, що мікроструктура дентальних стопів Co–Cr залежить від хімічного складу зразків, а також від параметрів застосованої технології виготовлення. Експериментальні результати довели, що, на відміну від литих зразків, зразки SLM демонструють поліпшену мікроструктуру за рахунок повного локального топлення та швидкого твердіння. Крім того, технологія SLM зводить до мінімуму залишкові дефектність і поруватість. В результаті SLM уможливлює формування щільного матеріалу з однорідною дрібнозернистою мікроструктурою.

Ключові слова: технології адитивного виробництва, 3D-лазерне топлення, мікроструктура, стопи Co–Cr, стоматологія.

Citation: M. O. Vasylyev, B. M. Mordyuk, S. M. Voloshko, and P. O. Gurin, Microstructure of Co–Cr Dental Alloys Manufactured by Casting and 3D Selective Laser Melting, Progress in Physics of Metals, 23, No. 2: 337–359 (2022); https://doi.org/10.15407/ufm.23.02.337

Цитована література   
  1. W. Riaz, A. Ayesha, and S. Aziz, Professional Med. J., 25: 1261 (2018); https://doi.org/10.29309/TPMJ/18.4488
  2. М.O. Vasylyev, I.M. Makeeva, and P.O. Gurin, Prog. Phys. Met., 20, No. 2: 310 (2019); https://doi.org/10.15407/ufm.20.02.310
  3. M.O. Vasylyev, V. S. Filatova, I. M. Makeeva, and P.O. Gurin, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 9: 1139 (2021); https://doi.org/10.15407/mfint.43.09.1139
  4. E. Haynes, Metal Alloy, U.S.P. Office, Washington, DC, USA, 1907.
  5. A.K. Mishra, M.A. Hamby, and W.B. Kaiser, Metallurgy, Microstructure, Chemistry and Mechanical Properties of a New Grade of Cobalt–Chromium Alloy before and after Porous-Coating (West Conshohocken, PA, USA: ASTM: 1999).
  6. A. Marti, Injury, 31, Suppl. 4: D18 (2000); https://doi.org/10.1016/S0020-1383(00)80018-2
  7. Youssef S. Al Jabbari, J. Adv. Prosthodont., 6, No. 2: 138 (2014); https://doi.org/10.4047/jap.2014.6.2.138
  8. A. Vaicelyte, C. Janssen, M. Le Borgne, and B. Grosgogeat, Crystals, 10, No. 12: 1151 (2020); https://doi.org/10.3390/cryst10121151
  9. M. Podrrez-Radziszewska, K. Haimann, W. Dudzinski, and M. Morawska-Soltysik, Arch. Foundry Eng., 10: 59 (2010).
  10. P. Gupta, J. Phase Equilibria and Diffusion, 26: 87 (2005); https://doi.org/10.1361/15477030522608
  11. Yu.N. Petrov, G.I. Prokopenko, B.N. Mordyuk, M.A. Vasylyev, S.M. Voloshko, V.S. Skorodzievski, and V.S. Filatova, Mater. Sci. Eng. C, 58: 1024 (2016); https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.09.004
  12. R. Liu, X.Y. Li, X. Hu, and H.S. Dong, Surf. Coat. Technol., 232: 906 (2013); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.06.122
  13. H. Nesse, D.M.A. Ulstein, M.M. Vaage, and M. Filo, J. Prosthet. Dent., 114: 686 (2015); https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2015.05.007
  14. E.-H. Kim, D.-H. Lee, S.-M. Kwon, and T.-Y. Kwon, J. Prosthet. Dent., 117: 393 (2016); https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2016.08.002
  15. R. Van Noort and M. Barbour, Introduction to Dental Materials (Elsevier Health Sciences: 2014).
  16. B. Berman, Business Horizons, 55: 155 (2012); https://doi.org/10.1016/j.bushor.2011.11.003
  17. P. Wu, J. Wang, and X. Wang, Automat. Constr., 68: 21 (2016); https://doi.org/10.1016/j.autcon.2016.04.005
  18. B. Bhushan and M. Caspers, Microsyst. Technol., 23: 1117 (2017); https://doi.org/10.1007/s00542-017-3342-8
  19. D. Ngo Tuan, A. Kashani, G. Imbalzano, T.Q. Nguyen Kate, and D. Hui, Composites, Part B, 143: 172 (2018); https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.02.012
  20. D.L. Rakov and R.Y. Sukhorukov, J. Mach. Manuf. Reliab., 50: 616 (2021); https://doi.org/10.3103/S1052618821070116
  21. M. Srivastava, S. Rathee, S. Maheshwari, and T. K. Kundra, Additive Manufacturing: Fundamentals and Advancements (Taylor & Francis Group: 2019).
  22. B. Dylan, F. Jeffrey, S. Gregory, and A. Ehssan, The Future of Additive Manufacturing in the U.S. Military (A Research Report Submitted to the Faculty in Partial Fulfillment of the Graduation Requirements Advisor: Dr. Paul J. Springer 17 Mar 2017).
  23. H. Kodama, Rev. Sci. Instrum., 52: 1770 (1981); https://doi.org/10.1063/1.1136492
  24. P. Ciraud, Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung Beliebiger Gegenstande aus Beliebigem Schmelzbarem Material [Process and Device for the Manufacture of Any Object from Any Fusible Material]: German Patent DE 2263777, priority filed December 28, 1971, published July 5, 1973.
  25. R. Housholder, Molding Process, US Patent 4247508, filed December 3, 1979, published January 27, 1981.
  26. P.M. Pragana, R.F.V. Sampaio, I.M.F. Bragança, C.M.A. Silva, and P.A.F. Martins, Adv. Industrial Manuf. Eng., 2: 100032 (2021); https://doi.org/10.1016/j.aime.2021.100032
  27. J.D. Buchbinder, H. Schleifenbaum, S. Heidrich, W. Meiners, and J. Bultmann, Phys. Procedia, 12: 271 (2011); https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.035
  28. E. Costa Santos, M. Shiomi, K. Osakada, and T. Laoui, Int. J. Machine Tools & Manufacture, 46: 1459 (2006); https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2005.09.005
  29. M. Gupta, Metals, 7: 403 (2017); https://doi.org/10.3390/met7100403
  30. C. Buchanan, V.-P. Matilainen, A. Salminen, and L. Gardner, J. Construct. Steel Res., 136: 35 (2017); http://dx.doi.org/10.1016/j.jcsr.2017.05.002
  31. B. Vandenbroucke and J. P. Kruth, Rapid Prototyping J., 13: 196 (2007); https://doi.org/10.1108/13552540710776142
  32. L. Ardelean, L. Reclaru, C. Bortun, B. Ghiban, and L.C. Rusu, Metalurgia Int., 15: 31 (2010).
  33. W.-F. Lee, J.-C. Wang, C.-Y. Hsu, and P.-W. Peng, J. Prosthetic Dentistry, 127: 115 (2022); https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2020.06.038
  34. R. Van Noort, Dent. Mater., 28: 3 (2012); https://doi.org/10.1016/j.dental.2011.10.014
  35. W. Wei, Y. Zhou, W. Liu, N. Li, I. Yan, and H. Li, J. Mater. Eng. Perform., 27: 5312 (2018); https://doi.org/10.1007/s11665-018-3520-6
  36. Y. Zhou, N. Li, J. Yan, and Q. Zeng, J. Prosthetic Dentistry, 120: 617 (2018); https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2017.11.015
  37. M. Kassapidou, L. Hjalmarsson, C.B. Johansson, P.H. Johansson, E. Morisbak, A. Wennerberg, and V. F. Stenport, Dental Mater., 36, No. 11: e35236 (2020). https://doi.org/10.1016/j.dental.2020.08.012
  38. H.T. Im, D.H. Kim, Y.D. Kim, J.O. Fadonougbo, C. Bin, J.-Y. Park, K.B. Park, J.-W. Kang, H.-S. Kang, and H.-K. Park, Mater. Characterization, 186: 111767 (2022); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.111767
  39. T. Barbin, D.V. Velôso, L. Del Rio Silva, G.A. Borges, A.G.C. Presotto, V.A.R. Barão, and M.F. Mesquita, 108: 103821 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2020.103821
  40. E.D. Rekow, Dental Mater., 36: 9 (2020); https://doi.org/10.1016/j.dental.2019.08.10
  41. T. Koutsoukis, S. Zinelis, G. Eliades, K. Al-Wazzan, and M.A. Rifaiy, Y.S. Al Jabbari, J. Prosthodont., 24, No. 4: 303 (2015); https://doi.org/10.1111/jopr.12268
  42. K.P. Krug, A.W. Knauber, and F.P. Nothdurft, Clin. Oral Investig., 19: 401 (2015); https://doi.org/10.1007/s00784-014-1233-2
  43. M. Revilla-León and M. Özcan Curr. Oral Health Rep., 4: 201 (2017); https://doi.org/10.1007/s40496-017-0152-0
  44. F.Y. Liao, G. Chen, C.X. Gao, and P.Z. Zhu, Adv. Eng. Mater., 4: 1801013 (2019); https://doi.org/10.1002/adem.201801013
  45. https://www.bego.com
  46. A. Takaichi, Suyalatu, T. Nakamoto, N. Joko, N. Nomura, Y. Tsutsumi, S. Migita, H. Doi, S. Kurosu, A. Chiba, N. Wakabayashi, Y. Igarashi, and T. Hanawa, J. Mech. Behavior Biomed. Mater., 21: 67 (2013); https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2013.01.021
  47. A. Simchi, Mater. Sci. Eng. A, 428: 148 (2006); https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.04.117
  48. P. Huang and H. F. Lopez, Mater. Lett., 39: 249 (1999); https://doi.org/10.1016/S0167-577X(99)00022-1
  49. X.-Z. Xin, J. Chen, N. Xiang, and B. Wei, Cell Biochem. Biophys., 67: 983 (2013); https://doi.org/10.1007/s12013-013-9593-9
  50. H.R. Kim, S.-H. Jang, Y.K. Kim, J.S. Son, B.K. Min, K.-H. Kim, and T.-Y. Kwon, Mater., 9: 596 (2016); https://doi.org/10.3390/ma9070596
  51. C.E. Savencu, L. Porojan, M. Bîrdeanu, A. Boloș, S. Porojan, A. Antoniac, and S. Gradinaru, Defect Diffus. Forum, 376: 1 (2017); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.376.1
  52. X. Dong, Y. Zhou, Q. Sun, Y.T. Qu, H.J. Shi, W.B. Liu, H.B. Peng, B. Zhang, S. Xu, J. Yan, and N. Li, Mater. Sci. Eng. A, 795: 140000 (2020); https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140000
  53. X. Xing, Q. Hu, Y. Liu, Y.H. Wang, and H. Cheng, J. Prosthetic Dentistry, 127: 497 (2022); https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2021.11.019
  54. G.B. Bang, J.H. Park, W.R. Kim, S.-K. Hyun, H.-K. Park, T. W. Lee, and H.G. Kim, Mater. Sci. Eng. A, 841: 143020 (2022); https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143020

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,