مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهینه سازی سنگ زنی زیرکونیای پایدار شده جهت تولید ایمپلنت دندان

نویسندگان
ُسید جواد اعرج خدایی 1
فرشاد برازنده 2
مهدی رضاعی 3
حامد ادیبی 2
احمد سرهان 4
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، تهران، ایران
2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، تهران
3 استاد عضو هیات علمی دانشگاه امیر کبیر
4 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه نفت و مواد کینگ فهد، دوران، عربستان صعودی
چکیده
به دلیل برخی از مشکلات در ایمپلنت‌های دندانی در سال‌های اخیر تمایل به استفاده از سرامیک زیرکونیا بجای تیتانیوم ایجاد شده است. از اصلی‌ترین مشکلات در استفاده از تیتانیوم می‌توان به ایجاد حاشیه و سایه سیاه (نازیبایی)، رسانایی حرارتی و حساسیت اشاره کرد. به دلیل سختی و تردی بسیار بالای زیرکونیا، جهت دستیابی به دقت-های ابعادی و هندسی، استفاده از فرایند سنگ‌زنی اجتناب ‌ناپذیر است. در این پژوهش بررسی جامعی بر تأثیر پارامترهای سنگ‌زنی بر زبری سطح، هزینه سنگ‌زنی و تغییر ریزساختار انجام شد. ملاحظه شد افزایش عمق براده و سرعت پیشروی منجر به افزایش تغییر ریزساختار از تتراگونال به مونوکلینیک می‌گردد. . همچنین ملاحظه شد که استفاده از چرخ سنگ‌های با باند رزین بجای چرخ سنگ‌های با باند فلزی، به‌طور متوسط منجر به 8% زبری سطح کمتر می‌شود و استفاده از چرخ سنگ‌ با چگالی ذره ساینده بیشتر منجر به کاهش زبری سطح می‌گردد. معادله ریاضی بین پارامترهای ورودی و خروجی به کمک روش رویه پاسخ به وجود آمد که مقدار ضریب تعیین بزرگ‌تر از 0.9، بیانگر انطباق مناسب مدل ریاضی با داده‌ها می‌باشد. امکان کنترل زبری سطح و ریزساختار زیرکونیا توسط پارامترهای سنگ‌زنی و مشخصات چرخ سنگ وجود دارد و استفاده از چرخ سنگ‌ با چگالی ذره ساینده بیشتر و ذره ساینده بزرگ‌تر، منجر به کاهش هزینه سنگ‌زنی می‌شود.
کلیدواژه‌ها
ایمپلنت دندان
زیرکونیا
سنگ‌زنی
زبری سطح
هزینه سنگ‌زنی

موضوعات

عنوان مقاله English

Optimization of Grinding partially stabilized zirconia (PSZ) for dental Implant application

نویسندگان English

Seied Javad Aaraj Khodaii 1
Farshad Barazandeh 2
Hamed Adibi 2
Ahmed Sarhan 4
1 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
4 Mechanical Engineering Department, King Fahd University of Petroleum and Minerals, Dhahran 31261, Saudi Arabia
چکیده English

Titanium is currently widely used as dental implant, but it may cause allergic problems. For this reason, the use of partially stabilized zirconia (PSZ) in dental applications has increased in recent years. Because of extreme hardness and brittleness of ceramic (PSZ) and in order to achieve dimensional and geometrical accuracy, grinding is necessary. In this research, a comprehensive study was carried out to investigate the effect of the grinding parameters of PSZ on surface roughness, grinding cost and PSZ phase transformation. It was observed that, increasing both depth of cut and feed rate results in an increase on tetragonal to monoclinic phase transformation. It was also observed that using a metal bond grinding wheel with higher concentration and larger abrasive size results in lower grinding cost. It was observed that using resin bond grinding wheels instead of metal bond grinding wheels, results in average 8% lower surface roughness. However, an increase in grinding wheel concentration results in a decrease in the surface roughness. Response surface method (RSM) was used to find an optimum condition and create a mathematical model between inputs and outputs and it was shown that the average R-square of the model was more than 0.90. PSZ microstructure and surface roughness could be controlled by controlling the grinding parameters. Using a metal bond grinding wheel with higher concentration and larger abrasive size results in lower grinding cost.

کلیدواژه‌ها English

Implant
Zirconia
Grinding
Surface roughness
grinding cost
[1] S. Malkin, G. Changsheng, Grinding technology: theory and application of machining with abrasives. pp. 1-9, Industrial Press Inc., 2008.
[2] W. M. Zeng, et al., Experimental observation of tool wear in rotary ultrasonic machining of advanced ceramics, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 45, No. 12, pp. 1468-1473, 2005.
[3] H. Huang, Y. C. Liu. Experimental investigations of machining characteristics and removal mechanisms of advanced ceramics in high speed deep grinding, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 43, No. 8, pp. 811-823, 2003.
[4] J. Kopac, P. Krajnik. High-performance grinding a review, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 175, No. 1, pp. 278-284, 2006.
[5] C. Sikalidis, Advances in Ceramics: Electric and Magnetic Ceramics, Bioceramics, Ceramics and Environment. pp. 397-420, InTech, 2011
[6] R. Giordano, et al., Machinable Zirconia, A study on the building blocks of restorative dentistry, Inside Dental Technology, Vol. 3, No. 3, 2012.
[7] S. Saridag, T. Onjen, A. Gamze, Basic properties and types of zirconia: An overview. World J Stomatol, Vol. 20, No. 3, pp. 40-47, 2013
[8] N. Nik, Bone tissue reactions to dental implants, Journal of Dental Medicine, VOl. 7, No. 2, pp. 55-65, 1994.
[9] S. Nikzad, et al., Current status of zirconia in dentistry; an overview, Journal of Dental Medicine, Vol. 27, No. 3, pp.223-232, 2014.
[10] M. N. Aboushelib, et al., Influence of surface nano-roughness on osseointegration of zirconia implants in rabbit femur heads using selective infiltration etching technique, Journal of Oral Implantology, Vol. 39, No. 5, pp. 583-590, 2013.
[11] A. Ahmadzadeh, A. H. Ashtiani, S. Epakchi, M. Pormehdi, A. Neshati, F. Golmohamadi, N. Mousavi, Comparison of the Effect of Feldspathic Porcelain and Zirconia on Natural Tooth Wear, Journal of Islamic Dental Association of IRAN, Vol. 26, No. 3, pp. 170-176, 2014 ‎(in Persianفارسی )
[12] N. Igawa, I. Yoshinobu, Crystal structure of metastable tetragonal zirconia up to 1473 K, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 84, No. 5, pp. 1169-1171, 2001.
[13] A. Mariano, Polack, Encyclopedia of Biomaterials and Biomedical Engineering, Second Edition, pp. 3104-3110, Taylor and Francis: New York, 2014.
[14] R. C. Garvie, R. H. Hannink, and R. T. Pascoe. Ceramic steel?, Nature, Vol. 258, pp. 703-704, 1975.
[15] J. S. Reed, A. M. Lejus, Affect of grinding and polishing on near-surface phase transformations in zirconia, Materials Research Bulletin, Vol. 12, No. 10, pp. 949-954, 1977.
[16] X. Hockin, S. Jahanmir, L. K. Ives, Effect of grinding on strength of tetragonal zirconia and zirconia-toughened alumina, Machining Science and Technology, Vol. 1, No.1, pp. 49-66, 1997.
[17] J. Chen, et al., Grinding characteristics in high speed grinding of engineering ceramics with brazed diamond wheels, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 210, No. 6, pp. 899-906, 2010.
[18] P. Anand, N. Arunachalam, L. Vijayaraghavan. Grinding Behavior of Yttrium Partially Stabilized Zirconia Using Diamond Grinding Wheel, Advanced Materials Research, Vol. 1136, pp. 15-20, 2016.
[19] M. N. Aboushelib, et al., Influence of surface nano-roughness on osseointegration of zirconia implants in rabbit femur heads using selective infiltration etching technique, Journal of Oral Implantology, Vol. 39, No. 5, pp. 583-590, 2013.
[20] L. Guéhennec, et al., Surface treatments of titanium dental implants for rapid osseointegration, Dental materials, Vol. 23, NO. 7, pp. 844-854, 2007.
[21] M. Wong, et al., Effect of surface topology on the osseointegration of implant materials in trabecular bone, Journal of Biomedical Materials Research Part A, Vol. 29, No. 12, pp. 1567-1575, 1995.
[22] L. Shengyi, Z. Wang, Y. Wu, Relationship between subsurface damage and surface roughness of optical materials in grinding and lapping processes, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 205, No. 1, pp. 34-41, 2008.
[23] A. Esmaeilzare, A. Rahimi, and S. M. Rezaei, Investigation of subsurface damages and surface roughness in grinding process of
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 7
آبان 1397
صفحه 187-194