Statement of problem

Selective laser melting (SLM) additive manufacturing (AM) technology is a current option to fabricate cobalt-chromium (Co-Cr) metal frameworks for dental prostheses. However, the Co-Cr alloy composition, surface roughness, and ceramic bond strength values that SLM metals can obtain are not well-defined.

Purpose

The purpose of this in vitro study was to compare the chemical composition, surface roughness, and ceramic shear bond strength of the milled and SLM Co-Cr dental alloys.

Material and methods

A total of 50 disks of 5 mm in diameter and 1 mm in thickness were fabricated by using subtractive (control group) and AM with each of following SLM providers: SLM-1 (EOS), SLM-2 (3D systems), and SLM-3 (Concept Laser). The milled disks were airborne-particle abraded with 100-μm aluminum oxide particles. All the specimens were cleaned before surface roughness (Ra), weight (Wt%), and atomic (At%) percentages were analyzed. Three-dimensional profilometry was used to analyze the topographical properties of the surface parameters Ra (mean surface roughness). The chemical composition of Co-Cr alloy specimens was determined by using energy dispersive X-ray (EDAX) elemental analysis in a scanning electron microscope (SEM). Thereafter, the specimens were bonded to a ceramic (Dentine A3 and Enamel S-59; Creation CC) interface. Specimens were stored for 24 hours at 23 °C. The bond strength of the SLM-ceramic interface was measured by using the macroshear test (SBT) method (n=10). Adhesion tests were performed in a universal testing machine (1 mm/min). The Shapiro-Wilk test revealed that the chemical composition data were not normally distributed. Therefore, the atomic (At%) and weight percentages (Wt%) were analyzed by using the Kruskal-Wallis test, followed by pairwise Mann-Whitney U tests between the control and AM groups (AM-1 to AM-4). However, the Shapiro-Wilk test revealed that the surface roughness (Ra) and ceramic bond strength data were normally distributed. Therefore, data were analyzed by using 1-way ANOVA, followed by the post hoc Sidak test (α=.05).

Results

Significant differences were obtained in Wt%, At%, and Ra values among the Co-Cr alloys evaluated (P<.05). Furthermore, the control group revealed significantly lower mean ±standard deviation Ra values (0.79 ±0.11 μm), followed by AM-3 (1.57 ±0.15 μm), AM-2 (1.80 ±0.43 μm), AM-1 (2.43 ±0.34 μm), and AM-4 (2.84 ±0.27 μm). However, no significant differences were obtained in the metal-ceramic shear bond strength among the different groups evaluated, ranging from mean ±standard deviation 75.77 ±11.92 MPa to 83.65 ±12.21 MPa.

Conclusions

Co-Cr dental alloys demonstrated a significant difference in their chemical compositions. Subtractive and additive manufacturing procedures demonstrated a significant influence on the surface roughness of the Co-Cr alloy specimens. However, the metal-ceramic shear bond strength of Co-Cr alloys was found to be independent of the manufacturing process.

中文翻译：

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增材制造的钴铬牙科合金的化学成分，表面粗糙度和陶瓷结合强度

问题陈述

选择性激光熔融（SLM）增材制造（AM）技术是制造用于牙科假体的钴铬（Co-Cr）金属框架的当前选择。但是，SLM金属可获得的Co-Cr合金成分，表面粗糙度和陶瓷结合强度值尚不明确。

目的

这项体外研究的目的是比较研磨和SLM Co-Cr牙科合金的化学成分，表面粗糙度和陶瓷剪切粘结强度。

材料与方法

通过使用减法（对照组）和AM与以下每个SLM提供程序一起制造了总共50个直径5毫米，厚度1毫米的磁盘：SLM-1（EOS），SLM-2（3D系统）和SLM -3（概念激光）。将研磨过的圆盘用100-μm氧化铝颗粒在空气中进行颗粒研磨。在分析表面粗糙度（Ra），重量（Wt％）和原子（At％）百分比之前，清洁所有样品。三维轮廓仪用于分析表面参数Ra（平均表面粗糙度）的形貌特性。通过在扫描电子显微镜（SEM）中使用能量色散X射线（EDAX）元素分析来确定Co-Cr合金样品的化学成分。之后，将样品粘结到陶瓷（Dentine A3和Enamel S-59； Creation CC）界面上。标本在23°C下保存24小时。通过使用大剪切试验（SBT）方法（n = 10）测量SLM-陶瓷界面的结合强度。粘合力测试是在通用测试机（1毫米/分钟）中进行的。Shapiro-Wilk测试表明化学成分数据不是正态分布。因此，通过使用Kruskal-Wallis检验，然后在对照组和AM组（AM-1至AM-4）之间进行成对的Mann-Whitney U检验，分析了原子（At％）和重量百分比（Wt％）。但是，Shapiro-Wilk测试表明表面粗糙度（Ra）和陶瓷结合强度数据呈正态分布。因此，使用1向ANOVA分析数据，然后进行事后Sidak检验（α= .05）。通过使用大剪切试验（SBT）方法（n = 10）测量SLM-陶瓷界面的结合强度。粘合力测试是在通用测试机（1毫米/分钟）中进行的。Shapiro-Wilk测试表明化学成分数据不是正态分布。因此，通过使用Kruskal-Wallis检验，然后在对照组和AM组（AM-1至AM-4）之间进行成对的Mann-Whitney U检验，分析了原子（At％）和重量百分比（Wt％）。但是，Shapiro-Wilk测试表明表面粗糙度（Ra）和陶瓷结合强度数据呈正态分布。因此，使用1向ANOVA分析数据，然后进行事后Sidak检验（α= .05）。通过使用大剪切试验（SBT）方法（n = 10）测量SLM-陶瓷界面的结合强度。粘合力测试是在通用测试机（1毫米/分钟）中进行的。Shapiro-Wilk测试表明化学成分数据不是正态分布。因此，通过使用Kruskal-Wallis检验，然后在对照组和AM组（AM-1至AM-4）之间进行成对的Mann-Whitney U检验，分析了原子（At％）和重量百分比（Wt％）。但是，Shapiro-Wilk测试表明表面粗糙度（Ra）和陶瓷结合强度数据呈正态分布。因此，使用1向ANOVA分析数据，然后进行事后Sidak检验（α= .05）。Shapiro-Wilk测试表明化学成分数据不是正态分布。因此，通过使用Kruskal-Wallis检验，然后在对照组和AM组（AM-1至AM-4）之间进行成对的Mann-Whitney U检验，分析了原子（At％）和重量百分比（Wt％）。但是，Shapiro-Wilk测试表明表面粗糙度（Ra）和陶瓷结合强度数据呈正态分布。因此，使用1向ANOVA分析数据，然后进行事后Sidak检验（α= .05）。Shapiro-Wilk测试表明化学成分数据不是正态分布。因此，通过使用Kruskal-Wallis检验，然后在对照组和AM组（AM-1至AM-4）之间进行成对的Mann-Whitney U检验，分析了原子（At％）和重量百分比（Wt％）。但是，Shapiro-Wilk测试表明表面粗糙度（Ra）和陶瓷结合强度数据呈正态分布。因此，使用1向ANOVA分析数据，然后进行事后Sidak检验（α= .05）。Shapiro-Wilk试验表明，表面粗糙度（Ra）和陶瓷结合强度数据呈正态分布。因此，使用1向ANOVA分析数据，然后进行事后Sidak检验（α= .05）。Shapiro-Wilk试验表明，表面粗糙度（Ra）和陶瓷结合强度数据呈正态分布。因此，使用1向ANOVA分析数据，然后进行事后Sidak检验（α= .05）。

结果

在所评估的Co-Cr合金中，Wt％，At％和Ra值存在显着差异（P <.05）。此外，对照组的平均±标准偏差Ra值（0.79±0.11μm）显着降低，其次是AM-3（1.57±0.15μm），AM-2（1.80±0.43μm），AM-1（2.43±0.34） μm）和AM-4（2.84±0.27μm）。但是，在评估的不同组之间，金属陶瓷剪切粘结强度没有发现显着差异，范围从平均值±标准偏差75.77±11.92 MPa到83.65±12.21 MPa。

结论

Co-Cr牙科合金在化学成分上显示出显着差异。减法和增材制造程序证明对Co-Cr合金试样的表面粗糙度有重大影响。然而，发现钴铬合金的金属-陶瓷剪切结合强度与制造工艺无关。