Analyse quantitative des propriétés mécaniques de fraises dentaires rotatives en NiTi et étude de la fabrication de larges microstructures par polymérisation induite à deux photons

par Chao Yuan Liu

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Patrice Baldeck et de Chow-Shing Shin.

Soutenue le 18-07-2014

à Grenoble en cotutelle avec National Taiwan University (Taipei) , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (équipe de recherche) et de Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (laboratoire) .

Le président du jury était Marc Joyeux.

Le jury était composé de Tien-Tung Chung, Chih-Lang Lin.

Les rapporteurs étaient Ming-Chuen Yip, Kevin Heggarty.


  • Résumé

    Un tiers des urgences dentaires et un pourcentage élevé de maux de dents sont endodontie liés. Instruments rotatifs utilisés dans le traitement endodontique peuvent se briser à l'intérieur du canal radiculaire en raison de la fatigue des matériaux. Une fois cassé, l'extraction de la partie fracturée du canal est un travail difficile et ennuyeux de le patient et le dentiste. Par conséquent, l'alerte d'une fracture imminente lors de l'utilisation clinique ou développer de bonnes stratégies pour augmenter ses propriétés mécaniques sera d'une grande aide pour éviter les complications médicales / juridique. La recherche est étudié à partir de deux parties. La première partie a établi une plate-forme de test standard, simulant plusieurs paramètres de canal, propose une série de stratégies visant à améliorer la vie de la fatigue et des propriétés mécaniques de matériaux. Aussi, un système de surveillance utilisant de réseaux de Bragg (FBG) capteurs a été tentée. la raison de l'utilisation de la glycémie à jeun est sa petite taille qui est très prometteur dans l'intégration avec la pièce à main de l'équipement endodontique. dans le travail actuel, en ramassant et en analysant l'onde de contrainte par transformée de Fourier rapide (FFT), nous peut révéler la variation d'énergie et la fréquence phénomène déplaçant dans certaines fréquences caractéristiques. on espère que, avec ces informations, nous pouvons éviter / atténuer la survenue de fracture inattendue. Comme pour l'essai de fatigue, les données ont montré que la résistance à la fatigue peut être améliorée certain traitement thermique ou à mouvement alternatif méthode de rotation appliqué. tel phénomène peut être étroitement liée à la composition de la phase en ni-Ti en alliage et la contrainte de traction maximale est réduite lorsque le mouvement alternatif appliqué. études ont montré que plus la teneur de la phase martensite dans l'aiguille, l'plus de vie à la fatigue peut être atteint. Cependant, il peut être nécessaire de prendre des compromis avec l'efficacité de coupe de l'aiguille. pour cette question, nous pouvons combiner le traitement cryogénique et traitement thermique pour obtenir une meilleure résistance à la fatigue sans compromettre son efficacité de coupe. La deuxième partie est de fabriquer haute résolution, grande taille de la nouvelle Type aiguilles d'endodontie en utilisant la polymérisation à deux photons (TTP) technique. Le travail se fait à l'université de Joseph-Fourier LiPhy laboratoire, France. Contrairement à la fabrication traditionnelle du PPT, qui avait une limitation de sa taille de produits en raison du faible pouvoir lase, taux de redoublement et piézo entraîné stade, nous utilisons résine Ormocer, 130 kHz, 1W puissant laser de 532 nm à l'étape motorisé étage XY pour fabriquer une grande 800 échafaud um cellulaire bio-compatible et 1.2 cm aiguille de hauteur. aussi, pour améliorer la qualité du produit de TPP, l'approche de correction de la puissance du laser avait été tentée. Pendant TPP fabrication, la forme de focalisation laser changé lorsque la surface de la fabrication a été déplacé dans la direction z. Cela se traduit par le fait que nous avons besoin de plus afin d'assurer la taille de voxel est identique à z différent. pour corriger ce défaut, un procédé pour la correction de la puissance du laser et de la formule pour la puissance de correction sont proposées. la formule est dérivé du concept de maintien de conditions d'exposition identiques.

  • Titre traduit

    The quantitative analysis of mechanical properties of rotative drilling needles made of Ni-Ti, study of large scale fabrication using two-photon induced polymerization


  • Résumé

    One third of dental emergencies and a high percentage of toothaches are endodontics related. Rotary instruments employed in endodontic treatment may break inside the root canal due to material fatigue. Once broken, extracting the fractured part from the canal is a difficult job and is annoying to both the patient and the dentist. Therefore, warning of an imminent fracture during clinical use or developing good strategies to increase its mechanical properties will be a great help to avoid medical/ legal complications. The research is studied from two parts. The first part established a standard testing platform, simulating several root canal parameters, proposing a series of strategies to improve the fatigue life and material's mechanical properties. Also, a monitoring system employing Fiber Bragg Grating (FBG) sensors has been attempted. The reason of using FBG is its small size which is very promising in integrating with the handpiece of the endodontic equipment. In the current work, by picking up and analyzing the stress wave through Fast Fourier Transform (FFT), we can reveal the energy variation and the frequency shifting phenomenon under some characteristic frequencies. It is hoped that with these information, we can avoid/alleviate the occurrence of unexpected fracture. As for the fatigue test, data showed that the fatigue life can be improved when certain heat treatment or reciprocating rotation method applied. Such phenomenon may be closely related to the phase composition in Ni-Ti Alloy and the maximum tension stress is decreased when reciprocating movement applied. Studies showed that the more content of martensite phase in the needle, the more fatigue life can be achieved. However, it may need to take compromise with needle's cutting efficiency. For this issue, we can combine cryogenic treatment and heat treatment to get better fatigue life without compromising with its cutting efficiency. The second part is to fabricate high resolution, large size of new type endodontic needles by employing two-photon polymerization (TTP) technique. The work is done in the university of Joseph-Fourier LiPhy lab, France. Unlike traditional TPP manufacturing, which had a limitation of its products size due to small lase power, repetition rate and piezo driven stage, we use Ormocer resin, 130 kHz, 1W powerful 532 nm laser with step motor driven X-Y stage to fabricate high bio-compatible 800 µm cell scaffold and 1.2 cm height needle. Also, to improve the product quality of TPP, the laser power correction approach had been attempted. During TPP fabrication, the laser focusing shape changed when the fabrication surface was moved up in z direction. This results in that we need more power to ensure the voxel size is the same at different z. To correct such defect, a method of the laser power correction and formula for the correcting power are proposed. The formula is derived from the concept of keeping exposure condition the same.


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