Kwaliteitscontrole van lassen in tandprotheses Julien De Nys

Julien De Nys

Kwaliteitscontrole van lassen in tandprotheses

Academiejaar 2008-2009Faculteit Ingenieurswetenschappen

Voorzitter: prof. dr. Guy De PauwVakgroep Tandheelkunde

Voorzitter: prof. dr. ir. Patrick De BaetsVakgroep Mechanische constructie en productie

Master in de ingenieurswetenschappen: werktuigkunde-elektrotechniekMasterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van

Begeleider: Stefan VandeweghePromotoren: prof. dr. ir. Wim De Waele, prof. Hugo De Bruyn

Deze pagina is niet beschikbaar omdat ze persoonsgegevens bevat.Universiteitsbibliotheek Gent, 2021.

This page is not available because it contains personal information.Ghent University, Library, 2021.

Overzicht

Het doel van deze thesis is te onderzoeken hoe we de kwaliteit van gelaste tandprothesen

kunnen controleren. De auteur heeft hiervoor eerst en vooral, in hoofdstuk 1, bespro-

ken wat tandprothesen zijn en hoe ze opgebouwd zijn. Voor deze thesis spitsen we ons

meer specifiek toe op het cresco-systeem. Men werkt hier met een laserlasproces en als

materiaal wordt titanium aanbevolen. We behandelen de eigenschappen van titanium en

bespreken het cresco-systeem meer in detail. Daarna wordt er gekeken wat er in de lite-

ratuur kan gevonden worden omtrent tandbelastingen, sterktes van tandprothesen en het

cresco-systeem.

Hoofdstuk 2 gaat specifiek over het lassen van titanium en de maatregelen die we hierbij

moeten nemen. Het afschermen van de las tijdens het lassen en de verchillende mogelijke

lasprocessen worden behandeld. Het laserlassen lichten we iets meer in detail toe omdat

dit lasproces bij het cresco-systeem gebruikt wordt.

Hierna worden in hoofdstuk 3 de mogelijke lasfouten die kunnen optreden besproken. We

maken een onderscheid tussen algemene lasfouten en lasfouten eigen aan titanium. De

hoofdstukken 4 en 5 gaan respectievelijk over de niet-destructieve en destructieve testen

die voor het onderzoeken van de laskwaliteit en het opsporen van fouten kunnen gebruikt

worden. Bij het niet-destructief onderzoek wordt kort enige praktijkervaring met pene-

tranten testen en CT-scans aangehaald.

Ten slotte geeft hoofdstuk 6 een voorstel voor een kwaliteitsborgingsprocedure; deze pro-

cedure is gebaseerd op de kennis die voortvloeit uit de voorgaande hoofdstukken en op

normen over titanium en klassieke smeltlasprocessen. De kwaliteitsborgingsprocedure is

een praktische richtlijn voor kwaliteitsonderzoek van lasergelaste, titanium tandprothesen.

We zijn met andere woorden vertrokken van een breed onderwerp, om te eindigen bij een

zeer specifiek eindresultaat.

De doelstellingen van deze thesis zijn grotendeels bereikt, alleen is er onvoldoende experi-

menteel onderzoek die de kwaliteitsborginsprocedure ondersteunt. Dit wordt aangekaart

in het besluit van deze thesis.

iii

Quality control of welds in dental restorationsJulien De Nys

Supervisor(s): prof. dr. ir. Wim De Waele, prof. Hugo De Bruyn

Abstract—In this thesis an extensive study was performed concerning allthe aspects of the cresco system, (laser) welding titanium and destructiveand non-destructive evaluation methods. The result is a proposition for aninspection method for quality control of welds in dental restorations.

Keywords—Laser, weld, Cresco, quality, NDT, Computed Tomography.

I. INTRODUCTION

ASTRA Tech Dental developed a new method for implantsupported dental restorations: the cresco Ti precision

method. With this method we can create abutment-free, cast tita-nium (other alloys, such as precious metal or cobalt-chromium,can also be used) superstructures with passive fit. Even whenthe implants are positioned under extremely different angula-tions, no abutments are needed.The cresco system has an important new feature. Misfits in thecast framework (due to distortion in the cooling phase or im-proper handling at the laboratory) can be corrected directly afterthe casting procedure (even for titanium). Standard bridge sup-ports and the casted framework are placed in a computerizedmilling machine. Each framework leg is then cut to a predefinedhorizontal level; the bridge support is cut at a horizontal levelautomatically calculated by the machine in order to maintain theoriginal framework height (figure 1). The parallel-cut surfaces

Fig. 1. Cutting framework and bridge supports . [1]

are assembled by laser welding, resulting in an abutment-free,passively fitting framework.The quality of these welds has never been examined; the goal ofthis thesis is to make a proposition for an inspection procedure.

II. WELDING TITANIUM

In order to be able to make a proper quality inspection proce-dure it is useful to know which welding processes are possibleand what their specific drawbacks are. The possible weld pro-cesses for titanium are discussed; distinction is made betweenprocesses where filler materials are needed and those processesthat can be used without them. Laser welding is discussed morein detail, because this is the process used in the cresco system.Besides studying the possible welding methods, it is useful to

J. De Nys is with the Mechanical Engineering Department, Ghent University(UGent), Gent, Belgium. E-mail: [email protected] .

know which types of weld flaws are possible. An overview isgiven of all possible weld flaws; flaws characteristic for wel-ding titanium are handled separately. Titanium is a part of thegroup reactive metal, so it reacts very easily with gases like oxy-gen, nitrogen or carbides. Therefore measurements have to betaken to avoid contamination of the weld (which causes embrit-tlement). Welding of titanium has to be executed under an inertgas atmosphere.Most studies (for example [2], [3], [4]) point out porosities asthe biggest problem of laser welding. Porosities decrease thecross section of the weld, therefore the loading (static loading)capacity of the welded joint is decreased. Under dynamic load-ing the instant crack advance into the porosity is compensatedby the high plasticity around the porosity and the notch blunt-ing by the porosity. Welds with porosities are thus weaker understatic than under dynamic loading.

III. TESTING

The quality of the laser welds will have to be tested destruc-tively and non-destructively. The main goal of non-destructivetests is the detection of flaws.

A. Flaw detection

Eddy current tests, penetrant testing, radiography (classic andCT) and ultrasonic testing are studied. We can conclude thatfor the size of specimens we work with, CT-scans give the bestresult (in the matter of resolutions). Penetrant testing and CThave been evaluated experimentally. Figure 2 gives an exampleof the possibilities with this detection method; on the left is theoriginal piece and on the right is a detail of a section from one ofthe welds. It is clear that there are porosities present in the weld

Fig. 2. Original part and close up section weld .

(marked with the red arrows). One of the goals of the qualityinspection procedure is to determine whether or not these flawsare acceptable.

iv

B. Destructive tests

We distinguish four types of destructive tests: tensile test,bend test, micro hardness test and macro examination. Ten-sile tests are executed to determine strength and failure mode.Bend testing will give more information about the ductility ofthe weld and the impact hereon of existing surface flaws. Microhardness tests give us more information about the hardness inthe weld, the heat affected zone (HAZ) and the base material.Macro examination will supply information about the geometryand the microstructure of the weld and its surroundings, embed-ded flaws will also be exposed.

IV. RESULT

The result of this thesis is a proposition for a quality inspec-tion procedure. This procedure is made based on several stan-dards (for example [5], [6], [7], [8]). The procedure includes:preliminary welding procedure, test specimens, welder qualifi-cation and quality inspection.

A. Preliminary Welding Procedure Specification (pWPS)

The pWPS contains information about the materials thatshould be used, the dimensions of the work piece, the form ofthe weld seam, the weld preparations, welding parameters andthe shielding gas that should be used. This information is aguideline for welding dental restorations with a laser; if thesespecifications are not followed it can not be guaranteed that theacceptance criteria will be fulfilled.

B. Test specimens

In order to test weld properties as close as possible to practice,two types of test specimens are suggested (figure 3). Type A

Fig. 3. Test specimens .

specimen imitates regular practice, while type B specimen rep-

resents the connections that are difficult to weld (specimen sizesare based on the dimensions of dental restorations [9], [10]).

C. Welder Qualification

All test specimens that are tested should be made by a qual-ified welder (who possesses a welding certificate). The spe-cifications for obtaining a welding certificate are stated in thissection.

D. Quality inspection

The quality inspection includes the testing techniques to beused and the criteria that should be met are listed in this sec-tion. It may be clear that all non-destructive testing should becarried out before the destructive tests. This section contains thefollowing parts:• Visual inspection and penetrant testing: detection of surfaceflaws.• CT-scan: detection of imbedded flaws.• Tensile test: determination of the strength.• Bend test: gives extra information about ductility and flaws inthe weld.• Micro hardness test: determine hardness in weld, HAZ andbase metal.• Macro test: gives more information about the microstructureof the weld.Based on these test results, in comparison with the acceptancecriteria, the weld is accepted or not.

V. CONCLUSION

It is important to notice that this quality inspection procedureis put up without any practical experience and without any ex-periments being carried out, but only based on the informationobtained out of standards and other literature. Further researchand experiments should determine whether or not the mentionedvalues are acceptable.

REFERENCES

REFERENCES

[1] Astra Tech, “http://www.astratechdental.nl/main.aspx/item/461491/navt/67427/navl/67464/nava/67465: cresco workflow,” —2008—.

[2] J.Liu, I.Watanabe, K.Yoshida, and M.Atsuta, “Joint strength of laser-welded titanium,” Dental Materials, vol. 18, no. 2, pp. 143–148,—2002—.

[3] V.I.Murav’ev, “Problems of pore formation in welded joints of tita-nium alloys,” Metal Science and Heat Treatment, vol. 47, no. 7-8, pp.282–288, —2005—.

[4] G.Davik E.Berg, W.C.Wagner and E.R.Dootz, “Mechanical-properties of laser-welded cast and wrought titanium,” Journal ofProsthetic Dentistry, vol. 74, no. 3, pp. 250–257, —1995—.

[5] CEN, “Welding - fusion-welded joints in steel, nickel, titanium andtheir alloys (beam welding excluded) - quality levels for imperfec-tions,” —2007—.

[6] CEN, “Het beschrijven en kwalificeren van lasprocedures voor met-allische materialen - deel 3: Lasmethodebeproeving voor het boo-glassen van staal,” —1997—.

[7] CEN, “Specification and qualification of welding procedures formetallic materials - welding procedure test - part 5: arc weldingof titanium, zirconium and their alloys (iso/fdis 15614-5:2002),”—2002—.

[8] DIN, “Welding-guidelines for a metallic material grouping system(iso/tr 15608rev:2004),” Tech. Rep., —2004—.

[9] cresco-vertegenwoordiger H.Wilminck, “Dikte brugondersteuning,”—2009—.

[10] A. De Boever, tandarts, “afstand tussen implantaten,” —2009—.

v

Inhoudsopgave

Voorwoord ii

Overzicht iii

Extended abstract iv

Inhoudsopgave vi

Lijst van figuren xi

Lijst van tabellen xiv

1 Tandprothesen: het Cresco-systeem 1

1.1 Tandprothesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Titanium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3 Cresco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4 Voorgaande studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.4.1 Tandbelasting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.4.2 Sterkte tandprothesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4.3 Cresco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.4.4 Besluit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2 Lassen van titanium 22

2.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.2 Afscherming las [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.2.1 Doorstroomkamer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2.2 Vacuumkamer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2.3 Afschermingsgas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3 Lasprocessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.3.1 Lasprocessen met toevoegmateriaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

vi

Inhoudsopgave

TIG-lassen [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

MIG/MAG-lassen [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Solderen [4] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.3.2 Lasprocessen zonder toevoegmateriaal . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Plasmalassen [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Elektronenbundellassen [5] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Laserlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.4 Vergelijking verschillende lasprocessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3 Lasfouten 38

3.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.2 Algemene lasfouten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.2.1 Onvoldoende doorlassing of onvoldoende inbranding . . . . . . . . . 38

3.2.2 Bindingsfouten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.2.3 Slakinsluiting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.2.4 Geometrie van de las . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Overtollig lasmateriaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Ondersnijding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Koude overlapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Verkeerde uitlijning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Niet vol gelaste naad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Te zware doorlassing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Slinkholte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.3 Lasfouten eigen aan titanium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.3.1 Porositeiten [6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.3.2 Contaminatiescheuren [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.3.3 Waterstofverbrossing [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.3.4 Ductiliteitsdip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4 Niet Desctructief Onderzoek 53

4.1 Foutdetectie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.1.1 Visuele inspectie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.1.2 Penetranten test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

4.1.3 Radiografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Klassieke Radiografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Computed Tomography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.1.4 Akoestische testen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

vii

Inhoudsopgave

4.1.5 Eddy Current test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.1.6 Ultrasone testen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.1.7 Resoluties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.1.8 Praktijkervaring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Penetranten test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Computed Tomogragraphy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.2 Technieken gebaseerd op vervorming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.2.1 Rekstrookmetingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

4.2.2 Speckle interferometry en digital image correlation . . . . . . . . . . 74

Electronic Speckle Pattern Interferometry [7] . . . . . . . . . . . . . 74

Digital Image Correlation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Vergelijking van beide methodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.2.3 Thermografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

5 Destructieve testen 79

5.1 Trekproef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.2 Buigproef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.3 Microhardheidsmeting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.4 Macro-onderzoek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

6 Kwaliteitsborging 88

6.1 Doelstelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

6.2 Voorlopige lasprocedure specificatie (pWPS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

6.2.1 Fabrikant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

6.2.2 Basismateriaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.2.3 Dimensies materiaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.2.4 Lasnaadvorm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.2.5 Oplassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.2.6 Lasvoorbereiding [8, 1, 9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

6.2.7 Lasparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

6.2.8 Afschermingsgas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

6.3 Proefstukken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

6.4 Kwalificatie lasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.5 Kwaliteitscontrole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.5.1 Testen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Trekproef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Buigproef [10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

viii

Inhoudsopgave

6.5.2 Hardheidsmeting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6.5.3 Macro-onderzoek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

6.6 Aanvaardbaarheidscriteria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.6.1 Trekproef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.6.2 Buigproef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.6.3 Hardheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

6.6.4 Macro en CT-scan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Oppervlaktefouten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Interne fouten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Verkeerde uitlijning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Meerdere fouten samen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Tekens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

7 Besluit 103

7.1 Laserlassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

7.2 Materiaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

7.3 Kwaliteitsborging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

A Cresco 107

A.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

A.2 De afdrukprocedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

A.3 De creatie van het mastermodel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

A.4 Creatie van het frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

A.5 Het gieten van de brugondersteuning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

A.6 Overbrenging van de plaatsverbanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

A.7 Het afstelproces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

A.8 Afwerking van het frame . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

A.9 Passing van het framewerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123

A.10 Afwerking van de restauratie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

A.11 Uiteindelijke restauratie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

B Verklarende woorden 127

B.1 Articulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

B.2 Benaming tanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

B.3 Capillariteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

B.4 Cementeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

B.5 Dauwpunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

B.6 Keyhole lassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

ix

Inhoudsopgave

B.7 Monochromatisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

B.8 Passieve passing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

B.9 Orientatie in de mond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

B.10 Osseointegratie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

B.11 Plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Bibliografie 133

x

Lijst van figuren

1.1 Een voorbeeld van een standaard implantaat [11]. . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Enkele voorbeelden van abutments [12]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.3 Werkwijze met abutments [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4 Werkwijze zonder abutments [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5 Proces gefreesde stukken [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.6 Links de hdp structuur en rechts de krg structuur [13]. . . . . . . . . . . . . 6

1.7 Fasediagram titanium gelegeerd met aluminium [14]. . . . . . . . . . . . . . 6

1.8 Opeenvolgende stappen in het werkproces [15]. . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.9 Gebruikte proefopstelling [16]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.10 Gebruikte proefopstelling [17]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.11 Ductiele breuk [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.12 Brosse breuk [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.13 De eindige elementen modellen [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.14 Detail opname [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.15 Verdeling spanning in las. [18] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.16 Kritische belastingswijze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.1 Links de doorstroomkamer [19] en rechts de vacuumkamer [20]. . . . . . . . 23

2.2 Het effect van het dauwpunt op de functionaliteit van het afschermingsgas

[1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.3 Afscherming tijdens het TIG-lassen [21]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.4 Het MIG-lassen [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.5 Warmtebronnen, van links naar rechts: toorts, oven, inductiespoel en infra-

rood straling [4]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.6 Het plasmalassen [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.7 Opstellling voor het elektronenbundellassen [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.8 Werkingsprincipe laser [22]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.9 Meervoudige absorptie bij keyholes . [22] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

xi

Lijst van figuren

2.10 Uitleg berekening maximale hoek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.11 De verschillende breukoppervlakken bekeken onder de electronenmicroscoop

[23]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.1 Voorkomen onvoldoende doorlassing en onvoldoende inbranding [3]. . . . . . 39

3.2 Links: onvoldoende samensmelting lasmetaal met naadflanken.

Rechts: onvoldoende samensmelting lasmetaal met vorige laspas [3]. . . . . 40

3.3 Voorkomen slakinsluitsels [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.4 Overtollig lasmateriaal [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.5 Ondersnijding aan lasoppervlak en wortel [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.6 Koude overlap aan het lasoppervlak [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.7 Een verkeerde uitlijning [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.8 Niet vol gelaste naad [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

3.9 Een te zware doorlassing [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.10 Een te zware doorlassing [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.11 Grootte mogelijke porositeiten [24]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.12 Links: Porositeiten in de fusiezone van de las.

Rechts: uitvergroting van een porositeit [6]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.13 Gefreesd oppervlak voor het lassen, rechts de uitvergroting hiervan [6]. . . . 48

3.14 Stuk dat met de laser gesneden werd en vervolgens gelast werd, rechts de

uitvergroting ervan [6]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

3.15 Kleurschakering bij toenemende contaminatie van 1 tot 8 [8]. . . . . . . . . 50

3.16 Scheur ten gevolge van waterstofverbrossing en het voortplantingsmecha-

nisme van waterstof in de scheur [1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.17 Ductiliteit in functie van de transitietemperatuur [1]. . . . . . . . . . . . . . 52

4.1 Voorbeeld penetranten onderzoek (rechts het resultaat) [25]. . . . . . . . . . 55

4.2 Werking rontgenbuis [26]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.3 Voorkomen porositeiten op scan. [27] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.4 Voorkomen onvoldoende penetratie op scan. [27] . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.5 Proefopstelling voor CT-scan [27]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.6 Uitleg overlapping scans. [27] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.7 Opbouw driedimensionaal object [27]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.8 Akoestische testmethode [28]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

4.9 Werkingsprincipe eddy current. [29] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4.10 Basisprincipe ultrasoon onderzoek [30]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

4.11 Bestraling onder een hoek [30]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

xii

Lijst van figuren

4.12 Verklaring gebruikte symbolen [31]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.13 Beproefd stuk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.14 Proefstuk onder fluorescente vloeistof en na ontwikkeling. . . . . . . . . . . 68

4.15 Detailopname mogelijke scheur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

4.16 Reconstructie oorspronkelijk stuk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.17 Doorsnede volledig stuk. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

4.18 Opeenvolgende snedes las. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.19 CT-scan implantaat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

4.20 Origineel en detailopname las van prothese uit spaarlegering. . . . . . . . . 72

4.21 Grootte rekstrookje [32]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.22 Voorbeeld rekstrookje [33]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.23 Werkingsprincipe van ESPI [7]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

4.24 Verglelijking ESPI met rekstrookjes [7]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.25 Het vastleggen van vorm en positie in een assenstelsel [7]. . . . . . . . . . . 77

4.26 Praktische meetgebieden voor verplaatsing en rek voor ESPI en DIC [7]. . . 77

5.1 Voorbeeld trekproef. [34] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

5.2 Voorbeeld extensometer [35]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

5.3 Voorbeeld resultaat trekproef [36]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

5.4 Verschil ware en ingenieurs trek-rek curve [36]. . . . . . . . . . . . . . . . . 81

5.5 Typisch vorm proefstuk voor en na buiging [37]. . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.6 Mogelijke manieren voor buigproeven uit te voeren [38]. . . . . . . . . . . . 82

5.7 Verschil buigstukken [38]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

5.8 Voorbeeld opstelling voor buigen volledige buizen [39]. . . . . . . . . . . . . 84

5.9 Vickers hardheidstesten [3, 40]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.10 Hardheidsmeting over een las [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.11 Voorbeeld van een macro-onderzoek van een T-lasverbinding [41]. . . . . . . 87

6.1 Voorbeeld invulfiche [42]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

6.2 Stompe las. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

6.3 Proefstukken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

6.4 Plaatsen hardheidsmetingen [42]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

B.1 De articulator [43]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

B.2 Schematisch weergave benaming tanden [44]. . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

B.3 Voorbeeld van capillariteit [45]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

B.4 Schematisch weergave key hole lassen [46]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

B.5 Het occlusaal vlak [47]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

xiii

Lijst van tabellen

1.1 Meest voorkomende materialen gebruikt voor tandprothesen [48]. . . . . . . 5

1.2 Klasses van titanium [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Onderverdeling titanium volgens CEN ISO/TR 15608rev: 2004(E) [49]. . . 8

1.4 De opgemeten waarden [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.5 Gebruikte eigenschappen voor FEM [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

1.6 Resultaten FEM-analyse eerste model. [18] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.7 Resultaten FEM-analyse tweede model. [18] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.1 Rangschikking treksterkte en absolute verlenging [23]. . . . . . . . . . . . . 36

4.1 Mogelijkheden van de verschillende foutdetectie methodes. . . . . . . . . . . 54

4.2 Minimaal waarneembare fout met verschillende NDT-technieken. . . . . . . 66

4.3 Vergelijking van de mogelijkheden van ESPI en DCI[7] . . . . . . . . . . . . 78

6.1 Testen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

6.2 Oppervlaktefouten [50]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

6.3 Interne fouten. [50] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

6.4 Fouten door verkeerde uitlijning [50]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

6.5 Meerdere fouten samen [50]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

xiv

Hoofdstuk 1

Tandprothesen: het

Cresco-systeem

In deze inleiding wordt er eerst uitgelegd wat tandprothesen zijn en hoe ze gemaakt worden.

Er wordt een kort overzicht gegeven van de diverse systemen en materialen die gebruikt

worden. Daarna wordt er ingezoomd op het Cresco-prothesesysteem en de belastingen die

we bij tanden kunnen verwachten.

1.1 Tandprothesen

Een implantaat is een titanium kunstwortel die operatief in het bot wordt geplaatst als ba-

sis voor een tandprothese. Implantaten hebben meestal een schroefdraad ter bevordering

van de osseointegratie (zie bijlage B.10). Titanium wordt gebruikt als materiaal omwille

van de uitmuntende biocompabiliteit en de grote sterkte/gewicht verhouding (zie para-

graaf 1.2), ze kunnen voorzien zijn van een keramische coating. Implantaten bestaan in

verschillende maten, afhankelijk van de breedte van het bot en de tand die moet vervangen

worden. Een standaard implantaat heeft een diameter van ongeveer 3.5 mm aan de wortel.

Op onderstaande figuur 1.1 is een typisch voorbeeld van een implantaat te zien.

1

Hoofdstuk 1. Tandprothesen: het Cresco-systeem

Figuur 1.1: Een voorbeeld van een standaard implantaat [11].

Voor een uitgebreide, stapsgewijze uitleg over de klinische procedure verwijst de auteur

de lezer graag door naar de website van Pharmeon [51]. Op het implantaat wordt een

suprastructuur geplaatst. Afhankelijk van het aantal opeenvolgende tanden die moeten

vervangen worden, worden verschillende technieken toegepast. Wij gaan ons voor dit werk

beperken tot drie tot vier opeenvolgende tanden die ontbreken; we spreken van een brug

als er meerdere tanden moeten vervangen worden en van een kroon als het gaat om een

enkele tand. De termen framewerk, frame of opbouw worden ook vaak gebruikt. Verder

maken we een onderscheid tussen oplossingen met abutments of abutmentvrije oplossingen.

Naargelang de persoonlijke preferenties van de patient en de tandarts gebruikt men een

van beide methodes.

• Abutment: een abutment is een hulpstuk dat op het implantaat geschroefd wordt.

Ze bestaan in allerlei vormen en maten, recht of gehoekt. Dit kunnen standaard

abutments zijn of ze kunnen ook op maat gemaakt worden. Enkele voorbeelden zijn

hieronder afgebeeld (zie figuur 1.2).

Figuur 1.2: Enkele voorbeelden van abutments [12].

Op basis van de vorm, plaats en orientatie die men aan de prothese wil geven kiest

2


men een abutment. Op een replica van het abutment wordt dan een wasmodellage

gedaan zodat men een wassen stuk bekomt die de gewenste vorm van de tanden heeft

en die past op de abutments. Men giet vervolgens de suprastructuur via het verloren-

was-proces. Daarna wordt er op deze stukken een laagje porselein gebakken om zo

goed mogelijke de textuur en kleur van echte tanden na te bootsen. De abutments

worden geplaatst (vastgeschroefd) in de mond en vervolgens wordt de kroon of brug

op deze abutments gecementeerd (zie bijlage B.4). Op onderstaande figuur 1.3 zijn

kort de verschillende stappen geschetst.

Figuur 1.3: Werkwijze met abutments [11].

• Abutmentvrij: bij een abutmentvrije structuur maakt men gebruik van een tussen-

stuk dat rechtstreeks past op het implantaat. Dit stuk bestaat meestal uit een

metalen basis die past op het implantaat en een wassen of acrylen buisje. Op deze

buisjes wordt een was modellage gedaan en vervolgens wordt de gehele structuur

gegoten. Nadien wordt er een laagje porselein opgebakken. Het grote verschil met

het abutment-systeem is dat men hier bij het modelleren van de brug openingen

voor de schroeven voorziet. De gehele suprastructuur wordt dan op het implantaat

geschroefd (in plaats van een cementering van de kroon/brug op de abutments),

daarna worden deze openingen met kunststof opgevuld. Het voordeel hiervan is

dat als er iets mis is met de brug we enkel de kunststof moeten verwijderen en de

schroefjes vervolgens moeten losdraaien om de suprastructuur te kunnen verwijde-

ren. Terwijl bij de openingsvrije brug (het gecementeerde abutment-systeem) gaten

moeten geboord worden in het porselein en het onderliggend materiaal of men de

brug moet loskloppen van het abutment waarop het gecementeerd is; daarbij loopt

men veel kans de brug te breken. Het nadeel van de openingen is een summier es-

thetisch verschil. De figuur 1.4 hieronder geeft kort een idee van de werkwijze bij

abutmentvrije structuren.

3


Figuur 1.4: Werkwijze zonder abutments [11].

In beide voorgaande methodes kunnen, voor sommige materialen, de stukken gefreesd

worden in plaats van gegoten. Abutments kunnen of moeten soms op maat gefreesd

worden. Ook de kronen en bruggen kunnen op maat gefreesd worden; hiervoor past men

wel een meer gespecialiseerd proces toe. Een van de mogelijke methodes is:

• Een hulpstuk wordt in de mond geplaats op het implantaat. Vervolgens wordt een

3D-scan genomen van dit stuk en de omliggende tanden, dit wordt in een model-

leringsprogramma ingeladen. Met de computer wordt de te vervangen tand(en)

gemodelleerd en hierna worden de gegevens van de bekomen vorm doorgestuurd

naar een volautomatische freesmachine. Deze stappen staan in onderstaande figuur

1.5 weergegeven. Daarna moet er enkel nog een laagje porselein op het bekomen

stuk gebakken worden.

Figuur 1.5: Proces gefreesde stukken [11].

De firma Astra Tech Dental heeft een licht varierende techniek ontwikkeld, deze wordt

uitvoerig besproken in paragraaf 1.3. De grootste spelers op de implantatenmarkt zijn:

Nobel Biocare, Straumann en Astra Tech Dental. Hieronder wordt nog samenvattend een

overzicht gegeven van de meest gebruikte materialen en of deze gefreesd (F) of gegoten

(G) worden, tabel 1.1.

4


Tabel 1.1: Meest voorkomende materialen gebruikt voor tandprothesen [48].

Stuk Materialen en methode

Abutment goudlegering G/F

zirconium F

titanium G/F

Brug/kroon goudlegering G/F

zirconium F

aluminiumoxide F

titanium G/F

chroom-cobalt G/F

spaarlegeringen (Pd/Ag) G/F

Hierbij dient nog opgemerkt te worden dat hoewel de twee laatste materialen voor

bruggen/kronen de goedkoopste zijn, veel implantaat fabricanten geen garantie meer geven

bij het gebruik van deze materialen. Ze kunnen immers een galvanische cel vormen, wat

kan leiden tot verlies van het implantaat [48]. We gaan ons verder in dit werk enkel

focussen op het gebruik van titanium (zie paragraaf 1.2), dit is het materiaal die in de

cresco-procedure aangeraden wordt (paragraaf 1.3).

1.2 Titanium

Titanium is een niet-magnetisch non-ferro metaal. Titanium behoort tot de groep van

reactieve metalen. Deze metalen reageren gemakkelijk met gassen zoals zuurstof en stik-

stof, bovendien vormen ze gemakkelijk carbides boven een temperatuur van 450 ◦C. Deze

materialen zijn uiterst gevoelig voor verontreiniging van het oppervlak. Titanium wordt

vooral gebruikt omwille van de zeer goede corrosiebestendigheid, de hoge sterkte/gewicht

verhouding (ρ = 4.5 g/cc [52]) en zijn uitstekende biocompabiliteit. Het heeft een hoge

affiniteit tot zuurstof, er wordt daardoor bijna ogenblikkelijk een zeer dunne titaanoxide-

laag gevormd en het is deze laatste die titanium uitmuntende corrosiewerende eigenschap-

pen bezorgt. De hoge affiniteit van titanium tot zuurstof vraagt voor speciale maatregelen

5


bij het lassen. Bij de smeltlasprocessen zijn een zorgvuldige gasbescherming en een schoon

oppervlak onontbeerlijk (zie hoofdstuk 3). Tot een temperatuur van 885 ◦C heeft zuiver

titanium een Hexagonaal Dichtste Pakking (hdp) als kristalstructuur, dit noemt men de

α-fase. Van 885 ◦C tot 1670 ◦C gaat dit over in een Kubisch Ruimtelijk Gecentreerd

kristalstructuur (krg), de β-fase [1]. Beide kristalstructuren zijn gegeven in figuur 1.6.

Figuur 1.6: Links de hdp structuur en rechts de krg structuur [13].

Door titanium te legeren met verschillende elementen kan de β-fase ook voorkomen

bij kamertemperatuur samen met de α-fase. Hoe meer β-fase in het titanium aanwezig is

hoe moeilijker het te lassen is. Hieronder is een voorbeeld van een dergelijk fasediagram

gegeven van titanium gelegeerd met aluminium (zie figuur 1.7).

Figuur 1.7: Fasediagram titanium gelegeerd met aluminium [14].

De mechanische eigenschappen van titanium hangen grotendeels af van de hoeveelheid

en de soort legeringelementen. Puur titanium heeft een treksterkte van 350 MPa, gelegeerd

6


titanium kan een treksterkte hebben tot 1400 MPa [8]. Klassiek deelt men titanium op

in verschillende klassen naargelang de zuiverheid ervan. Hieronder zijn in tabel 1.2 de

voornaamste klasses (ASTM-grades) van titanium weergegeven.

Tabel 1.2: Klasses van titanium [3].

Wordt er gelast met toevoegmateriaal of wordt er achteraf opgelast dan moeten de

toevoegmaterialen vermeld in tabel 1.2 gebruikt worden.

De eerste vier klasses titanium staan gekend als Commercieel Puur Titanium (CP Ti).

Hoe meer legeringselementen in het titanium aanwezig zijn hoe hoger de sterkte maar

hoe lager de taaiheid. De hardheden staan hierbij niet vermeld omdat deze afhangen

van de mechanische bewerkingen die al uitgevoerd zijn en van de warmtebehandelingen

van het materiaal. De auteur verwijst u graag door naar de website van het Aerospace

specification Metals Inc.[52] waar de hardheden van de meeste titaniumlegeringen terug

te vinden zijn. Volgens de norm CEN ISO/TR 15608rev:2004(E) worden titaanlegeringen

als volgt onderverdeeld, tabel 1.3. Voor de brugstructuren hecht men weinig belang aan

de klasse van titanium die men gebruikt, implantaten moeten echter altijd uit CP Ti

vervaardigd worden.

7


Tabel 1.3: Onderverdeling titanium volgens CEN ISO/TR 15608rev: 2004(E) [49].

Titanium is met de meeste smeltlasprocessen lasbaar maar niet alle processen zijn even

geschikt voor het lassen van titanium, bij MIG-lassen bijvoorbeeld zijn de temperaturen

van de afgesmolten druppels aanzienlijk hoger dan de smelttemperatuur. Hoe hoger de

temperatuur hoe hoger de reactiviteit. Bij een te hoge temperatuur is een vonkenregen

het gevolg, wat nefast is voor de materiaal eigenschappen in de buurt van de las.

1.3 Cresco

De constructiemethode voor dit soort, door implantaten ondersteunde, suprastructuur

wordt hieronder bondig besproken; voor een meer uitgebreide versie van het werkproces

verwijst de auteur u graag door naar bijlage A.

Uit de praktijk weet men dat een gegoten opbouw niet altijd past op de implantaten,

afhankelijk van de overeenkomst van het gietstuk met het wassen model. Dit komt deels

door de vervorming tijdens de afkoeling of door een incorrecte behandeling door het tand-

labo. Traditioneel ging men voor goudlegeringen als volgt te werk om deze foute passing

op te vangen: men scheidde de brug tussen twee tanden van de opbouw en men soldeerde

beide delen terug aan elkaar zodanig dat de mispositionering opgevangen werd en dus

een correcte passing werd bekomen. Dit vereist vanzelfsprekend een passing in de mond,

waarna de brug al dan niet teruggestuurd werd naar het labo om de nodige correcties

aan te brengen. Om de behandelingskosten te drukken en om een meer biocompati-

bel materiaal te gebruiken, werd titanium of chroom-cobalt verkozen als alternatief voor

goudlegeringen. Gezien we titanium bij een slechte passing niet zomaar kunnen scheiden

en hersolderen is er in het voorbije decennium gezocht naar oplossingen om deze stap in

8


het proces op te lossen of te voorkomen. De Cresco Ti Precisie (CTiP) methode is een

nieuwe techniek voor het corrigeren van slecht passende delen, deze wordt toegepast op

het conventionele verloren-was-gietprocede. De mispositionering wordt gecorrigeerd na het

gietproces. Deze methode is uitvoerig experimenteel en klinisch getest en werd accuraat

en efficient bevonden [53]. Het grootste deel van de prothetische procedure gebeurt in het

labo. Onderstaande figuur geeft een schematisch verloop van de opeenvolgende stappen

(Figuur 1.8).

Figuur 1.8: Opeenvolgende stappen in het werkproces [15].

Het doel van het systeem is eigenlijk een passieve passing (bijlage B.8) te krijgen van

de suprastructuur op de implantaten. Daartoe worden een aantal standaardprocedures

gebruikt voor het nemen van afdrukken en voor het construeren van het mastermodel.

Zo wordt bijvoorbeeld de afdruk genomen op het niveau van de implantaten. Daarna

worden rechte of gebogen (maximaal 17° [15]) acrylen buisjes geplaatst op de replica’s

van het mastermodel, figuur 1.8a. De buisjes worden gebogen indien de positie van het

implantaat zodanig is dat de toegang van de bevestigingsschroef zich langs de gezichtszijde

zou bevinden of tussen het contactoppervlak van twee naburige kronen. Er volgt nu een

traditionele was modellering, figuur 1.8b. Het titanium frame wordt hierna gegoten aan

de hand van de verloren-was-techniek. Het frame wordt dan losjes op de replica’s van het

mastermodel geschroefd en beiden worden met elkaar verbonden met een kleverige was

1.8c. Na het verwijderen van de schroeven wordt het mastermodel ingeplaasterd in de

articulator (bijlage B.1), de kant van de suprastructuur wordt apart ingeplaasterd. Na

uitharding van het plaaster en het verwijderen van de plakkerige was, krijgen we dan

langs de ene kant van de articulator de ingegipste suprastructuur en langs de andere kant

de replica’s en het master model, figuur 1.8d. Voorgefabriceerde titanium cilinders, de

9


brugondersteuningen, worden nu op de replica’s geschroefd. Het mastermodel en de, in

plaaster ingebedde, suprastructuur worden nu beiden geplaatst in een computer gestuurde

freesmachine speciaal ontwikkeld door Cresco Ti Systems, figuur 1.8e. De titanium buisjes

en de corresponderende suprastructuur uitloop worden nu twee aan twee afgefreesd. We

krijgen op die manier mooi parallelle vlakken, figuur 1.8f. Deze vlakken leunen zich perfect

voor het aan elkaar lassen met een lasertoestel, figuur 1.8g. Specifiek gaat deze thesis over

mogelijk kwaliteitsonderzoek van die lassen.

Het resultaat van de hele procedure is een passief passend, abutmentvrij framewerk. Hier-

naast heeft deze manier als voordeel dat als er problemen zijn, we eenvoudig de kunst-stof

uit de toegangsholte hoeven te verwijderen en we daarna gewoon de brug kunnen losschroe-

ven uit de mond. De mogelijkheid om met gebogen toegangsgaten te werken, verhelpt ook

het gebruik van gehoekte abutments en laat ons toe gemakkelijker esthetisch moeilijke

problemen op te lossen.

1.4 Voorgaande studies

In wat volgt worden enkele reeds bestaande studies besproken. We zoomen eerst kort in

op de belasting van tanden, studies omtrent de sterkte van tandprothesen en vervolgens

hebben we het meer specifiek over het Cresco-systeem.

1.4.1 Tandbelasting

Elk individu heeft een uniek kauwpatroon, we kunnen dus niet eenduidig de belasting op

de verschillende tanden vastleggen. Bovendien maakt onze onderkaak tijdens het kauwen

een driedimensionale beweging zodat de richting en grootte van de krachten op de tanden

variabel zijn. Er zijn al tal van studies gepubliceerd omtrent de krachtswerking op tanden.

Hieronder worden kort enkele bevindingen uit verschillende artikels besproken.

• Goldmann et al [54] delen het kauwproces op in drie onderdelen: het kloven, het

malen en het slikken. Bij hard voedsel duren elk van deze stadia langer dan bij

zacht voedsel. De gemiddelde kauwfrequentie bleef echter wel gelijkaardig, gemiddeld

1.5 Hz.

• Kawata et al [55] gingen als volgt tewerk: met een speciaal ontworpen meetinstru-

ment, een kroon met daarin een piezo-elektrisch element verwerkt, wordt de kracht

op de tweede maaltand op de onderkaak gemeten tijdens het kauwen op een karamel

of pindanootjes en tijdens het op elkaar klemmen van de tanden. Men mat respec-

tievelijk volgende drukkrachten op: 146.3± 14.7 N, 57.7± 35.7 N en 173.29± 15.32 N.

De richting en grootte van de krachten bij elk van deze specifieke kaakbewegingen

10


wisselde voortdurend. Men heeft in deze studie wel een gemiddelde kracht en richting

berekend maar dit geeft enkel een idee van de richting en grootte van de kracht op

een specifieke tand. Men maakte hier wel duidelijk een onderscheid tussen klemmen

en kauwen; bij het klemmen kwam de kracht snel tot een plateau waar het bij het

kauwen duidelijk om een ritmische beweging gaat.

• Igic et al [56] benaderden de krachtswerking in de onderkaak zowel op een analytische

als op een klinische manier. Men ging uit van een kauwbeweging aan een kant van

de onderkaak. Uit onderzoek van deze belastingsmanier bleek dat de krachten op

de belaste kant groter waren dan deze op de onbelaste kant en bovendien dat er een

verschil was als men rechts of links kauwde. Voor een diepere analytische benadering

van de onderkaak en diens krachtwerking verwijst de auteur u graag door naar het

artikel in kwestie.

• Mericske-Stern et al [57] gingen na wat het verschil is in maximale bijtkracht tussen

personen met een volledig gebit en mensen met een gedeeltelijk prothetisch hersteld

gebit. Men heeft gezien dat de maximale kracht bij mensen met een hersteld gebit

een stuk lager ligt dan bij de individuen met een volledig gebit. Meer concreet mat

men, met een miniatuur krachtomvormer tussen de ingrijpende tanden of tussen

tand en kroon, de hoogste drukkrachten op de tweede premolaar (bijlage B.2); Bij

de proefpersonen met implantaten bedroeg dit gemiddeld 293.2 ± 98.3 N en bij de

gezonde testers 460.5 ± 59.2 N. Bekijken we echter de tabellen van de metingen

van deze studie zien we dat de maximale opgemeten waarden bij de geımplanteerde

personen gaan tot 400 N en bij de gewone personen gaat dit tot 1100 N.

• Stanford en Brand [58] vermelden dat in het achterste deel van het gebit de axiale

krachten op tanden kunnen varieren tussen 390 en 880 N bij natuurlijke tanden en

tussen 42 en 412 N bij implantaat-ondersteunde prothesen. De belastingen tijdens

het kauwen zijn volgens hen van korte duur (0.23 tot 0.3 contacten/seconde), aan

een frequentie van 1 tot 2 Hz over een totale periode van ongeveer 9 tot 17 minuten

per dag.

• Cibirka et al [59] stellen in hun studie dat een sinusoıdale belasting (8 cycli per

seconde) tussen 20 en 200 N van 5000000 cycli ongeveer equivalent is met een na-

tuurlijke belasting van 5 jaar. Hoyer et al [17] daarentegen zeggen dat een sinusoıdale

belasting (11 Hz) tussen 0 en 120± 10 N van 500000 cycli overeenkomt met een na-

tuurlijke belasting van zes maanden.

De bovenstaande artikelbesprekingen maken duidelijk dat het onmogelijk is eenduidig de

belasting van tanden vast te leggen. Bovenstaande waarden geven wel een idee omtrent

11


de grootteorde van de toe te passen belasting: krachten varieren in grootteordes tussen

100 en 1000 N.

1.4.2 Sterkte tandprothesen

In de meeste studies die de sterkte van tandprothesen gaan evalueren gaat men vooral

testen doen op de volledige tandherstelling; hetzij het implantaat samen met de supra-

structuur. We bespreken enkele artikels die hierover handelen.

• Mollersten et al bestudeerden bijvoorbeeld de sterkte van zeven verschillende implan-

taat-abutment-systemen en de manier waarop ze faalden [16]. Ze klemden hiervoor

het implantaat in en schroefden het abutment hierop (al dan niet met tussenstuk,

afhankelijk van het gebruikte systeem). Het abutment werd vervolgens belast met

een puntkracht. De opstelling staat hieronder afgebeeld, figuur 1.9

Figuur 1.9: Gebruikte proefopstelling [16].

Het resultaat van deze studie was dat alle stukken faalden in de schroef met al dan

niet in combinatie met buiging of zelfs breuk van het abutment, de falingskrachten

varieerden tussen 138 en 693 N.

• Norton bestudeerde de sterkte van twee abutmentsystemen die een conisch contact

oppervlak hebben tussen abutment en de binnenkant van het implantaat; de conische

verbinding zorgde voor een grotere buigweerstand en minder kans op falen van de

schroef [60].

12


• Alkan et al deden eindige elementen simulaties op drie verschillende implantaat-

abutment-systemen die men achtereenvolgens belaste met een horizontale kracht

(10 N), een verticale kracht (35 N) en een zijdelingse kracht (70 N) [61]. Ze kon-

den concluderen dat de hoogste spanningen optraden aan de eerste omloop van de

schroefdraad (titanium schroefjes) maar dat deze spanningen de vloeispanning niet

bereikten.

• Pesun et al hebben de axiale, samendrukkende kracht tussen abutment en implantaat

begroot (aan de hand van een piezo-elektrische krachtomvormer tussen beide opper-

vlakken) die optreedt bij het vastschroeven (gouden schroef, 20 Ncm) van het abut-

ment op het implantaat [62]. Deze kracht bedroeg gemiddeld ongeveer 2.99± 2.08 N.

• Lang et al bestudeerden hetzelfde als Pesun et al maar dan aan de hand van een

eindige elementen studie [63]. Zij bekwamen (bij een moment van 32 Ncm) krachten

die varieerden tussen 381.7 N en 722.9 N. Volgens Lang et al bedraagt de optimale

voorspankracht 75% van de vloeigrens van de schroef (825 N in deze studie). Deze

waarden verschillen, ondanks het verschil in aanspankoppel, toch heel sterk met de

waarden opgemeten door Pesun et al [62].

• Hoyer et al bestudeerden het effect van een wisselende belasting op het contact

oppervlak tussen implantaat en abutment [17]. Ze gebruikten hiervoor volgende

opstelling, figuur 1.10.

Figuur 1.10: Gebruikte proefopstelling [17].

Er werd een hefboom van 4 mm gebruikt en het stuk werd onderworpen aan 500000

13


cycli met een sinusoıdale belasting varierend tussen 0 en 120 ± 10 N. De normale

schroefjes (bij implantaten met een diameter van 3.5 mm) konden deze belasting

ondergaan zonder breken, de opening tussen het implantaat en het abutment bedroeg

na belasting gemiddeld ongeveer 14µm.

Het mag duidelijk zijn dat de meeste studies gaan over de sterkte van de schroefverbinding

of de sterkte van het implantaat-abutment-systeem in zijn geheel. Geen van voorgaande

studies gaat echter specifiek over de sterkte van de brugstructuur, men veronderstelt in

de meeste gevallen dat de schroef de zwakste schakel is in de tandherstelling en dus wordt

onderzoek naar bijvoorbeeld de lassen enigszins verwaarloosd. Men gebruikt meestal sys-

temen gebaseerd op abutments omdat deze in standaard vormen bestaan en de studie dus

herhaalbaar is, waar bij brugstructuren het eigenlijk telkens gaat om een nieuw stuk.

1.4.3 Cresco

Hoewel het cresco-systeem relatief nieuw is, zijn er al enkele studies over gepubliceerd. De

meeste gaan over de passing van de prothesen en de klinische implicaties daarvan (bij-

voorbeeld [64]). De rest van deze paragraaf is volledig geweten aan een grondige eindige

elementen studie door Uysal et al [18].

In deze studie heeft men in eerste instantie de mechanische eigenschappen onderzocht van

het gebruikte materiaal in het cresco-systeem: titanium (grade 3, zie tabel 1.2). 20 proef-

stukken werden gefreesd naar de dimensies opgelegd door EN 10002-1, de trekproefnorm.

De helft van deze proefstukken werd dwars doormidden gesneden en terug aan elkaar

gelast met de laser (de indringdiepte bedraagt 0.64 mm, met als gebruikte lasparameters:

250 A, 2.5 ms, 1.0 mm brandpuntdiameter en 1.1 Hz), de andere helft is de controlegroep.

Alle proefstukken werden onderworpen aan een trekproef om de vloeigrens, treksterkte en

het percentage verlenging te bepalen. De hardheden werden bepaald met Knoops micro-

inkervingstest. Alle data werden vervolgens statistisch geanalyseerd.

De breukoppervlakken van beide groepen heeft men onderzocht met een elektronenmi-

croscoop om zo de falingsmode te bepalen en de eventueel aanwezige lasfouten op te

sporen. De controle proefstukken braken volledig ductiel; zoals duidelijk te zien is op

de microscopische opnames in figuur 1.11. Microscopische inspectie bevestigt deze breuk-

modus. De gelaste proefstukken faalden zonder noemenswaardige insnoering. Alle stukken

braken in de warmte beınvloede zone (Heat Affected Zone of HAZ). Zowel ductiele zones

aan de buitenomtrek als splijtzones aan de binnenomtrek waren aanwezig, figuur 1.12. Er

werden geen porositeiten waargenomen. Dit komt doordat men geoptimaliseerde laspa-

rameters en de gepaste lascondities heeft gebruikt. De gelaste en ongelaste groep toonden

grote mechanische verschillen. Het lasproces vermindert ductiliteit en verlenging, terwijl

14


Figuur 1.11: Ductiele breuk [18].

Figuur 1.12: Brosse breuk [18].

15


vloeigrens en treksterkte stijgen. Onderstaande tabel 1.4 geeft een kort overzicht van de

opgemeten waarden.

Tabel 1.4: De opgemeten waarden [18].

Recente studies [24, 65, 66] wijzen echter uit dat met de gepaste instellingen voor het

lasproces, we sterktes kunnen bekomen gelijkaardig aan deze van de ongelaste stukken en

dat bovendien het breukgedrag (ductiel falen) ook zou overeenkomen. In de studie door

Uysal et al [18] werd gebruik gemaakt van gefreesde proefstukken, waar in de realiteit

we werken met gietstukken. Dit zou echter geen verschil mogen uitmaken. Wat betreft

sterkte is er ook geen significant verschil gevonden tussen lasergelast gegoten en gesmeed

titanium [67].

In tweede instantie is de studie door Uysal et al [18] gebaseerd op een eindige elementen

simulatie. De spanningen in de lasergelaste brugondersteuningen werden geanalyseerd aan

de hand van een eindig elementen model van een implantaat-ondersteunde brug met vrije

uiteinden en een vast partieel kunstgebit in de onderkaak. In het model werden twee

verschillende botstructuren opgenomen om de realiteit zo goed mogelijk te benaderen.

Om verschillende belastingsmethoden en klinische spanningsfactoren te kunnen bepalen

werden twee verschillende prothetische modellen gemaakt. Beide modellen staan hieronder

afgebeeld, figuur 1.13.

16


Figuur 1.13: De eindige elementen modellen [18].

Het eerste model (M1) is een brug met vrije uiteinden, ondersteund door 5 implan-

taten. Een van de implantaten bevindt zich in het midden, de andere bevinden zich 5 mm

van elkaar. De lengte van het vrijdragend stuk bedraagt 12 mm. Een tweede model (M2)

werd gecreeerd omdat klinische studies hebben uitgewezen dat de meeste complicaties

met implantaten zich voordoen bij enkel- of tweevoudig implantaat-ondersteunde bruggen

in de zones achteraan. Daarom is het tweede model dus een tweevoudig implantaat-

ondersteunde brug, hierbij heeft een van beide implantaten een mesio-axiale (bijlage B.9)

inclinatie van 30°. Voor beide modellen is de afstand tussen het occlusale vlak en het bot

10 mm. Deze studie werd speciaal gedaan om spanningen in de lassen te evalueren. In het

model wordt deze las gesimuleerd door een ring tussenliggend materiaal met een diepte

van ongeveer 0.64 mm en een dikte aan de buitenzijde van 1 mm, gebaseerd op de pene-

tratiediepte van de stukken uit het eerste deel van de studie. De las wordt verondersteld

versmolten te zijn met de opbouw en de brugondersteuningen. In detail ziet dit er dan als

volgt uit, zie figuur 1.14.

17


Figuur 1.14: Detail opname [18].

De implantaten werden volledig verankerd verondersteld en dus vast. Bovendien veron-

dersteldt men voor dit systeem, Cresco perfect fit, een perfecte passieve passing van de

brug op de implantaten. Alle materialen in beide modellen werden homogeen, isotroop

en lineair elastisch verondersteld. De gebruikte eigenschappen voor de materialen zijn

hieronder opgelijst in tabel 1.5.

Tabel 1.5: Gebruikte eigenschappen voor FEM [18].

Merkwaardig is dat de las en het basismateriaal exact dezelfde eigenschappen worden

toegekend. De eigenschappen werden bepaald in pilootstudies. Men stelt dat gezien de

elasticiteitsmodulus een reflectie is van de interatomaire verbindingen en het onafhanke-

lijk is van de warmtebehandeling, er geen variatie in elasticiteitsmodulus wordt verwacht.

Gezien echter een warmtebehandeling vaak een verandering van structuur met zich mee-

18


brengt, wat een verschil geeft in interatomaire verbindingen, kan het zijn dat deze aan-

name een zekere fout bevat. Men neemt dus een constante elasticiteitsmodsulus en Poisson

coefficient aan voor het titanium en de las. De eigenschappen van het bot werden uit de

literatuur gehaald. In deze studie veronderstelt men dat het kauwen van hard voedsel

de slechtste situatie is voor de brug. Men werkt hier met puntkrachten van 400 N en

een linguale-axiale hoek van 15°. In het eerste model werden de belastingen toegepast

ter hoogte van het achterste implantaat (M1L1), 4 mm op het vrije uiteinde (M1L2) en

12 mm op het vrije uiteinde (M1L3). Het tweede model werd enerzijds belast ter hoogte

van het gehoekte implantaat (M2L1) en van het recht implantaat (M2L2). Dit is te zien

op de figuur 1.13. Gezien de bevindingen uit het eerste deel van deze studie omtrent het

brosse gedrag van de las, nam men aan dat de las veilig is zolang de maximale normale

spanning (Pmax) in de verbinding lager is dan de treksterkte gevonden in het eerste deel

van deze studie. Dit is een gevaarlijke aanname. We hebben namelijk te maken met een

bros materiaal, we kunnen dan zelfs niet garanderen dat bij een trekproef de vloeigrens

bereikt wordt. Extra aandacht is dus vereist bij spanningsconcentraties die in de buurt

komen van de vloeigrens. We gaan nu kijken wat het belasten van de beide modellen

opleverde aan informatie. Voor het eerste model verkreeg men volgende tabel 1.6.

Tabel 1.6: Resultaten FEM-analyse eerste model. [18]

Bij de M1L1 belasting was de maximale spanning (Pmax) in de las gelijkaardig voor

alle implantaten. Voor alle implantaten was de waarde van Pmax betrekkelijk kleiner dan

de treksterkte. Als we de brug op het vrije uiteinde belasten (M1L2 en M1L3), zie tabel

1.6, zien we een duidelijke toename van de spanning in de las van het distale implantaat.

De waarden van de maximale spanning nemen toe van het derde tot het vijfde implantaat.

De maximale spanningen waren geconcentreerd aan de verbinding van het raamwerk met

de las, behalve bij de vijfde las; daar is het maximum gelegen in het midden van het

manteloppervlak van de las. We kunnen dit zien op onderstaande figuur 1.15.

19


Figuur 1.15: Verdeling spanning in las. [18]

Bij het tweede model lagen alle spanningen een stuk lager dan de treksterkte, zie tabel

1.7. De spanningen in de gehoekte ondersteuning waren hoger dan deze voor de rechte

ondersteuning.

Tabel 1.7: Resultaten FEM-analyse tweede model. [18]

Bij het tweede model zijn de spanningen duidelijk kleiner dan die voor het tweede

model. De spanningen in beide modellen waren laag in vergelijking met de vloeigrens. We

verwachten dus niet dat de las faalt, ook niet bij het gehoekte implantaat. Nemen we aan

dat de vloeigrens bij alle trekproeven van de gelaste proefstukken boven het gemiddelde

minus drie maal de standaard afwijking ( 642 MPa - 156 MPa = 486 MPa) ligt en nemen

we dit als kritisch waarde, dan bedraagt de maximale belasting (104.1 MPa) uit de eindige

elementen berekeningen 21.4% van de kritisch waarde.

20


De randvoorwaarden die men gebruikt heeft en de aannames voor de materiaaleigen-

schappen kunnen de resultaten beınvloeden. Men heeft trouwens ook enkel eenmalige

belastingen bestudeerd en niet vermoeiing. Vermoeiing zou, door het brosse gedrag van

het materiaal, wel eens tot faling kunnen leiden.

1.4.4 Besluit

De krachten die men in de meeste artikels vermeldt grijpen in op het contact oppervlak

van de tanden of bruggen, hetzij loodrecht op dit oppervlak of onder een hoek. De meest

kritische belasting voor een eenzijdig ingeklemde gelaste buis (representatief voor een

gelaste brug) is echter een dwarse kracht, zoals afgebeeld op figuur 1.16.

Figuur 1.16: Kritische belastingswijze.

Deze kracht kan wel optreden bij het kauwen indien bijvoorbeeld een stuk voedsel zich

verticaal tussen de bovenste en onderste tandboog bevindt en de tandvlakken horizontaal

over elkaar schuiven (gerefereert ten opzichte van het occlusale vlak = horizontale vlak)

of als een stuk voedsel dienst doet als starre verbinding tussen boven- en onderkaak en we

daardoor een belasting onder een hoek bekomen (splitsbaar in een verticale en horizontale

kracht).

De meeste studies die de sterkte van tandherstellingen onderzoeken zijn gericht op het

falen van de schroef, meestal werkt men voor deze studies met abutments (wegens de

reproduceerbaarheid van de studie). Er zijn echter weinig studies die de sterkte van de las

aanwezig in een brug (type las zoals in het Cresco systeem) nader gaan onderzoeken. Er

bestaan wel veel studies over tandheelkundige materialen, het lassen ervan en de sterkte

van de las (bijvoorbeeld [24, 66, 68, 65]). Deze studies stonden dan weer te ver van de

praktijk (deels te wijten aan de vorm van de proefstukken die ze gebruikten). Daarom

zijn er in het hoofstuk 6 aangepaste proefstukken opgegeven die heel dicht bij de praktijk

aanleunen.

21

Hoofdstuk 2

Lassen van titanium

2.1 Inleiding

Voor het lassen van titanium zijn er verschillende mogelijke lasprocedes. We onderscheiden

enerzijds de druklasprocessen en anderzijds de smeltlasprocessen. Gezien de druklaspro-

cessen, of mechanische lasprocessen, enkel toepasbaar zijn op eenvoudige vormen zoals

platen en buizen en ze bovendien een perfecte uitlijning vereisen, zijn deze processen

niet praktisch toepasbaar op de unieke stukken uit dit proefwerk. We gaan ons daarom

beperken tot het bespreken van de smeltlasprocessen die meestal gebruikt worden. Zoals

reeds vermeld in paragraaf 1.2, is titanium een reactief metaal en dienen er hierdoor extra

maatregelen genomen te worden bij het lassen ervan. Het afschermen van de las tegen

contaminanten is een van de belangrijkste voorzorgsmaatregelen die moet genomen wor-

den. We gaan daarom eerst dieper in op de afschermingmethodes bij het lassen, vooraleer

we de verschillende lasprocessen behandelen.

2.2 Afscherming las [1]

Tijdens het lassen wordt de las afgeschermd van de atmosfeer om fouten (hoofdstuk 3)

veroorzaakt door contaminanten te voorkomen. Dit gebeurt met inerte gassen zoals argon

of helium. Watanabe heeft de noodzaak van gasafscherming bij het lassen van tandprothe-

sen nog eens extra in de verf gezet [69].

Het is belangrijk deze afscherming aan te houden tot de las afgekoeld is tot 260 ◦C, hier-

boven kan nog altijd contaminatie optreden. Voor de gasafscherming onderscheiden we

twee mogelijkheden, ofwel lassen we in open lucht ofwel werken we in een laskamer. Door

de afmetingen van ons werkstuk is het aan te raden te werken in een speciale laskamer,

een soort couveuse. Het werken in open lucht vereist immers een afscherming langs beide

22

Hoofdstuk 2. Lassen van titanium

kanten van de las en dit is niet zo eenvoudig te realiseren in een klein werkstuk. We on-

derscheiden twee types couveuses: de doorstroomkamer en de vacuumkamer. Beide types

staan hieronder, figuur 2.1, afgebeeld.

Figuur 2.1: Links de doorstroomkamer [19] en rechts de vacuumkamer [20].

2.2.1 Doorstroomkamer

In dit type laskamer, wordt de omringende lucht continu weggeblazen door een stromend

inert gas. Hiervoor is een volume gas van ongeveer vijf tot tien keer het laskamervolume

nodig. Werkervaring moet dit volume bepalen. Er wordt bovendien bij een constante

overdruk van het inert gas ten opzichte van de omgeving gewerkt om diffusie van zuurstof

van de omgeving naar de laskamer te vermijden.

2.2.2 Vacuumkamer

Indien contaminatie ten strengste vermeden moet worden, gaat men lassen in een kamer

onder een vacuum. Met een pomp brengt men de druk terug tot ongeveer 400 Pa , ver-

volgens vult men de kamer met een inert gas. In de nucleaire sector gaat men zelfs tot

14 Pa.

2.2.3 Afschermingsgas

De puurheid van het gebruikte inert gas beınvloedt sterk de mechanische eigenschappen

van de gelaste verbinding. Vooral de aanwezigheid van lucht en waterdamp zijn zeer ne-

fast. Zuurstofniveau’s van 3000 ppm en waterstofniveau’s van 200 ppm kunnen al scheuren

veroorzaken (zie paragraaf 3.3.3). We moeten ook aandacht schenken aan het buizensys-

teem dat het gas naar de laskamer brengt, lekken en diffusie van gassen in het systeem

kunnen problemen vormen. Daarnaast is het dauwpunt (bijlage B.5) een zeer belangrijke

23


parameter voor de afscherming. We kunnen het effect van dit dauwpunt best bespreken

aan de hand van onderstaande figuur 2.2. Het inert gas moet voldoende droog zijn om

Figuur 2.2: Het effect van het dauwpunt op de functionaliteit van het afschermingsgas [1].

als buffer te kunnen optreden bij eventuele aanwezigheid van vocht in het toeleveringssys-

teem. Hoe hoger het dauwpunt van het inert gas en hoe meer waterstof erin aanwezig

is, hoe harder en hoe minder ductiel onze las wordt. Een dauwpunt van −29 ◦C is de

maximaal aanvaardbare temperatuur, de meeste afscherminggassen hebben een dauwpunt

van −51 ◦C of lager.

2.3 Lasprocessen

Hieronder worden kort enkele mogelijke lasprocessen voor onze, op maat gemaakte, prothe-

sen besproken. We maken hierbij een onderscheid tussen de lasprocessen waarbij toevoeg-

materiaal wordt gebruikt en deze waarbij dit niet vereist is. Dit wil niet zeggen dat er bij

die laatste groep geen toevoegmateriaal mag gebruikt worden, maar het hoeft niet om-

dat de energiedensiteiten voldoende hoog zijn om zonder te werken. Vaak gebruikt men

achteraf toevoegmateriaal om de lasnaad op te lassen.

24


2.3.1 Lasprocessen met toevoegmateriaal

TIG-lassen [2]

TIG staat voor Tungsten (=wolfraam) Inert Gas. Bij dit lasproces wordt een lasboog

getrokken tussen een niet-afsmeltende, aangescherpte wolfraamelektrode en het werkstuk.

Deze boog wordt omsloten door een inerte atmosfeer; elektrode, lasboog en smeltbad wor-

den door een inert gas beschermd tegen de invloed van de omringende lucht, zoals op

figuur 2.3 te zien is.

Figuur 2.3: Afscherming tijdens het TIG-lassen [21].

Als inert gas wordt voornamelijk argon gebruikt, maar ook helium-argon en helium wor-

den gebruikt. Het toevoegmateriaal wordt extern van de zijkant aangebracht.

We kunnen lassen met gelijk- of wisselstroom. De enige voorwaarde is wel dat we met

een stroombron met een dalende karakteristiek (Constant Current) werken. De CC-

stroombron is nodig om extreem hoge stromen te voorkomen die bij het kortsluiten met

het werkstukoppervlak zouden kunnen optreden. Bij het gelijkstroomlassen wordt de

elektrode negatief gepoold zodat de warmte van de boog voor ongeveer een derde naar de

kathode (negatieve pool) gaat en voor tweederde naar de anode (positieve pool), zodat

we oververhitting en afsmelten van de elektrode verhinderen. Een omgekeerde aansluiting

zorgt dan weer voor een reinigende werking zodat de oxiden op het werkstukoppervlak

25


worden verwijderd. Om deze redenen gebruikt men wisselstroom als het werkstuk bedekt

is met een hoogsmeltende oxidehuid, zoals bijvoorbeeld het geval is bij aluminium, het

beste van beide aansluitingswijzen wordt dan gecombineerd.

MIG/MAG-lassen [3]

De afkortingen MIG/MAG staan voor Metal Inert Gas en Metal Active Gas. Bij het

MIG/MAG-lassen wordt de warmte die nodig is om het materiaal te smelten verkregen

uit een boog tussen de draad, dit is eigenlijk een afsmeltende elektrode, en het werkstuk.

Het uit de draad gesmolten metaal (doet dienst als toevoegmateriaal) vormt dan samen

met het gesmolten werkstukmateriaal de lasverbinding, zie figuur 2.4. Het grote verschil

Figuur 2.4: Het MIG-lassen [3].

met voorgaande techniek is dat hier de elektrode dus bestaat uit een dunne draad, die

van een haspel wordt afgewikkeld. Door deze continue mechanische draadtoevoer wordt

dit proces ook wel halfautomatisch lassen genoemd. Er zijn verschillende mogelijkheden

waarop de materiaaloverdracht van de draad naar het smeltbad kan plaatsvinden.

• Kortsluitboog: het gesmolten draadeinde komt in aanraking met het smeltbad, op

het moment van contact dooft de boog en loopt de stroom rechtstreeks door de

draad en een brug van gesmolten metaal. De stroom loopt hierbij sterk op en

het draadeinde smelt af. De materiaaloverdracht gebeurt dus in korte kortslui-

tingen. Deze techniek gebeurt bij lage stroomsterktes en bij een lage spanning.

Inductie, spanning en draadaanvoersnelheid moeten goed op elkaar afgesteld zijn

om spatvorming te voorkomen.

• Sproeiboog: deze vorm treedt op bij hoge lasstromen en bij een veel hogere spanning

dan bij het kortsluitbooglassen. Deze hoge spanning is nodig om te verzekeren

dat er geen contact is tussen de draad en het smeltbad; we werken dus niet met

kortsluitingen. Het gesmolten metaal aan het draadeinde gaat naar het smeltbad

26


over in de vorm van fijne druppels. Opdat de druppels krachtig genoeg door de boog

worden geprojecteerd, moeten we een minimale, kritische stroomsterkte aanleggen.

• Pulsboog: het doel van deze methode is het verkrijgen van een stabiele boog in een

laag stroombereik (onder de kritische waarde) en om kortsluitingen en spatvorming

te vermijden. Bij het pulserend lassen wordt materiaaltransport met een open boog

verkregen, hierbij moet elke stroompuls voldoende krachtig zijn om een druppel af

te schieten.

Bij het MIG/MAG-lassen is ook de stand van het pistool ten opzichte van de lasrichting

van invloed. Slepend lassen geeft een beter inbranding, maar het zicht op het smeltbad is

minder dan bij stekend lassen.

Het MIG/MAG-lassen vergt een behoorlijke mate van vakmanschap, het proces stelt im-

mers hoge eisen aan de handvaardigheid en concentratie van de lasser.

Solderen [4]

Solderen is een verbindingstechniek waarbij een vulmateriaal of legering van het basis-

metaal wordt verhit tot smelttemperatuur en deze vervolgens wordt aangebracht tussen

de te verbinden componenten. Een eerste voorwaarde voor het toepassen van deze techniek

is dat de samen te voegen componenten zich dicht bij elkaar bevinden, zodat het vulma-

teriaal zich met een capilaire actie (zie bijlage B.3) aan het basismateriaal kan hechten.

Het gesmolten vulmateriaal interageert met een dunne laag van het basismateriaal. Een

tweede voorwaarde voor deze techniek is dat het vulmateriaal een lager smeltpunt heeft

dan het basismetaal anders zouden we snel fouten en contaminatie in onze las krijgen. We

werken dus bij deze verbindingsmethode bij veel lagere temperaturen dan bij lassen.

Men maakt een onderscheid tussen zacht solderen en hard solderen of braseren; bij zacht

solderen werkt men bij lagere temperaturen als bij braseren. De arbitraire grens ligt op

450 ◦C [4]. Van beide types solderen is enkel hard solderen geschikt voor het verbinden

van titanium. We gaan nu iets dieper in op het braseren.

Braseren Met solderen kan men twee metalen met een verschillend smeltpunt met elkaar

verbinden mits de gepaste keuze van het vulmateriaal. Voor het hard solderen bestaan

verschillende mogelijke warmte bronnen (een overzicht wordt gegeven op figuur 2.5):

• Toorts: een vlam of toorts zorgt voor de warmte die het vulmateriaal doet smelten.

Van belang hierbij is de kleur van de vlam en de gebruikte brandstof. Een foutieve

keuze van deze parameters kan snel tot oxidatie leiden. De vaardigheid van de

27


operator speelt ook een grote rol bij de kwaliteit van deze verbindingsmanier. Deze

methode is niet echt geschikt voor het solderen van titanium; de vlam introduceert

zeer waarschijnlijk een belangerijke hoeveelheid zuurstof in het oppervlak en dit is

nefast voor de las (zie paragraaf 3.3.2).

• Oven: een oven zorgt voor het smelten van het vulmateriaal, deze manier is enkel

bruikbaar indien dit vulmateriaal op voorhand kan gepositioneerd worden tussen de

te verbinden stukken. Met een oven kunnen wel meerdere stukken per keer gemaakt

worden.

• Inductiespoel: een spoel bezorgt het vulmateriaal de nodige warmte. Door een snel

wisselend magnetisch veld in de spoel ontstaan er verliesstromen in het werkstuk;

het werkstuk warmt, ten gevolge van zijn interne weerstand, hierdoor op. Net als

bij de vorige methode moet ook hier het vulmateriaal voordien zijn aangebracht.

• Infrarood straling: het werkstuk en vulmateriaal worden verhit door middel van in-

frarood straling. Dit kan bijvoorbeeld afkomstig zijn uit een wolfraam of nichroom

draad onder stroom. De straling kan tamelijk precies gericht worden op de sol-

deerplaats. Naast deze gerichte stralers bestaan er ook infraroodovens. Bij deze

verwarmingstechniek moet eens te meer het vulmateriaal eerst aangebracht worden

alvorens het werkstuk te verwarmen.

Figuur 2.5: Warmtebronnen, van links naar rechts: toorts, oven, inductiespoel en infrarood stra-

ling [4].

Om de gepaste eigenschappen te bekomen voor de verbinding en om contaminatie te

vermijden, is het ook bij deze verbindingsmethode voor titanium aangeraden om in een

inerte gas atmosfeer te werken.

2.3.2 Lasprocessen zonder toevoegmateriaal

Plasmalassen [3]

Bij het plasmalassen werken we, net zoals bij het TIG-lassen, met een boog die getrokken

wordt tussen een aangepunte wolfraam elektrode en het werkstuk. Bij het plasmalassen is

28


de elektrode echter niet vrij toegankelijk maar zit ze ingebouwd in de lastoorts. De boog

treedt via een kleine opening in de anode, de plasmatip, naar buiten. Hiernaast hebben

we bij plasmalassen twee gasstromen: het plasmagas (bijlage B.11) en het beschermgas,

zoals op onderstaande figuur 2.6 te zien.

Figuur 2.6: Het plasmalassen [3].

We onderscheiden bij het plasmalassen drie werkingsgebieden, naargelang de boring in de

anode, de lasstroom en de hoeveelheid plasmagas.

• Microplasmalassen (0.1 tot 15 A): er wordt gewerkt met zeer lage stroomsterktes.

Deze methode is vooral geschikt voor het lassen van zeer dun materiaal. De zeer

smalle stabiele boog voorkomt het ’zoeken’ van de boog op het te lassen werkstuk

waardoor ook onnodige vervorming van het werkstuk vermeden wordt.

• ’Melt-in’ plasmalassen (15 tot 200 A): in dit werkingsgebied lijkt het plasmalassen

sterk op het TIG-lassen, het verschil is dat bij het plasmalassen de boog veel stabieler

is dan bij het TIG-lassen. Men kan het debiet van het plasmagas verhogen om een

betere inbranding te krijgen maar men loopt dan het risico het beschermgas te

verontreinigen, wat een slechte invloed geeft op de laskwaliteit. De afmetingen van

de plasmatoorts bemoeilijken hierbij ook het handmatig lassen.

• Keyhole plasmalassen (boven de 100 A): door de lasstroom en de hoeveelheid plas-

magas te verhogen ontstaat er een zeer krachtige, stijve plasmaboog die een volledige

doorlassing veroorzaakt, zoals bij het elektronenbundel- en het laserlassen. De groot-

ste voordelen zijn de grote inbranding en de hoge lassnelheden. Door de nodige nauw-

keurige afstelling van de lasparameters bij dit werkingsgebied is dit enkel geschikt

29


voor gemechaniseerde toepassingen (bijlage B.6).

Elektronenbundellassen [5]

Bij deze lasmethode worden metalen met elkaar verbonden door middel van elektromag-

netische straling. Een elektronenkanon levert elektronen die door elektrische en magne-

tische velden worden versneld en gebundeld. Bij botsing van de elektronen op het werkstuk

wordt hun kinetische energie omgezet in warmte. De energiedichtheid van de bundel is

zodanig hoog dat die warmte niet direct kan afgevoerd worden met als gevolg dat het

metaal lokaal smelt of zelfs verdampt. Daardoor ontstaat een holte die de eletronenbun-

del steeds dieper in het materiaal doet doordringen. De bundel boort zich verder in het

materiaal totdat een evenwicht bereikt is tussen de ingebrachte warmte en het vermogen

van het metaal deze warmte af te voeren. Door botsing van de elektronen van de bundel

met deeltjes uit de lucht verliest de elektronenbundel energie. Daarom last men bijna

altijd onder vacuum met deze techniek, zie figuur 2.7. Lassen in open lucht is mogelijk op

voorwaarde dat de afstand tussen het werkstuk en het elektronenkanon voldoende klein

is.

Figuur 2.7: Opstellling voor het elektronenbundellassen [5].

Doordat de elektronenbundel zeer geconcentreerd is, blijft de warmteinbreng beperkt

en is de las dus relatief smal. We kunnen daardoor werken met tamelijk grote lassnelheden,

afhankelijk van het materiaal en de gebruikte apparatuur. Het lassen in een vacuum heeft

als voordeel dat er geen oxidatie of contaminatie kan optreden. Elektronenbundellassen

(EBW) kan enkel correct worden uitgevoerd indien de te lassen onderdelen goed bewerkt

zijn vooraleer we beginnen lassen. De vlakheid van de te lassen randen speelt een grote

rol en daarenboven moeten deze randen voldoende schoongemaakt zijn.

30


Laserlassen

We bespreken dit lasproces meer gedetailleerd gezien dit proces toegepast wordt in het

Cresco-systeem.

Laser staat eigenlijk voor Light Amplification by Simulated Emission of Radiation, het is

dus met andere woorden een vorm van licht. De laserbron bestaat uit een actief medium,

een energiebron en een trilholte of resonator. De laser wordt als volgt gecreerd (figuur

2.8):

Figuur 2.8: Werkingsprincipe laser [22].

Het actieve medium, bijvoorbeeld CO2 als het gaat om een gas of Nd als het gaat

om een vaste stof, worden geplaatst in de resonator die begrensd is door 2 spiegels. Er

wordt energie toegevoerd; dit kan een elektrische ontlading (elektrisch), flitslicht (optisch)

of chemische energie zijn. Het actieve medium komt hierdoor in een hoge energietoestand,

bij het terugkeren naar een lagere energietoestand zal het medium een deel van zijn deel

van zijn energie uitzenden in de vorm van straling met een specifieke golflengte. Dit

licht wordt versterkt door lenzen die tussen twee spiegels geplaatst zijn. Het licht wordt

weerkaatst door de spiegels maar tegelijkertijd wordt het versterkt door de lenzen voor

de spiegels. Doordat het licht meermaals tussen de spiegels heen en weer wordt gekaatst,

wordt het licht dus ook meermaals versterkt vooraleer het de versterker verlaat. Een van

beide spiegels is deels doorlatend gemaakt, daar komt de laserbundel dan naar buiten.

Laserlicht onderscheidt zich van andere lichtbronnen doordat het licht monochromatisch

(bijlage B.7) is, het een zeer hoge energiedichtheid heeft en het zeer weinig divergentie

heeft.

De twee meest courante lasers zijn: CO2-lasers en Nd-YAG lasers. Hieronder worden kort

de eigenschappen van beide soorten besproken:

• CO2-laser: het lasermedium is hier CO2, energie wordt toegevoerd onder de vorm van

elektrische ontladingen. Vermogens tot maximaal 40 kW zijn mogelijk, industrieel

31


gebruikt men meestal lasers met vermogens van 3 tot 5 kW. Het licht geeft een

golflengte van 10.6µm [22]. Door de grote vermogens die haalbaar zijn bij dit soort

laser is deze geschikt voor het lassen van stukken met grotere afmetingen, bovendien

is de haalbare lassnelheid eveneens hoger dan bij de andere lasertypes.

• Nd-YAG laser: hier is het lasermedium een staaf YAG-kristal (Ytrium Aluminium

Granaat) die een kleine concentratie Neodynium-ionen bevat. De energie wordt toe-

gevoegd onder de vorm van licht; afkomstig van ofwel een Xenon flitslamp (gepulst)

of van een continue Xenon- of Kryptonlamp (continu). Vermogens tot 3 kW zijn

haalbaar. De golflengte bedraagt 1.06µm [22]. Dit soort laser wordt vooral gebruikt

voor het lassen van stukken met een kleinere dikte.

Vergelijken we beide types met elkaar dan zien we dat de CO2-laser een hoger energetisch

rendement heeft en dat met de CO2-laser hogere vermogens haalbaar zijn. De CO2-laser

heeft lagere investerings- en werkingskosten dan een Nd-YAG laser met hetzelfde vermo-

gen. Deze laatste, Nd-YAG laser, heeft dan weer een laserbundel met een kleinere diameter,

de lasdiepte is fijner regelbaar en we kunnen de lichtbundel geleiden door glasvezelkabels,

wat ons meer flexibiliteit geeft. Beide lasertypes kunnen zowel continu als gepulst gebruikt

worden. In de praktijk gebruikt men meestal Nd-YAG lasers voor pulserend gebruik en

CO2-lasers voor continu gebruik.

Bij het laserlassen trachten we de energie van de laser in het materiaal te brengen. We

onderscheiden drie verschillende energiestromen bij deze energieoverdracht: een deel wordt

geabsorbeerd, een deel wordt gereflecteerd en een restfractie wordt doorgelaten door het

werkstuk. Bij kamertemperatuur reflecteren de meeste metalen de straling sterk (65 tot

95 % [22]). We kunnen dit aandeel verminderen door het te lassen stuk te zandstralen of

door het van een deklaag te voorzien. Tijdens het lassen worden verschillende gradaties

van absorptie door het werkstuk doorlopen.

Bij het laserlassen wordt de laserbundel op de te lassen onderdelen gericht. Door de stra-

ling die geabsorbeerd wordt, verhit het materiaal en kan het smelten en zelfs verdampen.

Bij dampvorming wordt de absorptie een stuk groter; dit vereist echter dat de bundelin-

tensiteit op een zo kort mogelijke tijd zo hoog mogelijk wordt. Er ligt een limiet op de

toelaatbare intensiteit; bij te hoge intensiteiten ontstaat een te sterke dampontwikkeling

en wordt het materiaal weggespat. Dit is zeer nefast voor de laskwaliteit.

In een volgende stap kan een dampkanaal gevormd worden in het gesmolten materiaal,

een keyhole (bijlage B.6), en een plasma- of damppluim boven het oppervlak. Deze damp-

pluim dient weggeblazen te worden met een inert gas omdat deze de laserbundel teveel zou

verstrooien. De absorptie neemt door vorming van een keyhole wel nog meer toe, totdat

ongeveer heel het bundelvermogen wordt opgenomen in het werkstuk. Dit komt doordat

32


de laserbundel,bij een keyhole, door de wanden van de lasnaad meermaals gereflecteerd

wordt, wat er voor zorgt dat bundel meermaals geabsorbeerd kan worden (figuur 2.9). Het

is duidelijk dat we op die manier ook dieper in het materiaal kunnen doordringen.

Figuur 2.9: Meervoudige absorptie bij keyholes . [22]

Het is vanzelfsprekend dat de toename in absorptie door vorming van een keyhole enkel

kan optreden als we continu lassen en dus niet pulserend. Door de snelle afkoelsnelheden

kan er bij pulserend gebruik immers onvoldoende warmte gegenereerd worden om een key-

hole in stand te houden.

Bij het lassen van kleine werkstukken, zoals tandprothesen, heeft het gepulste lassen

meestal de voorkeur. Er is een geringere warmte inbreng en de lasvorming kan beter

beheerst worden dan bij het continu lassen. De hoge vermogensdichtheden in de laser-

bundel zorgen voor een snelle opwarming en afkoeling. De structuursveranderingen in

de zone naast de las (HAZ) blijven daardoor beperkt. Bij het lassen van tandprothesen

gaat men achteraf nog oplassen; dit houdt in dat men op de las (zonder toevoegmateriaal

verwezenlijkt) nog een laspas aanbrengt met toevoegmateriaal.

Voor het lassen met een lasertoestel moeten vier lasparameters vastgelegd worden: de puls-

lengte, de frequentie, de energie en de brandvlekdiameter. Deze vier parameters bepalen

samen de warmte-inbreng. De pulslengte bepaalt samen met de frequentie de lassnelheid

die haalbaar is en de brandvlekdiameter bepaalt de nauwkeurigheid waarmee gewerkt kan

worden. De ingebrachte energie kan meestal ingesteld worden als het voltage of de stroom

waarmee gewerkt wordt. Over de te gebruiken lasparameters valt te discussieren; Liu en

Chai hebben grondig onderzocht welke instellingen bij het lassen moeten gebruikt worden

om een bepaalde sterkte te bekomen [24, 65]. Beiden gebruiken verschillende lastoestellen

en proefstaafafmetingen; wat resulteert in verschillende optimale parameters. Ze kwamen

wel beide tot het besluit dat het mogelijk is een las te bekomen die een even grote trek-

sterkte heeft als het basismateriaal. Bertrand et al kwamen tot de conclusie dat voor

elke legering die gebruikt wordt in de tandheelkunde, een parametercombinatie te vinden

is die volledige doorlassing van de prothesen garandeert [68]. Dit zegt echter niets over

de sterktes van de bekomen lassen, enige voorzichtigheid is dus geboden. Bertrand zegt

33


bovendien dat de laskwaliteit grotendeels afhangt van de operator.

Laserlassen van tandprothesen in de praktijk Vooraleer men begint te lassen,

slijpt men de resterende bramen van het freesproces weg. Men zandstraalt nadien kort

het oppervlak en spoelt het stuk af onder water. Nadien blaast men het droog. Met een

gepulste laserbundel (meestal een Nd-YAG laser) last men de verschillende delen van de

prothese aan elkaar (zie paragraaf 1.3).

Indien mogelijk zorgt men ervoor dat er volledig rond kan gelast worden. De minimale

afstand tussen twee geplaatste implantaten hangt af van patient tot patient, dit is namelijk

afhankelijk van het aanwezige bot op de desbetreffende plaatsen.

Figuur 2.10: Uitleg berekening maximale hoek.

Als richtlijn neemt men aan dat, van centrum tot centrum, er 7 mm moet zitten tussen

(standaard) implantaten (afstand a op de figuur 2.10) of 5 mm tussen de twee dichtste

punten van de implantaten (het hoofd van het implantaat niet meegerekend) [70]. Gaan

we uit van het ’slechtste’ geval (een tussenafstand van 5 mm) en veronderstellen we dat het

implantaat een standaard diameter van 3.5 mm heeft, dan is de diameter aan het hoofd

van het implantaat 4.8 mm [11]. De afstand tussen de te lassen onderdelen (afstand b op

de figuur 2.10) bedraagt dan 3.7 mm (5 - ( 4.8 - 3.5 ) = 3.7). Nemen we bovendien aan dat

de bundeldiameter 0.2 mm bedraagt dan kunnen we met volgende simpele goniometrische

formule de minimale hoek voor β berekenen:

cos(β) =(4.8+0.3)

2

3.7 + 2.4(2.1)

Dit is een hoek van 65°48’. De fabrikant geeft geen aanbevelingen over een maximaal

toelaatbare hoek, maar het mag duidelijk zijn dat de invalshoek zijn invloed zal hebben op

de kwaliteit van de las. Na het leggen van de las gaat men nogmaals reinigen: zandstralen,

afspoelen en drogen. Daarna wordt er een laagje opgelast. Men doet dit niet zozeer uit

sterkte overwegingen of om de kwaliteit van de las te verbeteren maar om er voor te zorgen

34


dat er geen bacterien in eventuele micro-openingen zich kunnen vestigen. Dit zou immers

kunnen resulteren in ontstekingen met alle gevolgen van dien.

2.4 Vergelijking verschillende lasprocessen

In de tandheelkunde worden, buiten het MIG/MAG-lassen, alle bovenstaande lastech-

nieken gebruikt. Afhankelijk van de voorkeur en ervaring van het tandlabo en de materi-

alen waarmee men werkt, gaat men een keuze maken tussen de mogelijke processen. Het

is vanzelfsprekend dat de eigenschappen van de las en de zone errond afhankelijk zijn van

het gebruikte proces. In wat volgt wordt kort vermeld wat de bevindingen uit de literatuur

zijn.

Qi et al vergeleken laserlassen (CO2-laser), elektronenbundellassen (EBW) en TIG-lassen

van 0.5 mm dikke titanium (C.P.Ti, zie paragraaf 1.2) platen [71]. Ze bestudeerden hier-

voor de microstructuur en de eigenschappen van de gelaste platen. Het laser- en TIG-

lassen gebeurde onder een helium/argon afscherming. De breedte en vervoming van de las

was bij het lasergelaste stuk het minst, daarna volgden respectievelijk het EBW-gelaste

en het TIG-gelaste proefstuk. Uit radiografisch onderzoek bleek dat de EBW- en TIG-

gelaste stukken porositeiten- en foutvrij waren, maar dat het laser gelaste stuk zwarte

lijnen vertoonde. Men weet dit aan een te hoge energiedichtheid van dit proces en men

schreef dit proces af omwille van de gewenste precisie voor de monsters; het gebruik van

de gepaste lasparameters zou dit probleem echter gemakkelijk kunnen verhelpen. Van de

drie methodes leverde het laserlassen de fijnste korrelstructuur op in de las, TIG-lassen de

grofste. Dit is te wijten aan de snelle afkoelsnelheid en de geringe warmte-inbreng bij het

laserlassen. Er werden in deze studie microhardheidsmetingen uitgevoerd; de lasergelaste

platen vertoonden de grootste hardheden (bijna dubbel zo hoog als bij de overige metho-

des). Een warmtebehandeling (zachtgloeien bijvoorbeeld) zou wel iets kunnen veranderen

aan deze hoge hardheden. Verder bleek de treksterkte van het lasergelaste proefstuk ook

bijna dubbel zo hoog te zijn als bij de overige lasprocessen. De TIG- en EBW-gelaste

platen hadden een treksterkte vergelijkbaar met het basismateriaal en braken in het ba-

sismateriaal terwijl de lasergelaste stukken braken in de HAZ. We kunnen uit deze studie

voorzichtig concluderen dat de treksterkte en hardheid bij het laserlassen verhogen maar

dat we daarvoor aan ductiliteit moeten inboeten.

Wang et al vergeleken TIG-lassen, laserlassen en infrarood braseren van titanium met

elkaar [23]. Men gebruikt hier ronde staven met een diameter van 3 mm en een lengte

van 40 mm, klasse 4 CPTi en Ti-6Al-4V werden gebruikt als materiaal (zie paragraaf

1.2). Vooraleer de stukken gelast werden werden ze grondig schoongemaakt. Alle drie

de verbindingsmethoden werden uitgevoerd onder een beschermende argonatmosfeer. De

35


gelaste stukken, alsook een groep controle proefstukken, werden allen onderworpen aan

een trekproef. Achteraf werd het breukoppervlak met een electronenmicroscoop onder-

zocht en werden microhardheidsmetingen uitgevoerd. Onderstaande tabel 2.1 geeft van

onder naar boven de toenemende treksterkte en absolute verlenging van de verschillende

verbindingsmethoden weer.

Tabel 2.1: Rangschikking treksterkte en absolute verlenging [23].

Al de proefstukken waren minder sterk en konden minder verlengen dan de controle

stukken. Bovendien bleek Ti-6Al-4V steeds beter te presteren dan het CPTi. Hieronder,

figuur 2.11, worden van links naar rechts respectievelijk de breukoppervlakken van het con-

trole stuk, het lasergelaste stuk, het TIG-gelaste stuk en het gebraseerde stuk weergegeven

(bij het CPTi).

Figuur 2.11: De verschillende breukoppervlakken bekeken onder de electronenmicroscoop [23].

Bij het controle stuk is duidelijk de insnoering, de opstaande rand en putjes in het

midden te zien, dit alles duidt op het ductiel karakter van het stuk. Het lasergelaste stuk

is duidelijk niet volledig doorgelast; enkel aan de omtrek zijn beide delen eigenlijk met

elkaar verbonden. De gelaste rand vertoonde een beperkte ductiliteit. Bij het TIG-gelaste

stuk zijn duidelijk enkele porositeiten te zien, verder vertoonde ook dit stuk een beperkte

ductiliteit. Het gebraseerde stuk vertoont duidelijk een onregelmatig breukoppervlak en

nader onderzoek toonde duidelijk aan dat het ging om een brosse breuk.

36


De warmte beınvloedde zone was het grootst bij het gebraseerde stuk, dan bij het TIG-

gelaste stuk en de kleinste HAZ werd vastgesteld bij het lasergelaste stuk. Voor beide

metalen en voor de drie verbindingsmanieren werd een duidelijke stijging in hardheid

waargenomen in de HAZ.

We dienen bij deze studie wel op te merken dat de lasergelaste stukken enkel aan de

omtrek echt verbonden waren. Dit kan enerzijds te wijten zijn aan de vorm van het

proefstuk of anderzijds aan de gebruikte lasparameters. Deze laatste werden in een korte

voorstudie bepaald; een hogere inputenergie (dan hier gebruikt) resulteerde in verdamping

van het titanium en concave verbindingen, een lagere inputenergie resulteerde in nog

minder doorlassing. Er is echter ook duidelijk op figuur 2.11 te zien dat de pulsen die

gebruikt werden elkaar onvoldoende overlappen, het ongelaste deel heeft een te piekerige

vorm en dit kan leiden tot spanningsconcentraties. We kunnen dus eigenlijk niet echt de

verschillende technieken met elkaar vergelijken, bij de twee overige technieken is immers

wel volledige doorlassing mogelijk. Bij de buisvormige structuren die in praktijk bij de

prothesen dienen gelast te worden is er wel volledige doorlassing met een lasertoestel

mogelijk. Vandaar mijn aanbevelingen in het hoofdstuk kwaliteitsborging, paragraaf 6.3.

37

Hoofdstuk 3

Lasfouten

3.1 Inleiding

In dit hoofdstuk bespreken we de lasfouten die kunnen optreden bij het lassen van tita-

nium. Eerst bespreken we lasfouten die eigen zijn aan het lassen van metalen, deze fouten

kunnen dus bij eender welk metaal voorkomen. Daarna gaan we dieper in op fouten die

vooral eigen zijn aan gelast titanium. Fouten die eigen zijn aan hoeklasen worden hierbij

doelbewust achterwege gelaten gezien ze niet van toepassing zijn op het cresco-systeem.

Voor dit deel doe ik vooral beroep op de website van het Nederlands Instituut voor

Lastechniek[3] en op het naslagwerk van William R. Oates [1]. Enkel het deel dat handelt

over porositeiten (paragraaf 3.3.1) is gebaseerd op andere naslagwerken.

3.2 Algemene lasfouten

3.2.1 Onvoldoende doorlassing of onvoldoende inbranding

Onvolkomen doorlassing duidt er op dat de onderkant van de verbinding onvoldoende is

meegesmolten en onvoldoende inbranding wijst er op dat bij een tweezijdige las beide

kanten niet voldoende zijn samengesmolten. Deze onvolkomenheid kan zich in volgende

situaties voordoen, figuur 3.1. Deze onvolkomendheden komen het meest voor bij laspro-

cessen waarbij het toevoegmateriaal eveneens als elektrode fungeert, zoals bijvoorbeeld

bij het booglassen met be-klede elektroden. Het smeltbad wordt bij deze processen direct

gevormd als de staaf- of draadelektrode afsmelt, waardoor de lasser slechts een beperkte

controle heeft op de inbranding van de las. Bij het MIG/MAG-lassen kan een verkeerde

instelling van de parameters leiden tot onvoldoende inbranding. Een te lage stroomsterkte

bij het lassen van een staande kant of een te hoge stroomsterkte gecombineerd met een te

hoge voortloopsnelheid kunnen resulteren in onvoldoende inbranding. Een correcte naad-

38

Hoofdstuk 3. Lasfouten

Figuur 3.1: Voorkomen onvoldoende doorlassing en onvoldoende inbranding [3].

vorm is ook van kapitaal belang om voldoende doorlassing te kunnen garanderen.

We kunnen onvoldoende doorlassing voorkomen door:

• Een correcte instelling van de lasparameters en de juiste elektrodediameter te ge-

bruiken bij het lassen met beklede elektroden.

• Geen te hoge staande kanten te gebruiken, zeker niet bij het TIG-lassen, zodat

voldoende energie geleverd kan worden om de wortel van de las te laten meesmelten.

• De juiste stroom in te stellen bij het lassen met beklede elektroden en geen te dikke

elektrode te gebruiken voor de grondlaag.

• Een voldoende hoge stroomsterkte te gebruiken bij het MIG/MAG-lassen. De span-

ning dienen we wel zo in te stellen dat met een voldoende korte boog gewerkt kan

worden.

• Voldoende vooropening te voorzien bij stompe naadvormen en er op te letten dat

deze niet kleiner wordt tijdens het lassen.

• Geen te hoge stroomsterkte toe te passen zodat het smeltbad de laswortel niet zomaar

kan overbruggen, met een onvoldoende doorlassing tot gevolg.

3.2.2 Bindingsfouten

Bindingsfouten treden op als het gesmolten lasmateriaal niet volledig versmelt met de

naadflanken (zie figuur 3.2, links) of met de voorgaande laspas (zie figuur 3.2, rechts).

39


Figuur 3.2: Links: onvoldoende samensmelting lasmetaal met naadflanken.

Rechts: onvoldoende samensmelting lasmetaal met vorige laspas [3].

De voornaamste oorzaken zijn:

• Ongunstige naadgeometrie: als de naadflanken te steil zijn, wordt de lasboog gepro-

jecteerd op een te groot oppervlak; wat resulteert in onvoldoende inbranding in de

naadflank. Bovendien beperkt een te steile flank de zichtbaarheid van de lasser. We

dienen er dus op te letten dat de flanken van de naad voldoende afgeschuind zijn en

we dus een goede vooropening bekomen.

• Instelling van de lasparameters: we moeten er op letten dat we met een voldoende

hoge stroomsterkte en een aangepaste snelheid lassen, zodat de boog voldoende kan

inbranden in de flanken of de vorige laspas. Een te hoge stroomsterkte of een te lage

lassnelheid kan er voor zorgen dat het smeltbad de boog voorgaat, wat opnieuw kan

leiden tot bindingsfouten.

• Gebrekkige techniek van de lasser: een foutieve stand of beweging van de elektrode

kan leiden tot een beperkte warmte-inbreng.

• Vervuiling van de naadflanken: olie, vet, verf, roest, oxides, ... moeten vooraf ver-

wijderd worden.

3.2.3 Slakinsluiting

Een slakinsluitsel ziet er meestal uit als een soort tunnel. Deze insluitingen zijn over het

algemeen desoxidatieproducten van toegevoegde mineralen afkomstig van de bekleding,

de lucht of oxides, die tijdens het lassen aan het oppervlak aanwezig waren. Ze kunnen

zowel optreden in lassen met een laspas als in lassen met meerdere laspassen. Hieronder

is schematisch weergegeven waar we slakinsluitsels kunnen verwachten, figuur 3.3.

40


Figuur 3.3: Voorkomen slakinsluitsels [3].

Deze lasfout komt voornamelijk voor bij lasprocessen waarbij er laspoeder wordt toe-

gevoegd. Dit kan gebeuren bij het lassen met beklede elektroden of het lassen met gevulde

draad. Er bestaan tal van mogelijke oorzaken voor deze onvolkomendheid:

• Een foutieve naadvoorbereiding in combinatie met een verkeerde stand van de elek-

trode, figuur 3.3b. Een onjuiste naadvoorbereiding leidt vaak tot een verkeerde

elektrodestand, er ontstaat daardoor een gebrek aan ruimte opdat de slak volledig

zou omsmelten.

• Onvoldoende overlap bij het lassen, hierdoor kan er tussen de verschillende laspassen

slak blijven zitten. Deze wordt daardoor niet meer voldoende omgesmolten bij het

leggen van de volgende laspas, figuur 3.3c.

• Het poedertype speelt ook een rol. Een van de belangrijkste functies van laspoeder,

de elektrodebekleding en de vulling van gevulde lasdraden is het produceren van

slak om het lasbad af te schermen van de atmosfeer. Afhankelijk van de gebruikte

lasmethode is deze slak minder of meer vloeibaar. Zo gebruikt men bij het verticaal

oplassen een dunne vloeibare slak die bovendien snelstollend is. We lopen bij dit

laatste lasproces dus meer kans op slakinsluitsels.

• Inbrandkerven, aan de zijkanten van de naad, die vollopen met slak en die met het

aflassen niet meer oplossen.

• Verkeerd type elektrode voor de gekozen naadvorm.

• Te bolle lassen, die onvoldoende glad geslepen worden voordat de volgende laspas

aangebracht wordt.

41


Om slakinsluitingen te voorkomen passen we best een lastechniek toe waarvan de las mooi

vlak is en inkartelingen, die snel vollopen met slak, dus voorkomen worden. Door de juiste

stroomsterkte te gebruiken tijdens het lassen kunnen we inkartelingen grotendeels vermij-

den. Tenslotte is het bij meerlagige lassen aan te raden tussen elke laspas de overtollige

slak eerst te verwijderen alvorens aan de volgende pas te beginnen.

3.2.4 Geometrie van de las

Overtollig lasmateriaal

Het materiaal dat boven het oppervlak van het basismateriaal uitsteekt is overtollig, zie

figuur 3.4.

Figuur 3.4: Overtollig lasmateriaal [3].

Als aan de las te veel materiaal toegevoegd wordt, bekomen we een dergelijke on-

volkomenheid. Dit duidt bij handmatig lassen vaak op een onvoldoende vaardigheid van

de lasser en bij het mechanisch lassen wijst dit meestal op een verkeerde lasinstelling. Bij

het lassen in meerdere lagen kan dit ook komen door een verkeerde keuze van de afzon-

derlijke laagdiktes.

We dienen dit niet alleen te vermijden uit economische overwegingen, de kosten worden

namelijk hoger zonder dat de kwaliteit van de las verbetert. De hoogte van de sluitlaag

beınvloedt ook de aanvloeiing van het lasmateriaal. Daarnaast veroorzaken de scherpe

overgangen een plaatselijke spanningsconcentratie, wat te vermijden is bij cyclische belas-

ting. Een gepaste opleiding van de lasser of een verhoogde loopsnelheid bij de mechanische

lasprocessen kunnen dit fenomeen vermijden.

Ondersnijding

Ondersnijding is eigenlijk een scherpe inkeping aan de grens tussen het lasmateriaal en

het basismetaal (zie figuur 3.5).

42


Figuur 3.5: Ondersnijding aan lasoppervlak en wortel [3].

Dit kan zich zowel voordoen aan het oppervlak van de lasnaad, aan de wortel van

de las, als tussen de verschillende laspassen. Die laatste gaat dan meestal gepaard met

slakinsluitsels.

Ondersnijding is meestal te wijten aan een te breed uitgespreide lasboog in combinatie

met een te hoge voortloopsnelheid. Bij kritisch toepassingen kan men eventueel dit ver-

schijnsel nog corrigeren door bij te slijpen of door een aanvullende laspas te leggen. We

kunnen echter beter ondersnijding vermijden door een gepaste combinatie van lasstroom,

booglengte en lassnelheid te kiezen.

Koude overlapping

Koude overlapping of overbloezing wordt veroorzaakt doordat het gesmolten lasmateriaal

over het werkstukoppervlak vloeit zonder er zich mee te verbinden. Dit kan zowel aan de

wortel als aan de bovenrand van de las optreden, zie onderstaande figuur 3.6.

Figuur 3.6: Koude overlap aan het lasoppervlak [3].

Een foute hantering van de elektrode of het laspistool waarbij de lasser de zwaartekracht

de vorm van het smeltbad laat bepalen. Oxides of een walshuid die sterk aan het opper-

vlak gehecht zijn kunnen ook versmelting verhinderen en een koude overlap veroorzaken.

We kunnen dit voorkomen door de afmetingen van ons smeltbad te beperken, een vaardig

lasser te gebruiken en door het werkstukoppervlak voldoende te reinigen.

43


Verkeerde uitlijning

Dit slaat eigenlijk enkel op het verkeerd uitlijnen van de te lassen onderdelen ten opzichte

van elkaar (bijvoorbeeld figuur 3.7).

Figuur 3.7: Een verkeerde uitlijning [3].

Aan de oorzaak hiervan ligt meestal een slechte opstelling van de te lassen onderdelen.

Bij een varierende wanddikte en vorm treden dergelijke afwijkingen frequenter op. Een

goeie opstelling kan dit soort fouten verhinderen.

Niet vol gelaste naad

Een doorlopend of onderbroken gleuf in de lengterichting van het lasoppervlak is het gevolg

van onvoldoende lasmateriaal in de las, zie figuur 3.8.

Figuur 3.8: Niet vol gelaste naad [3].

Het gevaar van dit fenomeen is dat de dikte van de las minder is dan voorzien en

zodoende kan de sterkte ervan onvoldoende zijn, wat kan leiden tot falen. Het voorkomen

ervan wijst meestal op onvoldoende vakmanschap en een bijkomende opleiding van de

lasser kan het probleem verhelpen.

Te zware doorlassing

Een vaak voorkomende lasfout is de aanwezigheid van teveel lasmetaal aan de onderzijde

van een eenzijdig gelaste verbinding (figuur 3.9).

44


Figuur 3.9: Een te zware doorlassing [3].

De meest voorkomende oorzaken hiervoor zijn:

• een te grote vooropening,

• te kleine staande kanten,

• een te hoge warmte-inbreng.

Een correcte naadvoorbereiding, aangepast aan het lasproces, en voldoende vaardigheid

van de lasser voorkomen dit probleem.

Slinkholte

Een slinkholte of holle doorlassing is een langwerpige holte aan de onderzijde van een

enkelzijdige las. Figuur 3.10 geeft hier een voorbeeld van.

Figuur 3.10: Een te zware doorlassing [3].

Slinkholtes worden veroorzaakt door het krimpen van het lasbad in de dikterichting van

de las. Dit doet zich sneller voor bij hogere lassnelheden. Opnieuw zijn een nauwkeurige

naadvoorbereiding, afgestemd op het lasproces, en een vaardig lasser de beste methodes

om een dergelijke onvolkomendheid te vermijden.

45


3.3 Lasfouten eigen aan titanium

3.3.1 Porositeiten [6]

Het smeltlassen van titanium gaat gepaard met een vorming van chemische en fysische in-

homogeniteiten in het gebied van de verbinding. Dit zorgt voor lagere proces- en werkings-

karakteristieken. De geometrische afmetingen van onze structuur worden verstoord door

de eigenspanningen van de las, porositeiten en microscheuren verschijnen in de las. Hier-

door verminderen de mechanische eigenschappen. Men schat dat 43 tot 56% [6] van het

totaal aantal fouten bestaat uit porositeiten. Porositeiten tasten de sterkte en de betrouw-

baarheid van onze las aanzienlijk aan. Voor statische belasting kunnen we aannemen dat de

capaciteit vermindert met de vermindering van de doorsnede ten gevolge van porositeiten.

Wat betreft de vermoeiing is er op de curve die de scheurgroei weergeeft, een piek waar te

nemen als de scheur een porositeit doorklieft. Deze piek wordt gevolgd door een dal; de

hoge plasticiteit rond de porositeit en de lokale afstomping van de scheurtip zorgen voor

een afzwakking van de scheurgroei. De pieken en dalen in scheurgroei compenseren elkaar,

de porositeiten hebben dus weinig effect op het algemeen vermoeiingsgedrag van de las

[72].

De porositeiten hebben een sferische vorm en een glad oppervlak. De grootte ervan hangt

grotendeels af van het gebruikte lasproces en de energie inbreng (vooral te lage energieen

zijn schadelijk). Khaled vermeldt bijvoorbeeld dat bij onderzoek naar porositeiten in

de lassen van titanium drukvaten (diameter ± 66 cm), er porositeiten met diameters tot

1.02 mm werden waargenomen [73]. Atwood et al hebben bovendien vastgesteld dat ook

bij het gieten krimpporositeiten kunnen ontstaan; zij maten porositeiten met een diameter

tot 1.19 mm op [74]. Deze laatste soort porositeiten kunnen echter door goed vakmanschap

vermeden worden [75]. Liu gebruikte in een van zijn studies [24] proefstukken met een

dikte van 0.5 en 1 mm, dit zijn diktes die te vergelijken zijn met de wanddiktes van de

ondersteuningen in de tandprothesen. Onderstaande figuur 3.11 is een sterke uitvergroting

van het breukoppervlak van een van de proefstukken (dikte 0.5 mm). Op de figuur zijn

enkele porositeiten aangeduid met pijltjes en de schaal is ook vermeld. Dit geeft ons dus

een idee van de grootte van de porositeiten die we kunnen verwachten in de lassen van de

tandprothesen ( ± 50µm schat de auteur).

46


Figuur 3.11: Grootte mogelijke porositeiten [24].

Het mechanisme achter de vorming van porositeiten is als volgt. Gedurende het verhit-

ten in het lasproces schiften de randen; een deel met vaste fase komt voor een gesmolten

plas te liggen. De rand met vaste fase last zich aan zichzelf vast, waarbij de gesmolten plas

wordt ingesloten. Dit resulteert in een gasdragende gesloten bel die tijdens fusie verder

nog gas afgeeft. Om de dichtheid van de las te laten toenemen en het aantal porositeiten

te laten dalen, moeten we ten eerste de bron van mogelijke porositeiten wegnemen en

ten tweede, als dit mogelijk is, moeten we verder meer ontgassen totdat er uiteindelijk

geen porositeiten meer gevormd kunnen worden. In het eerste geval kunnen we volgende

stappen ondernemen:

• Streven naar een hoge zuiverheid van de te lassen randen en van ons toevoegmate-

riaal.

• Behandelen van de randen en van het vulmateriaal om ruwheden en mogelijke in-

sluitsels te elimineren.

Ten tweede kunnen we de ontgassing het best verbeteren door de smelttijd te vergroten

of door een halogenide reagens op de randen en het toevoegmateriaal aan te brengen.

Deze processen kunnen wel leiden tot een vermindering in ductiliteit en sterkte door een

toename in de korrelgroei en eventuele oververhitting in de HAZ.

We gaan nu het effect na van de gebruikte methode bij het voorbereiden van de randen

voor het lassen. Traditioneel, bij het cresco-systeem ook, worden de randen fijn gefreesd.

Bij inspectie van dergelijk gelaste randen zien we een hele keten van porositeiten over de

hele fusiezone. De fijnste bellen komen voor op de fusielijn zelf. We zien dit links op

de figuur 3.12 (de porositeiten zien we als de donkere ronde vlekken), rechts zien we een

47


porositeit uitvergroot.

Figuur 3.12: Links: Porositeiten in de fusiezone van de las.

Rechts: uitvergroting van een porositeit [6].

De temperatuursprong bij het smelten resulteert in een plotse toename van de gasdruk

in de gaten en er worden bijgevolg sferische porositeiten gevormd. Op het oppervlak van

het ongelaste titanium kunnen we gesloten en open gaten zien die tijdens het smelten de

porositeiten creeren. Hoe groter de opening hoe groter de porositeit. Op de figuur 3.13 zien

we het oppervlak voor lassen. We zien duidelijk de groeven en plaatsen waar spanen van

het oppervlak verwijderd zijn (op de rechter figuur is dit te zien als de lichtere vlekken),

typisch voor frezen. Een dergelijk oppervlak zorgt voor een hoog porositeitgehalte.

Figuur 3.13: Gefreesd oppervlak voor het lassen, rechts de uitvergroting hiervan [6].

We kunnen dit probleem grotendeels vermijden door onze stukken te lasersnijden in

plaats van te frezen. Dit resulteert in een porositeitenvrije las doordat er geen putjes

zijn waaruit de porositeiten kunnen ontstaan. Figuur 3.14 toont de las van een proefstuk

dat met de laser gesneden werd, er zijn geen porositeiten te bespeuren. De praktische

realisatie hiervan is minder vanzelfsprekend door de kleine afmetingen waarop we werken,

de complexe vorm en de moeilijkheid tot automatisatie.

48


Figuur 3.14: Stuk dat met de laser gesneden werd en vervolgens gelast werd, rechts de uitver-

groting ervan [6].

Gaslasersnijden voor het lassen elimineert de vorming van porositeiten volledig. Bij dit

proces worden de eigenschappen van het metaal van de las wel aanzienlijk beınvloed door

het bestaan van een smeltbad. Een snellere koeling verbetert de eigenschappen zodanig

dat deze in de buurt komen van de eigenschappen van het basismateriaal.

3.3.2 Contaminatiescheuren [1]

Wanneer titanium blootgesteld word aan lucht, vocht of koolwaterstofverbindingen bij

temperaturen boven de 450 ◦C, neemt titanium snel zuurstof, stikstof, koolstof en water-

stof op. Deze kleine elementen komen het kristalrooster binnen in mono-atomaire vorm en

vestigen zich in de tussenruimtes van de hexagonale dichtste pakking. Doordat de contami-

nanten zich vestigen in de ruimtes tussen de basiseenheden van het kristalrooster, krijgen

we minder slipvlakken. Het is juist langs deze vlakken dat de dislocaties, die zorgen voor

plastische vervorming, zich verplaatsen. De aanwezigheid van atomen in die tussenruimtes

houdt dus plastische vervorming tegen en doet de sterkte toenemen, wat resulteert in een

aanzienlijk verlies in ductiliteit. Wanneer een zekere grens van contaminatie overschreden

wordt, kunnen de spanningen tijdens het lassen scheuren veroorzaken in het lasmateriaal.

Zuurstofniveaus in de orde van 3000 ppm in het lasmateriaal kan resulteren in transversale

scheuren in de las of de HAZ.

We kunnen dit vermijden door de blootstelling van het smeltbad en de HAZ aan dergelijke

atomen te elimineren. We kunnen dit met volgende stappen bekomen:

• We verwijderen de film aan het oppervlak rond de laszone met een stalen borstel of

met een aluminium-oxide of silicium-carbide slijpschijf (het is aan te raden een schijf

te gebruiken die nog niet op andere metalen gebruikt is).

• De laszone grondig ontvetten met aceton voor het lassen.

• Voldoende gasafscherming voorzien tijdens het lassen en deze afscherming behouden

49


tot de laszone afgekoeld is tot 260 ◦C.

• Een afschermingsgas gebruiken met een voldoende laag dauwpunt (minimum −29 ◦C,

aanbevolen −51 ◦C) en een laag zuurstofgehalte (lager dan 60 ppm).

• Het warme uiteinde van het toevoegmateriaal binnen de gasafscherming houden om

opname van zuurstof en stikstof te vermijden.

α-titanium, hetgeen het meest voorkomt (al dan niet in combinatie met de β-phase), is

zeer gevoelig aan contaminatie scheuren.

Wanneer titanium oxideert neemt het verschillende kleuren aan; afhankelijk van de lege-

ring en de graad van oxidatie. Dit gaat van zilver (milde oxidatie), tot strokleurig, tot

blauw, tot wit (ernstige oxidatie). Deze laatste duidt op een ontoelaatbare graad van con-

taminatie. Onderstaande figuur 3.15 brengt deze gradatie mooi in beeld. In tegenstelling

tot de witte kleur kan de blauw geoxideerde bovenlaag met een stalen borstel verwijderd

worden. De afwezigheid ervan duidt dus niet noodzakelijk op het ongeoxideerd zijn.

Figuur 3.15: Kleurschakering bij toenemende contaminatie van 1 tot 8 [8].

3.3.3 Waterstofverbrossing [1]

Terwijl waterstof, zoals reeds vermeld, een rol kan spelen in contaminatiescheuren, kan

het bovendien leiden tot een veel verraderlijke verbrossing gekend als vertraagd scheuren

of waterstofverbrossing. Een van de mechanismen hiervoor is de neerslag van hydriden in

de aanwezigheid van scheuren. Nemen we aan dat een microscheur aanwezig is, dan zullen

waterstofatomen zich diffuseren naar de tip van de scheur. Daar veroorzaakt een triaxiale

50


spanningstoestand grote spanningen in de tussenruimtes van het kristalrooster, holtes die

gemakkelijk waterstofatomen huisvesten. Wanneer uiteindelijk een kritische concentratie

waterstof bereikt is dan zullen de waterstofhydriden verder doorgroeien dan de scheurtip.

Het waterstof dat zich in de scheur diffuseert kan verder ook een diatomisch gas vormen

dat de druk in de scheur doet toenemen en dus ook de spanning aan de scheurtip. De hy-

driden zullen uiteindelijk uitbreken, zodat de scheur kan oprukken. Tijdens deze uitbraak

zullen de hydriden heroplossen en waterstof zal terug diffuseren in een nieuwe scheurtip,

het begin van de volgende cyclus. Deze cyclus kan zich vele malen herhalen waarbij de

scheur stapsgewijs groeit. Figuur 3.16 verduidelijkt dit mechanisme en geeft tevens een

voorbeeld van een scheur ten gevolge van waterstofverbrossing.

Figuur 3.16: Scheur ten gevolge van waterstofverbrossing en het voortplantingsmechanisme van

waterstof in de scheur [1].

Gezien waterstofverbrossing afhankelijk is van de diffusie van waterstof, is de snelheid

van de scheurgroei afhankelijk van de tijd en de temperatuur. Dagen, uren of zelfs maan-

den kunnen verstrijken vooraleer significante scheuren worden waargenomen. We kunnen

waterstofverbrossing vermijden door de blootstelling aan waterstof te minimaliseren. Wa-

terstofconcentraties vanaf 200 ppm kunnen scheuren veroorzaken. Het afschermingsgas

moet een dauwpunt hebben van minstens −39 ◦C en mag slechts een concentratie H2O

hebben van 34 ppm. Warmtebehandeling na het lassen is goed voor het ontlasten van

spanningen en dus voor het verminderen van de drijvende kracht achter de scheuren.

51


3.3.4 Ductiliteitsdip

Bepaalde legeringen en microstructuren zijn vatbaar voor scheuren wanneer men de las-

zone afkoelt van boven de β-transitie temperatuur. Meer bepaald zijn α-β legeringen die

niobium, in plaats van vanadium, als β stabiliserend element bevatten meer vatbaar voor

deze vorm van scheuren. Trekproeven uitgevoerd op scheurgevoelige stalen, gekoeld van

het enkelfasig β-veld, tonen een ductiliteitsdip. Dit is te zien op figuur 3.17.

Figuur 3.17: Ductiliteit in functie van de transitietemperatuur [1].

Plaatsen in de las en de HAZ die een dergelijke thermische weg gevolgd hebben kunnen

scheuren wanneer ze blootgesteld worden aan de thermische spanningen tijdens het lassen.

Dergelijke scheuren zijn intergranulair maar ze vertonen toch tekens van microplasticiteit.

Men neemt aan dat deze scheuren optreden wanneer volumetrische verschillen die optreden

als resultaat van de overgang van de beta naar de alpha fase [1]. Een andere verklaring

zegt dat wanneer de beta korrels overgaan naar alpha korrels, de korrelgrenzen in trek

belast worden en dit resulteert in scheuren.

52

Hoofdstuk 4

Niet Desctructief Onderzoek

4.1 Foutdetectie

Sommige methodes zijn enkel in staat de lengte van een fout te meten, andere enkel de

diepte ervan. Daarnaast geven ze elk op een afzonderlijke manier de ruimtelijke geometrie

van de fout weer. We dienen er ons ten allen tijde van te vergewissen wat de sterk-

tes en zwaktes zijn van de gebruikte testmethode. Dit voorkomt dat we blindelings op

bepaalde resultaten vertrouwen en zo tot de verkeerde conclusies zouden komen. Een fy-

sische achtergrond van elke procedure is dus meer dan welkom. We bespreken volgende

inspectietechnieken:

• Visuele inspectie

• Testen met penetranten

• Radiografie

• Akoestische testen

• Eddy current testen

• Ultrasone testen

Vooraleer we dieper ingaan op de onderliggende fysica en de haalbare resoluties bekijken

we eerst wat ruwweg mogelijk is met deze methodes.

Testmethodes gebaseerd magnetische partikels zijn niet bruikbaar voor het onderzoek naar

scheuren aangezien titanium een non-ferro (en niet magnetisch) metaal is. Let op, Eddy

Current testen zijn gebaseerd op elektromagnetische verschijnselen en dit soort testen zijn

wel toepasbaar. We zullen nu elke methode iets meer in detail bestuderen.

53

Hoofdstuk 4. Niet Desctructief Onderzoek

Tabel 4.1: Mogelijkheden van de verschillende foutdetectie methodes.

Naam AfkortingDetectie opper-

vlaktefouten

Detectie ingebedde

fouten

Visuele inspectie VT ja nee

Testen met penetran-

tenPT ja nee

Manuele ultrasone test MUT ja ja

Radiografische test RT ja ja

Akoestische testen AT ja ja

Eddy Current test ET ja

Beperkt tot de door-

dringdiepte van de

stroom

4.1.1 Visuele inspectie

Visuele inspectie gebeurt met het blote oog of met behulp van instrumenten zoals een

vergrootglas, spiegels of een endoscoop. Deze laatste staat ons toe niet alleen oppervlakte

fouten aan de buitenzijde, maar ook aan de binnenzijde van componenten waar te ne-

men. Bijkomende NDT is altijd nodig omdat we niet kunnen zien hoe de waargenomen

oppervlaktefout zich verder ontplooit onder het oppervlak. Met andere woorden, visuele

inspectie geeft ons een idee waar een oppervlaktefout zit en wat de grootteorde ervan is,

maar zegt ons niets meer over bijvoorbeeld de diepte. Niettegenstaande is dit een zeer

belangrijke en eenvoudige inspectiemethode voor het opsporen van (mogelijke) oppervlak-

tefouten.

4.1.2 Penetranten test

Een inspectie met penetranten wordt toegepast op oppervlakken. Een gekleurde of fluores-

cente vloeistof wordt aangebracht op het gereinigde oppervlak. Als er zich in het oppervlak

een scheurtje bevindt, dringt de vloeistof hierin. Hierna wordt het oppervlak gereinigd

en wordt een ontwikkelaar toegevoegd die de resterende penetrant zichtbaar maakt. Net

zoals visuele inspectie geeft het enkel een idee waar de fouten zich bevinden en in het beste

54


geval geeft het aan of een scheur doorgaand is. Hieronder is een voorbeeld gegeven van de

aangebrachte kleurstof op een werkstuk (figuur 4.1 links) en het resultaat na reinigen en

ontwikkelen (figuur 4.1 rechts); er zijn duidelijk enkele fouten aanwezig.

Figuur 4.1: Voorbeeld penetranten onderzoek (rechts het resultaat) [25].

Omdat onregelmatigheden aan het oppervlak het onderzoek beınvloeden, zal men

veelal het oppervlak op voorhand reinigen of slijpen. We moeten hierbij opletten dat

als we voor onze testen het oppervlak te grondig reinigen of slijpen, we sommige fouten

kunnen dichten.

4.1.3 Radiografie

Klassieke Radiografie

Radiografie is eigenlijk een beeldvormingstechniek gebaseerd op radioactieve stralingen.

De meest gebruikte stralingsvormen zijn X-stralen en γ-stralen, ze behoren beide tot het

elektromagnetisch spectrum. We spreken van X- of γ-radiografie, naargelang de stralings-

bron. We bespreken nu kort beide stralingstypes:

• X-stralen of rontgenstralen worden geproduceerd door elektronen, die zich aan grote

snelheden zich voortbewegen, in een voorwerp af te remmen. Men spreekt dan

over Bremsstralhung. De radioactieve X-stralen worden meestal opgewekt in een

zogenaamde rontgenbuis, zie figuur 4.2. In een vacuum wordt een gloeidraad, de

kathode, heet gemaakt. Door de hoge temperatuur ontsnapt er uit de gloeidraad

(wolfraam bijvoorbeeld) een wolk elektronen. Door een elektrisch veld worden deze

elektronen richting de anode versneld. In de anode worden de elektronen sterk

afgeremd en daarbij wordt rontgenstraling geproduceerd [76].

• γ-stralen bestaan uit radioactieve fotonen; als een radioactief atoom geexciteerd

wordt kan het een of meer fotonen uitzenden. Door het gewicht en de lading van de

deeltjes waaruit γ-straling bestaat, is dit type straling de meest energetisch elektro-

magnetisch straling [27].

55


Figuur 4.2: Werking rontgenbuis [26].

Een stralingsbron wordt aan de ene zijde van het proefobject geplaatst en een lichtgevoelige

plaat wordt achter ons object geplaatst, op een korte afstand. De straling wordt tijdens

het zenden deels geabsorbeerd. Verschillen in dichtheid (door variabele dikte, een verschil

in materiaal of de aanwezigheid van een fout) worden daardoor vastgelegd op de film.

Materialen met een hogere dichtheid zullen meer straling absorberen, op de lichtgevoelige

plaat resulteert dit in een lichtere vlekken. Het resultaat is een schaduwspel van lichtere

en donkere delen waarop interne fouten zichtbaar kunnen worden. Enkele nadelen aan

klassieke radiografie zijn:

• we werken met radioactieve straling dus moeten er strenge maatregelingen genomen

worden voor het beschermen van de operator en de omgeving.

• de haalbare resolutie is sterk afhankelijk van de kwaliteit van de lichtgevoelige plaat

(korrelgrootte).

• het resultaat is een 2D-beeld.

In de volgende sectie, over computed tomography (paragraaf 4.1.3), wordt de digitale

versie van deze techniek uitvoerig besproken en wordt er verder uitgewijd over het vershil

in absorptie en beeldkwaliteit . Hieronder worden een tweetal voorbeelden gegeven hoe

bepaalde lasfouten zich manifesteren op een radiografische foto.

• Porositeit (figuur 4.3) is het resultaat van een gasinsluiting in het uithardend

metaal. Porositeiten kunnen vele vormen aannemen op een scan maar meestal ver-

schijnen ze als een donkere, ronde of onregelmatige vlek of spat. Ze komen alleen

voor, in clusters of in rijen. Soms kan de porositeit verlengd zijn en lijkt het of ze

een staart heeft. Dit is dan het resultaat van het gas dat probeert te ontsnappen

terwijl het metaal nog in vloeibare toestand verkeert. Men noemt dit verschijnsel

56


een wormgatporositeit. Alle porositeiten zijn leemtes in het materiaal en zullen dus

meer straling doorlaten dan hun omgeving.

Figuur 4.3: Voorkomen porositeiten op scan. [27]

• Onvolledige penetratie (figuur 4.4) of een tekort aan penetratie treedt op wanneer

het lasmetaal er niet in slaagt in de wortel van de verbinding door te dringen. Het is

een van de meest verwerpelijke discontinuıteiten die in een las kan voorkomen. Een

tekort aan doordringing is een bron van spanningen en kan bijgevolg aan de oorzaak

liggen van een scheur. Op een scan verschijnt dit als een donkere zone met goed

gedefinieerde, rechte randen die de wortel van de las, onderaan het centrum van de

las, volgen.

Figuur 4.4: Voorkomen onvoldoende penetratie op scan. [27]

Computed Tomography

Algemene uitleg We gaan het hier hebben over een meer specifieke vorm van radio-

grafie; genaamd Computed Tomography (CT). De auteur beroept zich hiervoor op de

informatie uit [77],[27] en [78]. Dit proces gebruikt een computer om 2D beelden van

dwarssecties en 3D profielen te maken vertrekkend van X-stralen foto’s (γ-stralen worden

57


minder gebruikt bij deze techniek). De interne structuur van een object; dimensies, vorm,

densiteit en interne fouten worden hiermee zichtbaar. Het testobject wordt geplaatst op

een draaitafel die zich bevindt tussen de stralingsbron en het beeldsysteem. Dit beeldsys-

teem bestaat uit een aantal detectors en versterkers die het verschil meten in intensiteit en

de verzwakking van de X-stralen na het doorkruisen van het testobject. Het beeldsysteem

en de draaitafel zijn beide verbonden met een computer zodat de beelden die genomen

worden, gerelateerd kunnen worden met de positie van het testobject. De opstelling is

zichtbaar op figuur 4.5.

Figuur 4.5: Proefopstelling voor CT-scan [27].

Het beeldsysteem produceert een 2D rontgenfoto van het object zoals bij analoge ra-

diografie, dit gebeurt als hierna besproken.

We hebben een digitale vorm van onze rontgenfoto in de vorm van een matrix van pixels,

de volgende stap is nu het berekenen van het CT-nummer horend bij elke pixel. Dit

nummer geeft de grijswaarde weer die men moet toekennen aan elke pixel en het is deze

grijswaarde die weergeeft in welke mate de stralen afgezwakt of gereflecteerd worden. Het

CT-nummer is afhankelijk van de dichtheid van het materiaal, het atoomnummer van het

materiaal en van de energie van de fotonen van de gebruikte X-stralen. Eenvoudigweg

zouden we kunnen stellen dat een rontgenfoto eigenlijk een afbeelding is van verschillende

dichtheden. In de volgende stap wordt nu aan elke pixel de correcte grijswaarde gegeven

op basis van het berekende CT-nummer, dit varieert van +1000 (wit) tot -1000 (zwart).

Gespecialiseerde software maakt het mogelijk om uit verschillende rontgenfoto’s beelden

van dwarsdoorsneden te maken van het object, alsof het object in plakjes gesneden zou

worden. Meer specifiek is het dit laatste deel waaraan Computed Tomography zijn naam

58


ontleent.

Principe Computed Tomography Het beeldsysteem levert rontgenfoto’s van het

object, de 3D structuur wordt dus gecomprimeerd op een 2D beeld. De data van de

densiteiten over een horizontale lijn van het beeld bevatten informatie van het volledige

doorgestraalde vlak. Deze informatie op zichzelf is niet erg nuttig, maar als we het testob-

ject draaien en gelijkaardige data verzamelen over dezelfde horizontale lijn kunnen we door

die data te combineren ons een beeld vormen van de densiteit van een horizontale schijf

door het testobject. Onderstaand voorbeeld zal hierover meer duidelijkheid verschaffen,

figuur 4.6.

Figuur 4.6: Uitleg overlapping scans. [27]

In de figuur werd eerst een enkele lijn van densiteitdata verzameld, daarna werd het

object 90° gedraaid en werd op dezelfde horizontale lijn densiteitdata van het object verza-

meld. Als we nu de bovenste lijn in de verticale richting zouden uitstrekken, zien we dat

de lichtere zone zich uitstrekt over de hele verticale regio. Dit duidt op een zone met

een hogere dichtheid in het object gezien het beeldsysteem typisch sterker zal oplichten

daar waar het een kleinere hoeveelheid straling ontvangt. Wanneer we nu de data van de

andere lijn op dezelfde manier uitrekken en uitmiddelen over het gebied bekomen we het

uiterst rechtse beeld. We zien dan duidelijk dat er een gebied is van hogere densiteit in de

rechter bovenhoek. Moesten we dit herhalen voor meerder rotatiehoeken zouden we dit

verschijnsel nauwkeuriger kunnen definieren. Hoe meer rotatiehoeken des te nauwkeuriger

het beeld van ons object wordt. Op die manier kunnen we, zoals hieronder afgebeeld op

figuur 4.7, op basis van een aantal horizontale schijven ons driedimensionaal object op-

bouwen. Daarna kunnen we verschillende snedes maken van het bekomen digitaal object.

Het object gebruikt voor de beelden in figuur 4.7 is een gegoten aluminium proefstaaf.

59


Figuur 4.7: Opbouw driedimensionaal object [27].

Beeldkwaliteit Zoals bij elke radiografische techniek is de beeldkwaliteit uitermate be-

langrijk, gezien de betrouwbaarheid van het waarnemen (kwalitatief en kwantitatief) van

fouten hiervan afhangt. De belangrijkste parameters voor de beeldkwaliteit zijn:

• Beeldcontrast: dit is de mogelijkheid van een beeldvormingsprocedure om zeer sub-

tiele verschillen in contrast waar te nemen en af te beelden.

• Ruimtelijke resolutie: dit is de mogelijkheid om aanpalende objecten van elkaar te

onderscheiden en dit is een functie van de pixelgrootte.

• Ruis: beeldruis wordt vooral veroorzaakt door de quantumstructuur van de X-

straalbundel en is doorslaggevend voor de beeldkwaliteit gezien ze de zichtbaarheid

van lage-contrast structuren beperkt.

• Artefacten: het verschijnen van details of fouten in het CT-beeld, die eigenlijk niet

aanwezig zijn in het gescande object.

Voor- en nadelen van de CT techniek Het grootste voordeel van CT is dat het

op een niet-destructieve manier kwantitatieve informatie verschaft over de dichtheid en

geometrie van een voorwerp. Door de hoge contrast resolutie eigen aan CT scans, kunnen

materialen waarvan het verschil in dichtheid minder dan 1 % bedraagt toch van elkaar

onderscheiden worden. Structurele onregelmatigheden kunnen zo gemakkelijk aan het

licht gebracht worden. Computed Tomography is hoofdzakelijk een digitale techniek; dit

vergemakkelijkt analyse, digitale bewerking, opslag en vergelijking met resultaten van

andere niet-destructieve testen. In praktijk kan men, wat betreft resolutie, gaan tot een

duizendste van de afmetingen van het proefobject [79]. Dit is zeer hoog in vergelijking

met andere technieken. De techniek heeft natuurlijk ook zijn beperkingen; de afmetingen

van het object moeten voldoende klein zijn zodat deze binnen de bestralingsconus valt van

60


de scaninstallatie, anders kan een volledige penetratie van de x-stralen niet gegarandeerd

worden. De gebruikte algoritmes vereisen daarenboven data van scans over een bereik van

180°.

Hiernaast brengen vooral de opstelling en de kostprijs van deze techniek grote beperkingen

met zich mee. We hebben hier te maken met radioactieve stralingen, dus moeten er

belangrijke veiligheidsmaatregelen getroffen worden. Zeker bij de toestellen die in staat

zijn door metaal heen te stralen hebben de stralingen een hoge intensiteit en vormen

bijgevolg een grote risicofactor. De kostprijs voor een CT-scan van een tandprothese kan

geraamd worden op ongeveer 500e. Mits enige aanpassing van de opstelling zouden we

kunnen gaan tot het scannen van 8 prothesen in een keer. Dit zou de kostprijs brengen

op 62.5e per stuk [79].

Analyse van de beelden Naast de kwaliteit is vooral de analyse van de CT-scans

belangrijk en dit vereist toch enige ervaring. Analyse gebeurt in drie opeenvolgende stap-

pen: detectie, interpretatie en evaluatie. Al deze stappen maken gebruik van persoonlijke

visuele waarnemingen; het kunnen detecteren van discontinuıteiten in een scan. Hoe accu-

raat dit gebeurt hangt af van de belichting, kwaliteit van het beeldmateriaal en de ervaring

van de onderzoeker. De beelden uit figuur 4.3 en figuur 4.4 geven ons een eerste idee van

hoe de fouten er uit kunnen zien (op een rontgenfoto). In de CT-scans zou alles in principe

veel duidelijker waarneembaar moeten zijn ten opzichte van klassieke rontgenfoto’s gezien

we te maken hebben met 3D beeldmateriaal.

Eigenlijk spreken we van discontinuıteiten in plaats van fouten. Discontinuıteiten zijn

onderbrekingen in de typische structuur van een materiaal. Deze onderbrekingen kun-

nen voor lasverbindingen optreden in het basismetaal, het lasmateriaal of in de HAZ.

Discontinuıteiten die niet aan de codes of specificaties voldoen noemen we fouten.

4.1.4 Akoestische testen

Deze methode wordt gebruikt om fouten op te sporen tijdens belasting. Het proefstuk

wordt belast, liefst iets zwaarder dan in normale werking, zodat scheuren groeien, we

lokaal vloeien krijgen of er corrosieve stukken breken. Onder deze condities zal het object

energie vrijgeven. Een deel daarvan wordt omgezet naar akoestische golven en deze wor-

den waargenomen door piezo-elektrische geleiders die op het oppervlak zijn aangebracht.

Aan de hand van driehoeksmetingen kan men dan informatie over de positie van de fout

genereren. Deze detectiemethode is in figuur 4.8 nog eens schematisch geschetst met een

praktijkvoorbeeld.

61


Figuur 4.8: Akoestische testmethode [28].

Enkele voordelen van akoestisch testen zijn dat het informatie geeft over het gehele

object, dat het geen volledige toegang tot het proefstuk vereist en dat het alleen infor-

matie geeft over de actieve fouten. Er zijn echter ook enkele nadelen aan verbonden: het is

moeilijk de juistheid ervan aan te tonen (aanwezigheid en ligging van de fout zijn bepaal-

baar, maar de grootte ervan is bijna niet begrootbaar), het vereist zeer veel ervaring en

we kunnen de testen maar een keer uitvoeren gezien we onder belasting werken. Akoes-

tische testen worden dus meestal niet als enige NDT techniek toegepast, tenzij we over de

ervaring beschikken en de kennis hebben om op de resultaten ervan te vertrouwen. Een

groot nadeel van deze techniek is dat we het werkstuk gaan vervormen maar niet gaan

breken, vandaar dat de auteur het bij de NDT-technieken heeft ondergedeeld. We moeten

hierbij wel opmerken dat we bij dit soort testen ook niet exact kunnen bepalen hoeveel

de grootte van de fout toeneemt en of de gecreeerde fout nog aanvaardbaar is voor verder

gebruik van het beproefde object.

4.1.5 Eddy Current test

De zogenaamde Eddy Current testmethode maakt gebuikt van wervelstromen, ook wel

eddy currents of foucaultstromen genoemd, die gecreeerd worden door magnetische induc-

tie. Het principe ervan is als volgt.

Wanneer een wisselstroom door een (primaire) geleider gestuurd wordt, genereert deze

een magnetisch veld rond zich. Dit veld neemt in sterkte toe als de stroom toeneemt en

daalt als de stroom eveneens daalt. Indien er een andere (secundaire) geleider zich in dit

veranderend magnetisch veld bevindt, wordt er een elektrische stroom geınduceerd in deze

laatste. Dit zijn de zogenaamde wervelstromen. Deze veroorzaken op hun beurt ook een

wisselend magnetisch veld dat een stroom opwekt in onze primaire geleider. Het is precies

deze terugkoppeling die ervoor zorgt dat we fouten kunnen opmeten. Een scheurtje in

het oppervlak verstoort namelijk de wervelstromen in de secundaire geleider, wat zorgt

voor een vervormd magnetisch veld en dus een andere opgewekte stroom in de primaire

62


geleider. Ondertaand schema (figuur 4.9) geeft hierover verduidelijking.

Figuur 4.9: Werkingsprincipe eddy current. [29]

In de praktijk stuurt men een wisselstroom met hoge frequentie door een spoel. Het

bestudeerde oppervlak zorgt voor een wisselende impedantie van de spoel. Fouten in en

net onder het oppervlak worden gedetecteerd door vaste patronen in de verandering van

de impedantie. De penetratiediepte van deze testmethode is afhankelijk van de wissel-

stroomfrequentie en is beter bij non-ferro materialen zoals titanium. We kunnen met deze

techniek fouten opsporen, de diepte ervan opmeten, de geleidbaarheid van het materiaal

en de doordringbaarheid ervan. Deze laatste twee kunnen interessant zijn om de HAZ

vast te leggen, gezien we daar meestal te maken hebben met een ietwat andere materiaal-

configuratie. Enkele nadelen van deze NDT methode voor onze toepassing zijn dat het

veel ervaring en training vereist, fouten die parallel liggen met het oppervlak worden niet

waargenomen, het oppervlak moet toegankelijk zijn, de indringdiepte is beperkt en de

oppervlakteafwerking en de ruwheid ervan kunnen de meting belemmeren.

4.1.6 Ultrasone testen

Ultrasone ’pulse echo’ inspectie is gebaseerd op de reflectie van ultrasone geluidsgolven

door imperfecties, zoals caviteiten, scheuren en lasfouten in het materiaal. De pulsen van

ultrasone golven worden uitgezonden (pulse) en ontvangen (echo) door piezo-elektrische

probes. Ultrasone golven kunnen loodrecht in het oppervlak gezonden worden. Dit zorgt

ervoor dat we diktes kunnen meten en dat we fouten kunnen opsporen waarvan de hoofd-

dimensies parallel met het oppervlak liggen.

63


Figuur 4.10: Basisprincipe ultrasoon onderzoek [30].

De pieken A en B die we op de osciloscoop zien van figuur 4.10 zijn de reflecties van de

golf op respectievelijk een fout en de wand. De afstand (in de tijd) van de pieken tot de

oorsprong geven respectievelijk de diepte van de fout en de dikte van de plaat weer. Als

de reflectie niet perfect spiegelend is zullen we nog vele kleine piekjes waarnemen door de

verstrooiing van het signaal. Dit kan de aflezing en interpretatie behoorlijk bemoeilijken.

We kunnen de golven ook onder een hoek in het oppervlak zenden, hiervoor worden hoek-

contact probes gebruikt (figuur 4.11). Deze laatste staan ons toe fouten op te sporen die

niet parallel met het oppervlak georienteerd zijn.

Figuur 4.11: Bestraling onder een hoek [30].

Pulse echo ultrasoon onderzoek is een relatieve methode, dit betekent dat de resul-

taten altijd gerelateerd moeten worden aan een gekende situatie. Er wordt dus altijd een

vergelijking gemaakt met signalen van referentie reflectoren zoals gaten en kerven die ge-

kend zijn.

64


Het succes van deze methode hangt af van de nauwkeurigheid waarmee de probe, die de

reflecties van de fouten ontvangt, geplaatst wordt. Bij een fout parallel aan het oppervlak

lopen we de kans deze fout niet te zien of het kan zijn dat deze fout een te zwak signaal

terugstuurt. Vlakke fouten die zeer nauw of gesloten zijn kunnen ook vaak mislopen wor-

den doordat het geluid doorheen de fout getransporteerd wordt, in plaats dat het geluid

gereflecteerd wordt. Dit is vaak het geval bij vermoeiingsscheuren. De reflectie van niet

planaire fouten is zwakker dan deze van vlakke fouten maar de kans dat we een dergelijke

fout over het hoofd zien is kleiner aangezien we meer kans hebben een signaal te ontvan-

gen ondanks de zwakte ervan. Dit betekent dat we eigenlijk zorgvuldig onze probehoeken

moeten kiezen voor het zenden en ontvangen. Als we pulsen zenden met een aantal probes

onder verschillende hoeken hebben we meer kans om fouten waar te nemen en correctere

schattingen te leveren.

Voor de inspectie en detectie van fouten in de fusielijn van een las is de locatie van de

probe en diens instralingshoek van kritisch belang. We moeten ook een minimum afstand,

afhankelijk van plaatdikte en de gekozen probehoek, tussen de probe en de las houden.

De straal die uitgezonden wordt heeft een zekere diameter; dit zorgt ervoor dat de hoofd

reflectiepiek vergezeld wordt van een aantal kleinere piekjes die de interpretatie bemoei-

lijken.

Ultrasone inspectie is naast radiografie een van de meest gebruikte methodes voor het

inspecteren van een volledig volume materiaal. Meestal worden frequenties tussen 0.25 en

25 MHz gebruikt (beperkt door filterbereik) [80]. Het wordt zeer veel toegepast voor het

inspecteren van lassen. Het is toepasbaar op de meeste materialen; materialen met een

grove korrelstructuur of een zeer anisotroop gedrag kunnen moeilijk inspecteerbaar zijn

door akoestische ruis. Aangepaste probes kunnen hier een oplossing bieden. De resultaten

van de inspectie worden rechtstreeks van het scherm afgelezen. De signaalamplitude geeft

een idee van de ernst van de fout relatief ten opzichte van referentiefouten. De amplitude

geeft echter geen expliciete informate over de werkelijke hoogte van een fout gezien de

amplitude afhangt van enkele factoren en niet enkel van de foutgrootte. De lengte van de

fout kunnen we tamelijk nauwkeurig schatten aan de hand van de verzwakking van het

signaal als we de probe over de lengte van de fouten bewegen. Hoe breder de ultrasone

geluidsbundel, hoe onnauwkeuriger onze meting. Een varierende orientatie van de discon-

tinuıteit leidt ook vaak tot een verkeerde interpretatie van de foutlengte. Het interpreteren

en valideren van fouten hangt grotendeels van de operator af en het vereist veel ervaring

en kennis van materiaalstructuren.

65


4.1.7 Resoluties

Hieronder (tabel 4.2) wordt kort een overzicht gegeven van de haalbare resoluties met

elk van de hoger beschreven methodes. Deze tabel is grotendeels gebaseerd op de richt-

lijnen die de NASA geeft over de mogelijkheden van de verschillende testmethodes [31],

FITNET 2006 [30] bevestigt deze waarden. De tabel is enkel geldig voor stukken met een

dikte kleiner dan 1.27 mm; de lassen in de tandprothesen behoren zeker tot de groep. De

gebruikte symbolen worden verduidelijkt in figuur 4.12. We maken een verschil tussen

doorgaande fouten (through, T), niet volledig doorgaande fouten (partially through crack,

PTC), hoekfouten (corner, C) en ingebedde fouten (embedded, E).

Tabel 4.2: Minimaal waarneembare fout met verschillende NDT-technieken.

Testmethode Locatie fout Soort foutFoutgrootte:

a (mm)

Foutgrootte:

c (mm)

Eddy Current Open oppervlak T t 1.27

Rand of hoek T t 2.54

Penetranten Open oppervlak T t 2.54

Rand of hoek T t 2.54

Radiografie Open oppervlak PTC 0.7t 1.91

E 2a = 0.7t 0.7

Ultrasoon Open oppervlak E 0.43 2.21

0.99 0.99

De NASA-richtlijn stelt dat ultrasoon onderzoek standaard pas haalbaar is vanaf

2.54 mm plaatdikte [31]. De ingebedde fouten bij het ultrasoon onderzoek mogen af-

metingen hebben tussen de vermelde grenzen op voorwaarde dat een equivalent opper-

vlakte bekomen wordt. Deze tabel is enkel een richtlijn voor de grootteordes van enkele

beproevingsmethodes. De tabel vermeldt ook geen vereiste diktes van de fouten; enige

voorzichtigheid is dus aan de orde.

66


Figuur 4.12: Verklaring gebruikte symbolen [31].

In onderzoekslabo’s zijn grotere resoluties experimenteel haalbaar. Zo weten we bij-

voorbeeld dat met CT-scans fouten kunnen waargenomen worden met een grootte tot een

duizendste van de proefstukafmetingen [79]. Hatsukade et al hebben met een geavanceerde

testmethode (SQUID, gebaseerd op eddy current testen) hebben succesvol oppervlakte-

fouten met een doorsnede van 103 µm2 en een minimale lengte van 8 mm gedetecteerd.

Men voorspelt echter dat men met deze techniek in de toekomst fouten met een diepte

van 5µm en een breedte van 50µm of een diepte van 2.5µm en een breedte van 100µm

(maar met een zelfde lengte, ongeveer 8 mm) zal kunnen waarnemen [81].

4.1.8 Praktijkervaring

In deze paragraaf bespreken we twee niet-destructieve proeven die we hebben uitgevoerd op

het zelfde proefstuk, zie figuur 4.13. Beide proeven geven een idee van de toepasbaarheid

van deze testmethodes.

67


Figuur 4.13: Beproefd stuk.

Penetranten test

Eerst werd het oppervlak grondig schoon gemaakt met een ontvettend solvent en vervol-

gens werd het afgekuist met wat industrieel reinigingspapier. De opgekuiste lassen mogen

nu niet meer met de hand aangeraakt worden. Na reiniging werd een rode, fluorescente

vloeistof op het stuk gespoten; we laten deze vloeistof vijf minuten in het oppervlak trekken

(resultaat zie figuur 4.14 links). Vervolgens werd het oppervlak afgekuist met industrieel

reinigingspapier en werd er ontwikkelaar op het oppervlak gespoten (resultaat zie figuur

4.14 rechts).

Figuur 4.14: Proefstuk onder fluorescente vloeistof en na ontwikkeling.

Het is belangrijk niet te lang te wachten, na het aanbrengen van de ontwikkelaar, met

de evaluatie van het stuk aangezien de resterende fluorescente vloeistof uit de inkepingen

en scheuren loopt en zo het beeld beınvloedt.

68


We zien op een detailopname van het stuk, figuur 4.15, een zone met een rode schijn. Dit

kan wijzen op de aanwezigheid van een scheur maar het kan even goed komen door de

kerfwerking van de lasnaad ten opzichte van het oppervlak (een te steile overgang tussen

lasnaad en basismateriaal die de indruk geeft een kerf te zijn).

Figuur 4.15: Detailopname mogelijke scheur.

Het mag duidelijk zijn dat het niet vanzelfsprekend is een scheur te vinden met de

penetranten test, het geeft ons wel een idee van de plaats waar een scheur zou kunnen

zitten. Deze gebieden moeten wel altijd meer in detail bestudeerd worden om scheuren

uit te kunnen sluiten. We kunnen met penetranten testen ook niets zeggen over fouten

aan de binnenzijde van de prothesen.

Computed Tomogragraphy

Een titanium brug werd gescand met X-stralen en nadien driedimensioneel gereconstrueerd

met de computer. De computerreconstructie is op figuur 4.16 afgebeeld. We kunnen nu,

met gespecialiseerde software, snedes maken in de reconstructie zoals bijvoorbeeld op

figuur 4.17. Op deze afbeelding kunnen we al direct enkele slinkholtes in het gietstuk

waarnemen (aangeduid met de rode pijlen). Het grote voordeel van CT-scans is dat we

de vrijheid bezitten de plaatsen van interesse meer in detail te bestuderen. Zo hebben

we de brugondersteuningen en de lassen uit vergroot en hier hebben we dan ook snedes

genomen. Hieronder, figuur 4.18, staan een reeks opeenvolgende snedes (tussen afstand ±25µm) van een van de lassen afgebeeld. Het valt dadelijk op dat er fouten, porositeiten

en insluitsels, in deze las aanwezig zijn. Er dient opgemerkt te worden dat het verschil

tussen de verschillende fouten aanwezig in de las moeilijk te onderscheiden valt. Er is

69


Figuur 4.16: Reconstructie oorspronkelijk stuk.

Figuur 4.17: Doorsnede volledig stuk.

dus een geoefend oog nodig voor bijvoorbeeld het onderscheiden van slakinsluitsels van

porositeiten. Het duurt ook vrij lang (enkele uren) om een volledige brug te scannen.

Op basis van de snedes in figuur 4.18 heb ik de het oppervlakte percentage van de

porositeiten ten opzichte van het geprojecteerde oppervlak berekend: ± 1%. De diameter

70


Figuur 4.18: Opeenvolgende snedes las.

van de grootste porositeit is ± 0.15 mm. Passen we de criteria uit paragraaf 6.6 toe, is de

las aanvaardbaar hoewel het lijkt of deze veel fouten bevat.

De resoluties die in bij het testen van voorgaand stuk behaald werden waren niet optimaal,

dit is het gevolg van de grootte van het stuk. De haalbare resolutie is ongeveer 1/1000

van de afmetingen van het proefstuk. Hebben we een groot proefstuk dan is de resolutie

vanzelfsprekend minder. Hieronder, figuur 4.19, zijn drie beelden van een CT-scan van

een implantaat gegeven; links het volledige implantaat, in midden een snede van het im-

plantaat en rechts een detail opname van de snede. Het gaat hier om een ongelast stuk

maar het mag duidelijk zijn dat de resolutie en scherpte van de beelden zeer hoog liggen.

Figuur 4.19: CT-scan implantaat .

We hebben nog een stuk onder X-stralen beproefd, het ging hier om een prothese uit een

spaarlegering (palladium-aluminium legering). Het origineel en een detailopname van een

71


van de lassen zijn hieronder afgebeeld, figuur 4.20. Deze legering was veel minder geschikt

voor onderzoek met X-stralen; het gaf veel artefacten en was moeilijk te doorstralen.

We kunnen echter direct opmerken dat, op basis van de criteria van paragraaf 6.6, de

las verworpen moet worden door de grote porositeit(en) die aanwezig zijn (aangeduid op

figuur 4.20 met de rode pijl).

Figuur 4.20: Origineel en detailopname las van prothese uit spaarlegering.

4.2 Technieken gebaseerd op vervorming

We kunnen vervormingen op verschillende manieren meten; rechtstreeks met rekstrookjes

of met meer geavanceerde technieken. Bij elke methode moeten we een externe belasting

(in het elastische of plastische gebied) aanbrengen waardoor we vervorming kunnen op-

meten. De technieken die in deze paragraaf beschreven staan, worden in eerste instantie

aangewend om de rek in een bepaalde zone te bepalen. Deze methoden zijn allen in staat

de vervormingen van een werkstuk op te meten; waar al dan niet fouten in aanwezig zijn.

Zijn er fouten aanwezig dan zal dit een invloed hebben op de meetresultaten. Omgekeerd

kunnen afwijkende meetresultaten dus een indicatie geven dat er fouten aanwezig zijn in

het werkstuk.

4.2.1 Rekstrookmetingen

Rekstrookjes zijn een heel betrouwbare manier om vervormingen te meten. Ze worden

gekleefd op de plaats van het oppervlak waar we de rek willen opmeten. De grootte ervan

is echter een groot nadeel. Onze proefstukken zijn amper 1 cm hoog en een van de kleinst

beschikbare rekstrookjes heeft een hoogte van 3 mm, hierbij is de aansluiting nog niet bij

gerekend. Op figuur 4.21, foto en technische tekening, is een voorbeeld gegeven van een

72


zeer klein formaat van rekstrookje (afmetingen zijn vermeld op de figuur).

Figuur 4.21: Grootte rekstrookje [32].

Trial and error moet uitwijzen of deze methode al dan niet bruikbaar is. Het nadeel van

rekstrookjes is dat ze een uitmiddeling geven van verlengingen onder het oppervlak van

het rekstrookje. De exacte verlenging in een punt kan dus niet bepaald worden, daarvoor

zou een oneindig klein rekstrookje nodig zijn. Willen we de rek opmeten over een stuk

met een fout in, is er altijd de kans dat ons rekstrookje niet de volledige fout omvat en

onze metingen bijgevolg niet relevant zijn. Hieronder is een voorbeeld van een rekstrookje

gekleefd op een buis weergegeven, figuur 4.22.

Figuur 4.22: Voorbeeld rekstrookje [33].

73


4.2.2 Speckle interferometry en digital image correlation

Hoewel de traditionele manier van trek/rek metingen met behulp van rekstrookjes goed-

koop en effectief is, meten ze enkel lokale vervormingen op. Ze kunnen dus geen totaalbeeld

geven van een bepaalde belaste regio en ze vragen meestal veel tijd om ze nauwkeurig aan te

brengen. Moderne optische meettechnieken, gebaseerd op Speckle Interferometry en Digi-

tal Image Correlation, kunnen wel de vervormingen van een hele regio weergeven. Hierdoor

verruimen ze de mogelijkheden om bepaalde componenten te onderzoeken. Bovendien zijn

ze gemakkelijk en snel toe te passen en vereisen ze geen contact met het proefstuk in

kwestie.

Electronic Speckle Pattern Interferometry [7]

Electronic Speckle Pattern Interferometry (ESPI) of laser shearography is een techniek

gebaseerd op het verschijnen van lichtere en donkere vlekjes wanneer een (diffuus) opper-

vlak met een laser belicht wordt. Deze techniek kan op een zeer nauwkeurige manier de

drie verplaatsingscomponenten van een oppervlak bepalen en zodoende is deze methode

dus zeer geschikt om het globale vervormingspatroon weer te geven. De werking ervan is

beschreven in wat volgt.

Een laserstraal wordt in twee gesplitst: de ene straal wordt op het oppervlak van het proef-

stuk gericht, de andere dient als referentiestraal. Na reflectie op het oppervlak worden

beide stralen weer samengevoegd. Dit resulteert in een interferentiepatroon dat vastgelegd

wordt door een CCD camera. Vooraleer het proefstuk belast wordt, is het faseverschil,

tussen de weerkaatste straal en de referentiestraal, ϕ. Na belasting is het faseverschil

(ϕ + ∆) geworden, waarvan ∆ de nettobijdrage door vervorming is. Door het verschil

te nemen van beide faseverdelingen bekomen we dus de faseverandering die gerelateerd

is aan de vervorming in een bepaalde richting. Uit de golflengte van het licht en de fa-

severandering kunnen we dan de grootte van de vervorming berekenen in die bepaalde

richting, we bekomen dus een vector; de gevoeligheidsvector (zie figuur 4.23). Deze vector

is afhankelijk van de orientatie van de meetapparatuur. Om de volledige 3D verplaatsin-

gen van het object te bekomen, hebben we vanzelfsprekend 3 metingen nodig, waarbij de

laserbelichting telkens vanuit een andere richting gebeurt. We krijgen op deze manier de

verschillende gevoeligheidsvectoren S1, S2 en S3 . Met 3D-ESPI kunnen we dus op een

nauwkeurige manier de 3 verplaatsingscomponenten u,v en w aan het oppervlak van een

object bepalen volgens een vooropgesteld cartesiaans assenstelsel: x, y, z. De rekken voor

een vlakvervormingstoestand bekomen we dan uit volgende eenvoudige formules:

εx =∂u

∂x, εy =

∂v

∂yen γxy =

12

(∂v

∂x+∂u

∂y)

74


Figuur 4.23: Werkingsprincipe van ESPI [7].

Dit levert ons de rekken in geheel het opgemeten gebied. We krijgen dus, in tegenstelling

tot metingen met rekstrookjes, informatie over een hele regio. In onderstaande figuur 4.24

worden beide meetmethodes met elkaar vergeleken voor een welbepaald belastingsgeval.

Een composieten plaatje met een elliptische uitsparing wordt in trek belast; langs de ene

kant van het gat worden vier rekstrookjes in de belastingsrichting aangebracht, aan de

andere kant worden de verplaatsingen met ESPI opgemeten. De verschillen in rek tussen

beide methodes is te wijten aan het uitmiddelend effect van de rekstrookjes. Integreren

we de rekken bekomen met ESPI over de lengte van de rekstrookjes, komen de resultaten

uitstekend overeen zoals te zien op figuur 4.24. De afwijking wordt echter groter in de

buurt van de spanningsconcentratie.

75


Figuur 4.24: Verglelijking ESPI met rekstrookjes [7].

Het volledige beeld wordt in ongeveer 1 seconde gegenereerd. De resolutie van de

gemeten verplaatsingen is een fractie van de golflengte van de laser (tussen ± 500 en

1000 nm) en bedraagt typisch 30 tot 100 nm.

Digital Image Correlation

De ESPI-techniek geeft fantastische resultaten voor kleine vervormingen en rekken. Als we

echter verplaatsingen van enkele millimeters willen opmeten, zou deze laatste methode een

aanzienlijke hoeveelheid informatie moeten verwerken. Voor dergelijke applicaties gebruikt

men een techniek gebaseerd op de correlatie van digitale beelden (Digital Image Corre-

lation, DCI). Men brengt een stochastisch patroon aan op het oppervlak, bijvoorbeeld

een witte verf met zwarte spikkels in. Het aanbrengen van dit patroon neemt tamelijk

wat tijd in beslag en vereist nogal wat ervaring. We leggen dit patroon vast met twee

hoge resolutie camera’s, doordat we de exacte positie weten van de camera’s ten opzichte

van elkaar, kunnen we elk punt van het oppervlak identificeren in een assenstelsel. Op

deze manier is de vorm en positie van het object volledig bepaald. Figuur 4.25 brengt dit

beter in beeld. Als we ons proefstuk belasten, filmen beide camera’s de verplaatsing van

het aangebrachte patroon. Zo kunnen we met correlatieprocedures de 3D vervorming van

het object bepalen. Met dezelfde formules als voor ESPI kunnen we dan gemakkelijk de

bijhorende rekken berekenen.

76


Figuur 4.25: Het vastleggen van vorm en positie in een assenstelsel [7].

Vergelijking van beide methodes

ESPI en Digital Image Correlation zijn allebei verplaatsing/rek meetmethodes die een

volledig veld bestrijken. Het gebruik ervan hangt vooral af van de gewenste nauwkeurigheid

en van de te verwachten afmetingen van het proefstuk. Onderstaande figuur 4.26 geeft

een idee van de praktische meetgebieden van beide methodes.

Figuur 4.26: Praktische meetgebieden voor verplaatsing en rek voor ESPI en DIC [7].

In het algemeen worden voor vervorming/rek metingen bij toepassingen in het elastisch-

plastisch gebied de ESPI techniek met hoge gevoeligheid verkozen. Digital Immage Cor-

relation wordt verkozen voor metingen in het plastische gebied, voor grote meetvelden en

voor hoge meetsnelheden. Samengevat geeft dit onderstaande tabel 4.3. Beide methodes

bieden dus een snelle, driedimensionele spanning/rek analyse aan op proefstukken en op

componenten die in gebruik zijn. ESPI heeft de mogelijkheid te meten met hoge resolu-

ties en daardoor een nauwkeurig spanning/rek analyse te bekomen. DIC legt de nadruk

op het meten van grotere vervorming en rekken. Beide methodes bieden bovendien een

77


Tabel 4.3: Vergelijking van de mogelijkheden van ESPI en DCI[7] .

gemakkelijke overgang naar eindige elementen methoden aan. Een nadeel is dat de ap-

paratuur duur is en dat deze methodes enkel in laboratorium omstandigheden kunnen

gebruikt worden; elke trilling die het proefstuk (of het licht) verstoord geeft aanleiding tot

ruis.

4.2.3 Thermografie

Als een proefstuk mechanisch belast wordt, veroorzaakt dit een temperatuursverandering.

Dit kom door de energiedissipatie bij hysteresischeffecten en thermo-elasticiteit. Deze

laatste is een reversibel verschijnsel dat optreedt bij een verandering in inwendige ener-

gie tijdens een elastische vervorming van het materiaal. De variatie in rek is verwant

met een thermo-elastische temperatuur variatie. In metalen kunnen we een toename van

temperatuur waarnemen voor drukbelasting en een afname voor belasting in trek. Met

een infrarood camera kunnen we dan de temperatuursverdeling van ons belast proefstuk

waarnemen. Aanwezige fouten zorgen voor een discontinuıteit in de temperatuursverde-

ling, aan de hand van de temperatuursverdeling kunnen we dus afleiden of er zich al dan

niet fouten in ons object bevinden. De voordelen van deze techniek zijn dat er geen direct

contact is met het oppervlak voor onze meting, anderzijds dienen we wel ons proefstuk

te belasten dus is contact onvermijdelijk. Bovendien is de apparatuur duur en zijn de

metingen eerder benaderend.

78

Hoofdstuk 5

Destructieve testen

Dit hoofdstuk en het hoofdstuk 6 zijn hoofdzakelijk gebaseerd op normen voor klassieke

smeltlasprocessen en normen over titanium; met name: ISO/TR 15608rev:2004 [49], ISO

5817:2003 [50], ISO/FDIS 15614-5:2002 [10], ISO 15614-11:2002 [82], EN 288-3 [42] en ISO

15609-1:2004 [83].

5.1 Trekproef

Bij een trekproef wordt een gestandaardiseerd proefstuk ingeklemd in een proefbank en

vervolgens wordt er aan het proefstuk getrokken (meestal met een constante snelheid) tot

faling optreedt, figuur 5.1 geeft een mogelijke opstelling.

Figuur 5.1: Voorbeeld trekproef. [34]

Een trekproef is een van de meest fundamentele mechanische beproevingsmethoden;

79

Hoofdstuk 5. Destructieve testen

het geeft ons informatie over de sterkte, de vloeigrens, oppervlakte reductie, de verlenging

en het breukgedrag van het materiaal. De aangelegde kracht wordt meestal bepaald met

een lastcel en de verlenging over de las met een extensometer (er kunnen ook rekstrookjes

aangebracht worden in gebieden van interesse). Deze laatste wordt gebruikt om kleine

veranderingen in lengte uitvergroot weer te geven; figuur 5.2 geeft een voorbeeld van een

extensometer (er bestaan vele mogelijke werkingsprincipes).

Figuur 5.2: Voorbeeld extensometer [35].

Voor breuk gaat men de extensometer verwijderen, vanaf dat ogenblik gaat men de

overige verlenging bepalen uit de positie van de klemmen van de trekbank. Het resultaat

is een grafiek die de spanning in functie van de opgelegde verlenging geeft. Meestal wordt

de kracht gedeeld door de originele oppervlakte van de dwarsdoorsnede van de proefstaaf

en de verlenging wordt gedeeld door de originele lengte van het stuk, zo bekomen we een

trek-rek curve (stress-strain curve). Het resultaat is een grafiek zoals op figuur 5.3. Op

de figuur 5.3 zijn ook de vloeigrens (E op figuur 5.3) en de treksterkte (U op figuur 5.3)

aangeduid. De vloeigrens wordt bij metalen meestal arbitrair vastgelegd als de spanning

bij 0.2 % permanente verlenging, de treksterkte is de maximale spanning die kan optreden.

We dienen er op te letten dat in realiteit de spanning steeds oploopt tot breuk, we houden

bij de metingen immers geen rekening met de insnoering die optreedt voor breuk (we delen

dan om de spanning te bekomen door de oppervlakte van de werkelijke dwarsdoorsnede in

plaats van de originele oppervlakte; ook de ware rek is ander, logaritmisch, gedefinieerd).

Men spreekt dan van de ware trek-rek curve en van de ingenieurs trek-rek curve. Het

verschil is hieronder nog eens verduidelijkt, figuur 5.4. Uit de plaats waar breuk optreedt

(las, HAZ of basismateriaal) en het uitzicht van het breukoppervlak kunnen we afleiden

80


of we met een brosse of ductiele breuk te maken hebben.

Zoals reeds vermeld (zie paragraaf 1.4) worden tanden meestal belast onder druk. Al-

gemeen worden dezelfde vloeigrens en treksterkte gebruikt in druk als in trek. Normaal

gezien zijn echter grotere krachten toelaatbaar in druk dan in trek gezien aanwezige fouten

onder druk samen geperst worden en dus minder aanleiding zullen geven tot spanningscon-

centraties.

Figuur 5.3: Voorbeeld resultaat trekproef [36].

Figuur 5.4: Verschil ware en ingenieurs trek-rek curve [36].

81


5.2 Buigproef

Buigtesten zijn relatief goedkope kwalitatieve testen die gebruikt worden om zowel de

ductiliteit als de stevigheid van een lasverbinding te controleren. Voor deze test zijn geen

kostelijke installaties nodig. De teststukken zien er als volgt uit (figuur 5.5).

Figuur 5.5: Typisch vorm proefstuk voor en na buiging [37].

Deze stukken worden voor grote componenten uit buizen gesneden (voor de evaluatie

van stompe lassen van buizen) en zijn normaal gezien gemakkelijk te vervaardigen. Het

snijproces mag geen invloed hebben op de materiaalstructuur door warmte-inbreng, koeling

is dus noodzakelijk. De las wordt ook meestal vlak geslepen om spanningsconcentraties

aan scherpe hoeken te vermijden.

De twee meest gebruikte opstellingen voor een buigproef zijn hieronder afgebeeld, figuur

5.6.

Figuur 5.6: Mogelijke manieren voor buigproeven uit te voeren [38].

Het proefstuk wordt door een stempel in een mal gedrukt of men gaat het proefstuk

82


rond een buigvorm heen plooien. De stempel (met mal) en buigvorm hebben welbepaalde

voorgeschreven afmetingen afhankelijk van het materiaal, de dikte ervan en de gebruikte

verbindingstechniek. Dit wordt meestal uitgedrukt in een veelvoud van de dikte van het

proefstuk. De hoek waarover gebogen wordt is ook vooraf bepaald (90°, 120° of 180° [3])

door dezelfde parameters als de diameter van de stempel of buigvorm.

We kunnen het proefstuk testen met de laswortel aan de concave kant van het proefstuk

of aan de convexe kant, we spreken dan respectievelijk van een ’face’ of een ’root’ buiging

(figuur 5.7).

Figuur 5.7: Verschil buigstukken [38].

De convexe kant van het proefstuk wordt sterk plastisch vervormd zodat aanwezige

fouten (bijvoorbeeld porositeiten) of een verbrossing kunnen leiden tot scheurvorming of

vroegtijdig falen van het proefstuk. De toelaatbare waarden voor dergelijke fouten worden

meestal in de normen vermeld. Aan de concave zijde van het proefstuk kunnen lasfouten

zoals ondersnijding, te weinig penetratie of een gebrek aan versmelting onthuld worden

met een buigtest.

In ons geval zal het echter niet vanzelfsprekend zijn stukken te snijden uit de proefstaven,

door de kleine afmetingen van onze proefstukken (zie paragraaf 6.3). We gaan daarom

de volledige proefstaven aan een buiging onderwerpen; dit vereist een aangepaste proefop-

stelling en stempel (zie paragraaf 6.5.1). Een mogelijke opstelling is hieronder gegeven,

figuur 5.8. We kunnen besluiten dat een buigtest niet altijd vereist is maar ons toch extra

informatie verschaft over de ductiliteit van de las en invloed op de lasintegriteit van de

aanwezigheid van fouten.

83


Figuur 5.8: Voorbeeld opstelling voor buigen volledige buizen [39].

5.3 Microhardheidsmeting

Bij een hardheidstest wordt een vreemd materiaal (liefst zo hard mogelijk) in het werkstuk

gedrukt gedurende een bepaalde tijd; daarna meet men de diepte of het oppervlak van de

indrukking op. Naargelang de vorm van het indrukelement onderscheiden we verschillende

beproevingsmethoden. We bespreken verder enkel de Vickers hardheidstest omdat deze

representatief is voor de meeste normen.

Bij de Vickers hardheidstest wordt een diamanten piramide (tophoek 136°) in het materiaal

gedrukt, dit laat een vierkante indruk achter. De kracht waarmee men de piramide in het

oppervlak drukt moet zeer accuraat zijn, deze wordt een 10 tot 15 seconden aangehouden.

De oppervlakte van de vierkante indruk die hierdoor achterblijft in het materiaal wordt

optisch gemeten door de diagonalen op te meten. De hardheid (HV) kan hieruit berekend

worden; ze is evenredig met de verhouding van de toegepaste kracht en de oppervlakte

van de indrukking. Voor metalen varieert dit normaal van 100 HV tot 1000 HV [40].

Microhardheidsmetingen zijn hardheidsmetingen op een zeer kleine schaal. De belasting

varieert hier van 1 tot 1000 gram [3]. De bekomen indrukken worden opgemeten onder

een microscoop. Er bestaan ook automatische meetsystemen hiervoor die werken aan

de hand van beeldanalyse. Voor microhardheidsmetingen kunnen we ook een ultrasone

hardheidstest uitvoeren. Men brengt bij deze methode een staaf, met aan het uiteinde een

Vickers-diamant, in trilling met een instelbare frequentie. Men varieert de frequentie tot de

staaf in resonantie trilt. Deze resonantiefrequentie is afhankelijk van de mate waarmee het

oppervlak vervormt. Men kan dan die frequentie omrekenen naar een hardheidswaarde.

84


Op figuur 5.9 is nog eens kort schematisch de theorie, de praktijk en het resultaat geschetst.

Figuur 5.9: Vickers hardheidstesten [3, 40].

Doordat de permanente vervormingen die optreden bij microhardheidsmetingen zeer

klein zijn beschouwt men dit meestal als een niet-destructieve testmethode. De auteur

heeft deze testmethode echter uit veiligheid toch bij de destructieve methodes geplaatst

gezien we met zeer kleine werkstukafmetingen te maken hebben.

Hardheidstesten worden gebruikt bij het controleren van lassen omdat de hardheid een

maat kan zijn voor de taaiheid en de treksterkte van het materiaal. Klassiek voert men

een reeks hardheidsmetingen uit over de las, de HAZ en het basismateriaal. Deze metingen

geven meestal tamelijk wat variatie over de verschillende gebieden, dit is te wijten aan het

verschil in microstructuur tussen deze gebieden. Hieronder, figuur 5.10, is een voorbeeld

gegeven van een dergelijke meting.

Figuur 5.10: Hardheidsmeting over een las [3].

Men legt meestal een grens op voor de toelaatbare hardheden in de HAZ en de las

om te sterke verbrossing van het materiaal tegen te gaan. Te grote hardheden zouden

immers kunnen leiden tot het plotse falen van de las onder belasting door een te brosse

microstructuur.

85


5.4 Macro-onderzoek

Bij een macro-onderzoek wordt een klein stukje uit de lasverbinding gesneden, daaruit

wordt dan een sectie gesneden dwars op de las (figuur 5.11). We dienen hierbij op te let-

ten dat de gebruikte snijprocessen een beperkte warmte-inbreng in het proefstuk hebben

(plasmasnijden of vlamsnijden zijn bijvoorbeeld niet toelaatbaar). De HAZ van het snij-

proces zou immers onze resultaten kunnen beınvloeden; is er toch een HAZ van het snij-

proces aanwezig dient deze eerst verwijderd te worden. Het teststuk wordt vervolgens

klaar gemaakt voor een microscopisch onderzoek, dit gebeurt als volgt [84].

• Het werkstukoppervlak en de las worden vlak gemaakt; door te slijpen, frezen of

vijlen. Als een voldoende vlak oppervlak bekomen is, gaat men het oppervlak schuren

met steeds fijner schuurpapier (een speciaal type voor metalen). Het beste resultaat

voor deze laatste stap wordt bekomen door het schuurpapier op een vlak oppervlak

te leggen, het papier te bevochtigen (met water of een ander gepast smeermiddel) en

vervolgens met een matige druk het werkstuk over het papier te schuren (best altijd

in dezelfde richting) tot de groeven van het vorig schuurpapier volledig verwijderd

zijn (bij overgang naar een fijner type schuurpapier wordt telkens haaks op de vorige

schuurrichting gewerkt).

Na het glad en vlak maken wordt het oppervlak geetst. Voor een goed resultaat dient

het oppervlak voor het etsen gereinigd te worden (met het gepaste solvent) van vet,

olie of ander vuil. De etsvloeistof wordt vervolgens in het oppervlak gewreven (het

is belangrijk het oppervlak niet meer met de blote hand aan te raken) tot een goede

zichtbaarheid van de metaalstructuur bekomen is. Het stuk wordt nadien met water

gewassen en vervolgens met alcohol gespoeld. Hierna wordt het stuk zo snel mogelijk

gedroogd. Het is belangrijk de gebruikte reinigingsmiddelen en de etsvloeistof af te

stemmen op het materiaal van het teststuk.

Bekijken we nu het geetste oppervlak onder een microscoop geeft dit ons een duidelijke kijk

op de interne structuur van de las, de fusielijn, de indringdiepte en eventuele ingebedde

fouten. Er moet wel opgemerkt worden (bij foutenevaluatie) dat het gaat over een op-

name uit een bepaalde doorsnede van de las, we kunnen wel stellen dat de waargenomen

microstructuren in deze dwarsdoorsnede representatief zijn voor de hele las. Hieronder,

figuur 5.11, is een voorbeeld van een macro-onderzoek gegeven. Kort gesteld wordt deze

test vooral gebruikt voor de evaluatie van de microstructuren die in de las, de HAZ en het

basismateriaal aanwezig zijn en voor het waarnemen van eventuele ingebedde fouten.

86


Figuur 5.11: Voorbeeld van een macro-onderzoek van een T-lasverbinding [41].

87

Hoofdstuk 6

Kwaliteitsborging

6.1 Doelstelling

Dit deel heeft als doel een voorstel van een richtlijn op te stellen voor de kwaliteitscon-

trole van lasergelaste, titanium tandprothesen volgens het cresco-systeem (zie paragraaf

1.3). De procedures en variabelen beschreven in dit deel beınvloeden de kwaliteit van de

lasverbinding en dienen bijgevolg gevolgd te worden.

We behandelen achereenvolgens:

• De manier waarop de las dient gemaakt te worden (pWPS).

• De criteria waaraan de lasser moet voldoen (Kwallificatie lasser).

• De beproevingsmethoden (Kwaliteitscontrole).

• De criteria waaraan de las dient te voldoen (Aanvaardbaarheidscriteria).

6.2 Voorlopige lasprocedure specificatie (pWPS)

In de voorlopige lasprocedure specificatie wordt een eerste aanbeveling gedaan waaraan

het lasproces moet voldoen. Het is een voorlopige specificatie; praktijkervaring zal moeten

uitwijzen of er veranderingen moeten gemaakt worden in deze specificatie. De lasprocedure

specificatie is opgesteld aan de hand van de Europese norm EN ISO 15609-1 [83].

6.2.1 Fabrikant

Bij het indienen van de proefstukken dient een fiche bezorgd te worden, bijvoorbeeld zoals

op figuur 6.1. Op deze fiche staat onder andere vermeld wie de lasser van het stuk is, wie de

fabrikant van het lasertoestel is en wat de gebruikte lasparameters zijn. Vooraleer stukken

88

Hoofdstuk 6. Kwaliteitsborging

van een bepaalde lasser getest mogen worden, dient deze eerst de kwalificatieprocedure

met succes te hebben doorstaan (zie paragraaf 6.4).

Figuur 6.1: Voorbeeld invulfiche [42].

89


6.2.2 Basismateriaal

Deze specificatie gaat enkel op voor titanium en zijn legeringen; de groepen 51, 52, 53

en 54 zoals beschreven in norm CEN ISO/TR 15608rev:2004 [49]. Een meer gedetaileerd

overzicht vindt u in paragraaf 1.2.

6.2.3 Dimensies materiaal

De diameter van het contact oppervlak van het implantaat met het abutment, de kroon

of de brug varieert tussen ongeveer 3.5 mm en 6.5 mm [12, 11, 85]. De wanddikte van de

te lassen onderdelen bedraagt typisch 0.5 mm tot 1 mm. Om enige speling te hebben is

deze kwaliteitsborging geldig voor buisjes met een nominale diameter van 3 mm tot 7 mm

en met een dikte van 0.4 mm tot 1.2 mm.

6.2.4 Lasnaadvorm

De verbinding dient een stompe lasverbinding te zijn, er mag in de voorbereiding een

afschuining aangebracht worden (zoals op figuur 6.2) met als doel aan de specificaties in

paragraaf 6.2.7 en 6.6 te voldoen. De aan elkaar te lassen oppervlakken worden met elkaar

in contact gebracht (zie figuur 6.2).

Figuur 6.2: Stompe las.

6.2.5 Oplassen

Na het werkstuk gelast te hebben zonder toevoegmateriaal mag er een extra laspas opge-

last worden; hiervoor dienen de toevoegmaterialen vermeldt in paragraaf 1.2 gebruikt te

worden. Deze oplassing is niet noodzakelijk; er moet wel aan de specificaties uit paragraaf

6.2.7 voldaan worden, daarom is het wel soms aan te raden.

90


6.2.6 Lasvoorbereiding [8, 1, 9]

Grof geslepen te lassen oppervlakken worden best eerst droog gevijld om het oppervlak

gladder te maken; fijn gedraaide, gefreesde, geschaafde of lasergesneden oppervlakken

hebben deze stap niet noodzakelijk nodig. Het blijft toch aangeraden om het oppervlak

zo glad mogelijk te maken en zeker nog aanwezige oxides op het oppervlak weg te vijlen

of weg te slijpen (fijn). We kunnen deze oxides ook verwijderen door te beitsen met

een waterige oplossing van 2 tot 4% waterstoffluoride (HF) en 30 tot 40% salpeterzuur

(HNO3), erna wordt gespoeld met gedeıoniseerd water en een droging (duur hangt af van

de samenstelling).

Daarna wordt het oppervlak ontvet en ontdaan van contaminanten. Dit gebeurt best met

een ontvettend product zoals aceton of Metyl Ethyl Ketone (MEK); water, chloriden en

schoonmaakmiddelen mogen niet gebruikt worden gezien ze aanleiding kunnen geven tot

scheuren in het oppervlak. Hierna wordt het oppervlak gedroogd; het oppervlak mag voor

het lassen nu enkel nog met een stofvrije handschoen aangeraakt worden. Hoe schoner en

gladder het oppervlak, hoe minder kans op contaminatie en porositeiten.

Om de vereiste fusiediepte (zie paragraaf 6.2.7) te bekomen mag er eventueel een kleine

afschuining aangebracht worden (zie figuur 6.2) op voorwaarde dat deze niet afdoet aan

de sterkte van de verbinding beschreven in paragraaf 6.6.

6.2.7 Lasparameters

De lasparameters dienen zodanig gekozen te worden dat de diepte van de verbinding

minimaal 70% (gebruikt in de praktijk [86]) bedraagt van de dikte van het buisje. Uit

ervaring weten we dat er wel altijd een optimale parametercombinatie (pulslengte, fre-

quentie, energie en brandvlekdiameter) mogelijk is [24, 65, 68]. We moeten er ons echter

van vergewissen dat een laserlamp in intensiteit afneemt en bijna jaarlijks dient vervangen

te worden, de optimale parameters varieren dus met de slijtage van de lamp [86]. Een

maandelijkse herijking van de gebruikte lasparameters is aangewezen.

6.2.8 Afschermingsgas

Voor de gasafscherming tijdens het lassen dienen in de eerste plaats de aanbevelingen

van de lastoestelfabrikant gevolgd te worden. Daarnaast is het belangrijk de gebruikte

instellingen nog eens proefondervindelijk te testen. Las een stuk met het gebruikte gas

en debiet; controleer daarna of de kleur van de las aanvaardbaar is (zilver tot strokleurig

is aanvaardbaar, zie paragraaf 3.3.2). Wang et al gebruikten een zuiver argongas aan

een debiet van 5.4 l/min [23], dit kan een richtlijn zijn voor het vinden van het gepaste

91


gasdebiet. Dit debiet hangt vanzelfsprekend af van het gebruikte toestel of de gebruikte

couveuse.

6.3 Proefstukken

Er zijn twee soorten proefstukken, type A en type B (figuur 6.3). Het doel van beide proef-

stukken is zo goed mogelijk de praktijk te benaderen. Type A geeft een normaal te lassen

verbinding in de prothese weer, type B heeft als doel moeilijker te lassen verbindingen na

te bootsen ( gebaseerd op 2.3.2).

Figuur 6.3: Proefstukken.

• D: buitendiameter van de buisjes is 4.5 mm.

• a: minimale lengte is 35 mm.

• t: de dikte bedraagt 0.9 mm [87].

• b: maximaal 9.5 mm.

• c: maximaal 5 mm.

92


• e: minimaal 4.5 mm.

• f: minimaal 2.25 mm.

• g: minimaal 2.25 mm.

• h: minimaal 13 mm.

De lassen aangeduid met het cijfer 1 in figuur 6.3 dienen gemaakt en voorbereid te worden

zoals beschreven staat in het pWPS, zie paragraaf 6.2. De lassen met het nummer 2 in

figuur 6.3 moeten eerst gemaakt worden, deze verbindingen mogen naar believen uitge-

voerd worden. De verbindingen van de buisjes met het plaatje dienen wel bij benadering

90° te zijn. Hoeken met een afwijking groter dan 3° worden afgekeurd. De lasoverdikte aan

de binnenzijde van beide types proefstaven hoeft niet verwijderd te worden voor verder

beproevingen.

6.4 Kwalificatie lasser

Deze kwalificatietest dient om na te gaan of de lasser wel degelijk over de juiste vaardighe-

den beschikt. De lasser dient hiervoor 10 proefstukken type A en 2 teststukken type B

te lassen (proefstukken zijn beschreven in paragraaf 6.3, de lasspecificaties in paragraaf

6.2). Deze proefstukken worden allen volgens de procedure beschreven in paragraaf 6.2

getest, zowel niet-destructief als destructief. Indien alle proefstukken voldoen aan de aan-

vaarbaarheidscriteria uit 6.6, verkrijgt de lasser zijn kwalificatiecertificaat. Dit certificaat

blijft twee jaar geldig, tenzij een strengere kwaliteitsborgingprocedure ontwikkeld wordt;

dan dient de lasser in kwestie zich te kwalificeren volgens deze nieuwe procedure.

6.5 Kwaliteitscontrole

6.5.1 Testen

De testen omvatten zowel destructieve (DT) als niet-destructieve testen (NDT). De niet-

destructieve testen dienen vanzelfsprekend allen verricht te worden voor het destructief

onderzoek. Onderstaande tabel 6.1 geeft de verschillende testen weer. Beide types proef-

stukken worden aan dezelfde testen onderworpen, de buisjes uit proefstuk type B worden

net onder het plaatje losgesneden vooraleer ze getest worden.Voor de verschillende be-

proevingsmethoden staan de aanvaardbaarheidscriteria opgesomd in paragraaf 6.6.

93


Tabel 6.1: Testen.

Testtype Omvang test Type

Visuele inspectie 100% NDT

Oppervlaktescheuronderzoek (pene-

tranten)100% NDT

Radiografisch onderzoek: CT-scans 100% NDT

Trekproef 5 proefstaven DT

Buigproef 5 proefstaven DT

Hardheidsmetingen 2 proefstaven DT

Macro-onderzoek 2 proefstaven DT

Trekproef

De trekproef wordt uitgevoerd op het volledige buisje. Langs weerszijden van de las is een

vrije ruimte van 20 mm vrijgehouden (± 4D), verder is er dan nog minimaal 15 mm over

die gebruikt kan worden voor de inklemming in de trekbank.

Buigproef [10]

De buigproef wordt uitgevoerd op een volledige proefbuisje; door de kleine afmetingen van

de proefstukken is het te moeilijk stukken uit de proefbuisjes te snijden doordat deze zo

klein zijn (een te grote warmte-inbreng zou ook de resultaten kunnen beınvloeden). Voor

materialen waarvan de verlenging van het basismateriaal meer dan 20% bedraagt dient

de buighoek 180° te bedragen. De diameter van de stempel of de buigvorm dient 6 D te

zijn behalve voor groep 51 (zie paragraaf 6.2.2) waar een diameter van 4 D dient gebruikt

te worden. Voor de andere materialen wordt de diameter van de stempel of buigvorm als

volgt berekend:

d = (100D)/A−D (6.1)

• d: diameter van de stempel of buigvorm (in mm).

94


• D: diameter van het proefstuk (in mm).

• A: minimum verlenging in trek volgens de materiaalspecificaties (in mm2).

Een vereiste voor een correcte buigproef is dat het proefstuk uniform rond het vormings-

stuk buigt en dat de binnenstraal (U-vorm) van het resulterend gebogen proefstuk dicht

aanleunt tegen deze van de stempel of de buigvorm.

6.5.2 Hardheidsmeting

De Vickers methode dient toegepast te worden in de las, de HAZ, het basismateriaal

en het opgelaste materiaal (indien deze te onderscheiden valt van de rest van de las).

De hardheidsmetingen in elk van de delen moeten uitgevoerd worden op een lijn zoals

bijvoorbeeld in figuur 6.4. Iedere rij indrukkingen moet tenminste drie metingen bevatten.

In de HAZ moet de eerste indrukking zo dicht mogelijk bij de smeltlijn geplaatst worden.

Figuur 6.4: Plaatsen hardheidsmetingen [42].

6.5.3 Macro-onderzoek

Voor het macro-onderzoek wordt de proefstaaf doormidden gesneden (onder koeling zo-

dat de warmte-inbreng van het snijproces minimaal is). Beide randen van een van de

helften worden voorbereid (zoals bijvoorbeeld beschreven wordt in paragraaf 5.11) zodat

de structuur van de smeltlijn, de HAZ, de las en het basismateriaal duidelijk zichtbaar zijn.

Hardheidsmetingen mogen na het macro-onderzoek op hetzelfde staal uitgevoerd worden.

95


6.6 Aanvaardbaarheidscriteria

6.6.1 Trekproef

Het proefstuk wordt goedgekeurd indien het stuk buiten de las breekt. Zoniet mag de

treksterkte van de proefstaaf niet kleiner zijn dan de overeenkomstige gespecifieerde mini-

mumwaarde van het moedermateriaal. Dit is normaal gezien altijd haalbaar [24, 65, 66].

6.6.2 Buigproef

Het proefstuk wordt afgekeurd indien er na uitvoering van de buigproef scheuren aanwezig

zijn groter dan 3 mm en als er scheuren aanwezig zijn die dwars door de las heen gaan.

6.6.3 Hardheid

De toelaatbare hardheid in de las, de HAZ en het basismateriaal zullen in de toekomst

proefondervindelijk bepaald moeten worden. De hardheid van opzettelijk foutief (niet in

overeenstemming met de pWPS) gelaste stukken kan bijvoorbeeld getest worden en op

basis van deze waarden kunnen we eventueel limieten opstellen voor de hardheid.

6.6.4 Macro en CT-scan

Aan de hand van de norm NBN EN ISO 5817, kunnen we ons een idee vormen van de

toelaatbare fouten in de las. Deze norm geeft een overzicht van de toelaatbare fouten

in smeltlasverbindingen van platen met een dikte vanaf 0.5 mm in staal, nikkel, titanium

of hun legeringen. Er dient opgemerkt te worden dat expliciet vermeld wordt dat deze

norm niet geldt voor laserlassen en elektronenbundellassen. Er bestaat een norm voor

de fouttoelaatbaarheid bij het laserlassen, maar enkel voor staal en aluminium (en hun

legeringen), respectievelijk de normen ISO 13919-1 en -2 . Vandaar dat ik mij toch baseer

op de norm NBN EN ISO 5817.

Het kwaliteitsniveau van een las in pijpleidingen (onder druk) wordt aangeduid met een

letter B, C of D. Onder elk van deze niveaus vallen welbepaalde categorieen van toepassin-

gen [88]:

• Categorie A: gekoeld water, drinkwater, afvalwater en warm water.

• Categorie B: onbrandbare gassen op omgevingstemperatuur.

• Categorie C: brandbare gassen op omgevingstemperatuur.

• Categorie D: cryogene vloeistoffen.

96


Het is vanzelfsprekend dat naargelang het kwaliteitsniveau er strengere of minder strenge

eisen worden gesteld. Voor categorieen C en D moet er voldaan worden aan de eisen van

niveau D uit de norm (strengste eisen), voor categorie B aan de eisen van niveau C en

voor categorie A aan de eisen van niveau D uit de norm (minst streng).

Het kwaliteitsniveau die de auteur zal hanteren als leidraad is het niveau D, dit niveau

wordt gebruikt onder andere voor lassen in leidingen met drinkwater waar ophopingen van

bacterien ook ten stelligste dienen te vermeden worden. De ander niveaus zijn strenger

omdat het daar gaat over brandbare gassen en dergelijke, dit zou leiden tot te strenge

eisen voor onze lassen. De toelaatbare foutgroottes staan hieronder opgelijst; we maken

een onderscheid tussen oppervlaktefouten en ingebedde fouten. De vermelde groottes zijn

een richtlijn, verder onderzoek moet uitwijzen of de vooropgestelde waarden al dan niet

realistisch zijn. De gebruikte tekens staan onder de tabel opgelijst (zie paragraaf 6.6.4).

We moeten er op letten dat als er meerdere fouten samen voorkomen, dit geval apart dient

bekeken te worden en het al dan niet verwerpen van de las afhangt van de opinie van de

inspecteur.

97


Oppervlaktefouten

Tabel 6.2: Oppervlaktefouten [50].

Fouttype Opmerking Toelaatbaarheidsgrenzen

Scheuren en krater-

scheuren- Ontoelaatbaar

HolteMaximum dimensie voor een enkele

holted ≤ 0.3 s

Onvolledige penetratie in

de laswortel

korte onvolkomenheden:

h ≤ 0.3 t

Ondersnijding (continu of

onderbroken)

Een gladde overgang is vereist.


h ≤ 0.2 t

Overtollig lasmateriaal h ≤ 0.2 t

Niet vol gelaste naad

Een gladde overgang is vereist.


h ≤ 0.25 t

98


Interne fouten

Tabel 6.3: Interne fouten. [50]


ScheurenAlle sheurtypes buiten mi-

croscheuren en kraterscheurenOntoelaatbaar

MicoscheurenScheuren die enkel zichtbaar zijn on-

der een microscoop (50x)Toelaatbaar

Porositeiten

De maximum afmeting van het op-

pervlak beslaan door imperfecties in

vergelijking met het geprojecteerde

oppervlak.

enkele laag: ≤ 2.5 %

meerder lagen: ≤ 5 %

De maximum afmeting van het op-

pervlak beslaan door imperfecties

in het breukoppervlak (indien van

toepassing).

≤ 2.5 %

Maximum afmeting van een enkele

porositeit.d ≤ 0.4 s

Wormgaten -h ≤ 0.4 s

l ≤ s

Krimp caviteit -korte onvolkomenheden:

h ≤ 04 s

Vaste insluitsels

Slakinsluitsels

Ingesloten oxides

-h ≤ 0.4 s

l ≤ s

Metalen insluitsel

(ander dan basismetaal)- h ≤ 0.4 s

99



Onvoldoende fusie

Te weinig fusie aan de zijkant.

Te weinig fusie tussen de verschil-

lende laspassen.

Te weinig fusie aan de laswortel.


h ≤ 0.4 s

100



Tabel 6.4: Fouten door verkeerde uitlijning [50].



De correcte positie is deze waarbij

de centerlijnen van de te lassen op-

pervlakken samenvallen (tenzij an-

ders vermeld).

h ≤ 0.2 mm + 0.25 t

Meerdere fouten samen

Tabel 6.5: Meerdere fouten samen [50].


Meerdere fouten in een

snede in de lengte richting

van het buisje

Ontoelaatbaar


dwarsdoorsnede van de las

(dwars op de as van het

buisje)

101




snede in de lengte richting

van het buisje De som van de oppervlakken (Σh×l ≤ 16%). Als de afstand D tussen

twee imperfecties kleiner is dan de

lengte van een van de imperfecties,

wordt de het gebied tussen beide

gezien als deel van een grote imper-

fectie.

Σh× l ≤ 16%

Tekens

• b: Breedte van de lasversteviging.

• d : Diameter van de porositeit.

• h: Hoogte of breedte van de imperfectie.

• l : Lengte van de imperfecie in de langsrichting van de las.

• lp: Lengte van het projecteerde oppervlak of van de dwarsdoorsnede.

• s: Nominale lasdikte.

• t : Dikte van het basismateriaal.

• wp: Breedte van de las of de breedte of hoogte van de dwarsdoorsnede.

• α: Hoek van het lashoofd.

• Geprojecteerd oppervlak: fouten verspreid in een volume worden geprojecteerd op

een 2D-oppervlak; het geprojecteerde oppervlak.

102

Hoofdstuk 7

Besluit

Deze thesis is een uitgebreide basis voor verder onderzoek. De verschillende aspecten die

belangrijk zijn voor het verstaan van het cresco-systeem, de mogelijke lasprocessen en

onderzoeksmethoden en een eerste voorstel voor een kwaliteitsborgingssysteem van lassen

in tandprothesen zijn allen uitvoerig besproken. Het is een basis, verder onderzoek is

noodzakelijk. Hieronder is een korte oplijsting gemaakt van de verschillende aspecten die

nog verder onderzocht dienen te worden.

7.1 Laserlassen

Bij het cresco systeem wordt er gewerkt met een lasertoestel voor het aan elkaar lassen van

het gietstuk en de brugondersteuningen. Qi et al vonden, in hun vergelijking met andere

lasprocessen [71], dat laserlassen een aanzienlijk grotere hardheid vertonen dan de lassen

gemaakt met de andere processen. Ze toonden bovendien aan dat een warmtebehandeling

achteraf (temperen) de hardheid in de las kan verminderen. Verder onderzoek zou kunnen

uitwijzen of een dergelijke warmtebehandeling nodig is. Men kan zich nu ook de vraag

stellen of er geen geschiktere lasmethode bestaat voor het lassen van tandprothesen.

Qi et al concludeerden dat voor het lassen van titanium platen (dikte 0.5 mm) TIG-lassen

de meest geschikte lasmethode is [71]. Ook Wang en Welsch concludeerden dat TIG-lassen

betere resultaten gaf dan het laserlassen; onder andere de treksterkte bij TIG-gelaste

proefstaven was groter dan bij lasergelaste stukken [23]. Deze laatste bevinding kan te

wijten zijn aan de beperkte fusiezone bij de lasergelaste staven en de volle doorlassing

die met het TIG-lassen wel mogelijk was. Gezien we in praktijk te maken hebben met

buisvormige stukken is er procentueel gezien een grotere doorlassing mogelijk met de laser

dan bij het lassen van volle proefstaven. Niettegenstaande is een bijkomende vergelijkende

studie interessant, op voorwaarde dat we holle proefstaafjes gebruiken zoals beschreven

103

Hoofdstuk 7. Besluit

in paragraaf 6.3; dit zal ook aantonen welke lasprocessen praktisch haalbaar zijn voor

buisjes. TIG-lassen is een vrij onbekend proces in de tandheelkundige branche maar biedt

misschien veel opties naar de toekomst toe (misschien meer dan laserlassen).

7.2 Materiaal

Voor het maken van suprastructuren wordt soms chroom-cobalt gebruikt; dit is een goed-

kopere legering (dan bijvoorbeeld goudlegeringen en titanium). Men gebruikt chroom-

cobalt ook voor suprastructuren die met de laser achteraf nog gelast dienen te worden, zoals

bij het cresco-systeem. Bertrand et al en Zupanic et al bestudeerden lasergelast chroom-

cobalt, beiden constateerden dat chroom-cobalt goed lasbaar is met de laser [89, 90]; deze

laatsten stelden wel een beperkte treksterkte vast in vergelijking met gebraseerd chroom-

cobalt.

Srimaneepong et al bestudeerden de torsiesterkte van lasergelast titanium (CpTi en Ti-

6Al-7Nb) en van cobalt-chroom en kwamen tot de vaststelling dat laserlassen misschien

geen geschikte verbindingstechniek was voor chroom-cobalt [91]. Alle lasergelaste proef-

stukken die zij bestudeerden bevatten scheuren, braken in de las en vertoonden een bros

scheurgedrag. Dit zou kunnen te wijten zijn aan het argongas dat gebruikt werd en een

negatief effect kan hebben [69]. Verder onderzoek naar het gebruik van lasers voor het

lassen van chroom-cobalt is wenselijk.

7.3 Kwaliteitsborging

Het is belangrijk op te merken dat er bij het opmaken van de kwaliteitsborging nog geen

experimenten zijn uitgevoerd. Er is wel reeds een voorbereidende CT-scan gemaakt van

een las, om de mogelijkheden van deze techniek te onderzoeken en er is reeds een pene-

tranten onderzoek uitgevoerd. De resultaten van beide zijn opgenomen in de paragraaf

4.1.8.

Het deel kwaliteitsborging is opgemaakt gebaseerd op normen die gerelateerd zijn aan

laserlassen, het lassen van platen tot 0.5 mm en het fusielassen van titanium. Er bestaat

echter nog geen norm over bijvoorbeeld toelaatbare lasfouten in lasergelast titanium. On-

derzoek zal dus moeten uitwijzen of de vermelde waarden (zoals voor de toelaatbare fout-

groottes) aanvaardbaar zijn. Hetzelfde geldt voor de opgelegde fusiezone; het kan bijvoor-

beeld zijn dat een fusiezone van 60% volstaat; onderzoek zal hierover duidelijkheid moeten

brengen.

We hebben bij de opstelling van het kwaliteitsborgingssysteem ook geen rekening gehouden

104


met vermoeiing, een van de belangrijkste soorten belasting bij tanden. Onder dynamische

belasting kunnen fouten, die toelaatbaar zijn onder statisch belasting, toch aanleiding

geven tot falen. Het zou interessant zijn om proefstukken te maken met (wel begrootte)

fouten in en deze vervolgens dynamisch te gaan belasten tot breuk en aan de hand van

deze gegevens de kwaliteitsborging bij te schaven. We dienen bovendien op te merken

dat voor zowel chroom-cobalt als voor titanium er een verschil is in vermoeiingsweerstand

tussen droge belasting of belasting in water of speeksel [92, 93]. Deze factor mag zeker niet

buiten beschouwing gelaten worden. Een uitvoerige studie naar de belasting van tanden

zou hier ook op zijn plaats zijn, in paragraaf 1.4.1 wordt aangetoond dat de belasting van

tanden nog niet eenduidig bepaald kan worden. Er zijn ook weinig gegevens beschikbaar

over de impactbelasting die kan optreden tijdens het kauwen; er zou kunnen bestudeerd

worden welk effect impactbelastingen hebben op de prothesen.

Door verschillende proeven uit te voeren en met verschillende technieken te werken, zal

snel duidelijk worden wat de (in praktijk) haalbare resoluties zijn van de verschillende test-

methodes. Hieronder staan enkele suggesties opgesomd voor onderzoek naar uitbreiding

van het kwaliteitsborgingssysteem:

• Toepasbaarheid op andere materialen.

• Toepasbaarheid voor andere lasprocessen.

Naar de toekomst toe zou er een manier van steekproeven uitgewerkt moeten worden.

Bruggen zijn stukken die liefst zo snel mogelijk gemaakt worden en liefst zo nauwkeurig

mogelijk zijn, op die manier ondervindt de patient het minst ongemak van zijn tandher-

stelling. Het testen van de kwaliteit van een brug kan enkel niet-destructief gebeuren,

gezien dit stuk later nog in de mond geplaatst moet worden. We kunnen echter niet

elk stuk die geplaatst wordt controleren, anders zou het maken van een brug nog duur-

der worden en zou de tijd die nodig is voor een brug te maken (en te controleren) snel

oplopen. Een van de mogelijkheden zou kunnen zijn om de lasser (gekwalificeerd) iedere

week (periode moet uit praktijk volgen) een proefstuk type A (zie paragraaf 6.3) te laten

maken, soms wordt ook een proefstuk type B (zie paragraaf 6.3) gevraagd ter representatie

van de moeilijker te lassen verbindingen. Die proefstukken worden zowel niet-destructief

als destructief getest; blijkt nu een proefstuk niet aan de aanvaardbaarheidscriteria (zie

paragraaf 6.6) te voldoen, dan worden al de stukken die de lasser die week gemaakt heeft

niet-destructief getest. We zouden ook de een opvolging kunnen doen van de geplaatste

prothesen en deze steeds na een bepaalde, vaste periode te controleren op vervormingen

en eventuele groei van fouten. Dit geeft ons nog meer zekerheid dat falen van de tandher-

stelling vermeden wordt.

105


Op die manier kunnen we een zeker kwaliteitsniveau uitbouwen van het lasproces. Deze

methode is maar een voorstel van de auteur, onderzoek zou moeten uitwijzen of deze

manier effectief is of niet.

106

Bijlage A

Cresco

A.1 Inleiding

In dit hoofdstuk hoofdstuk wordt uitgelegd hoe de brug gemaakt wordt, van afdruk tot

finale restauratie. De auteur baseert zich hiervoor volledig op de informatie van de Astra

Tech website [15]. Stap voor stap wordt elke fase in het fabricatieproces van een cresco-

brug overlopen. De speciale onderdelen maken allen deel van het Cresco API Kit. Het is

aangewezen enkel de onderdelen van deze kit te gebruiken, gezien de producent niet kan

garanderen dat onderdelen van andere merken compatibel zijn.

A.2 De afdrukprocedure

Het healing abutment of tijdelijke restauraties dienen hiervoor eerst verwijderd te worden.

We maken een afdruklepel klaar, deze is liefst zo

aangepast dat de afdrukstiften de afdruk niet belem-

meren.

107

BIJLAGE A. CRESCO

We plaatsen de afdrukstiften op het restauratie plat-

form, gevormd door de implantaten, en we schroeven

deze vast met de bijhorende schroeven. Bijkomende

controle met X-stralen kan ons de juistheid van hun

positie waarborgen.

We passen onze afdruklepel in de mond. We moeten

zeker zijn dat de afdruklepel mooi past en dat de af-

drukstiften niet in de weg zitten.

De voorziene opening in de afdruklepel dekken we af

met een fijn laagje was.

We brengen een aangepaste lijm aan in de lepel.

De lepel wordt gevuld met een elastomerisch afdruk-

materiaal.

Om zeker te zijn van een goede afdruk, spuiten we nog

wat extra elastomerisch afdrukmateriaal toe rond de

af te drukken elementen.

108

BIJLAGE A. CRESCO

De afdruk wordt in de mond geplaatst.

We lokaliseren de afdrukstiften en we zorgen dat de

top van stiften door het was gedrukt zijn. Zodat we

ze, na harding van het afdrukmateriaal, kunnen los-

schroeven. We laten het afdrukmateriaal uitharden.

We schroeven de afdrukstiften los. Vooraleer we de

lepel opheffen moeten we er zeker van zijn dat de af-

drukstiften volledig los zitten.

De afdruklepel wordt verwijderd en we controleren

of de afdruk aanvaardbaar is. De afdruk, met de

bijhorende afdrukstiften en schroeven, worden nu

doorgespeeld naar de tandtechnieker.

A.3 De creatie van het mastermodel

We controleren of de afdrukstiften goed ingebed zijn

in het afdrukmateriaal.

109

BIJLAGE A. CRESCO

Met de schroeven bevestigen we aan elke afdrukstift

een replica.

Om de positie van de afdrukstiften in de afdruk niet

te verstoren dienen we de replica stevig vast te houden

bij het aandraaien van de schoef. We moeten ook con-

troleren dat de afdrukstiften horizontaal en verticaal

goed vast zitten in het afdrukmateriaal.

We isoleren nu de afdruk met behulp van een zelf-

hardende vloeistof. We letten er speciaal op dat het

isolatiemateriaal het bevestigingsoppervlak voor de

replica’s niet beınvloedt en we dus geen vloeistof op

de replica’s zelf aanbrengen. Het is belangrijk dit zeer

nauwkeurig te doen, dit is nodig voor de stabiliteit

tijdens het afstelproces.

110

BIJLAGE A. CRESCO

We brengen een verwijderbaar zacht weefsel aan.

Wanneer het materiaal zich gezet heeft, snijden we

het weefstel bij zodat het gemakkelijk verwijderd kan

worden.

Het zachte weefstel moet de helft van de schacht van de

replica vullen om te stabiliteit tijdens het afstelproces

te garanderen.

We vullen de afdruklepel nu met een gips van hoge

kwaliteit. Het is belangrijk om gips te gebruiken met

een perfecte stroming, lage expansie en een exacte re-

productie van kleine details. Het is hierbij belangrijk

goed de instructies te volgen van de gipsfabrikant; dit

garandeert een goeie expansie en zorgt tevens voor een

goeie stabiliteit van onze replica’s in het master model.

Nadat de gips volledig uitgehard is, draaien we de af-

drukstiften helemaal los. Vervolgens verwijderen we

de afdruklepel voorzichtig van het master model.

111

BIJLAGE A. CRESCO

We slijpen het master model bij; lateraal van de

replica’s moeten we minstens 10mm over houden om

de sterkte van het master model tijdens het afstelpro-

ces te verzekeren.

Indien we ons model in verschillende delen moeten op-

splitsen, mogen we dit nooit doen tussen replica’s die

gebruikt worden als basis voor eenzelfde constructie.

We vergewissen ons ervan dat de replica’s goed in het

model verankert zijn.

Voor het gemak in de volgende stappen van het fabri-

catieproces, mag het zachte weefsel verwijderd worden

zodat we beter aan de replica’s kunnen.

112

BIJLAGE A. CRESCO

We werken het master model af. Deze wordt met gips

bevestigt op de magnetische schijven van de articu-

lator. Groeven onder het master model vergemakke-

lijken het herpositioneren in de articulator na het af-

stelproces. In volgende stap moet het zacht weefsel

terug op zijn plaats gezet worden als hulp voor het

bepalen van het verband tussen tandvleesrand en de

componenten van onze bouwstructuur.

Voor het bepalen van de kaakrelaties en de ruimtelijke

parameters, monteren we nu ook het master model van

tegenovergesteld kaak in de articulator.

A.4 Creatie van het frame

We kunnen nu de hele zaak plannen, rekening houdend

met de maximale vervorming van de wassen buisjes.

Het kan handig zijn om een geleiding te gebruiken;

hiervoor kunnen we bijvoorbeeld de schroeven van de

eerste stappen gebruiken.

113

BIJLAGE A. CRESCO

De wassen buisjes brengen we aan op de replica’s en

we zetten deze vervolgens vast met een schroeven-

draaier. We bepalen nu de hoek voor de wassen

buisjes zodat we een optimale toegang bekomen voor

de brugschroeven. De buisjes kunnen 360° graden

gedraaid worden om de beste positie te vinden.

De wassen buisjes brengen we aan op de replica’s en

we zetten deze vervolgens vast met een schroeven-

draaier. We bepalen nu de hoek voor de wassen

buisjes zodat we een optimale toegang bekomen voor

de brugschroeven. De buisjes kunnen 360° graden

gedraaid worden om de beste positie te vinden.

Als we een bepaalde hoek nodig hebben in onze buisjes

dan verwezenlijken we dit met het waswerktuig. In

dit toestel worden de wassen buisje boven een vlam

verwarmd onder constante rotatie.

We buigen het buisje. De maximum haalbare hoek

is 17°, de benodigde hoek hangt uiteraard af van het

ontwerp van de uiteindelijke restauratie.

114

BIJLAGE A. CRESCO

De maximum hoek van het buisje hangt natuurlijk ook

af van de hoogte van de opbouw.

We vijzen nu de wassen buisjes losjes terug op de

replica’s. Een laatste wijziging aan de richting van de

buisjes wordt aangebracht om zo uiteindelijk een es-

thetisch en functioneel optimale opbouw te bekomen.

De platte schroevendraaier is zodanig ontworpen dat

deze bij de vervormde wassen buisjes de schroefjes nog

altijd kan aandraaien en dit tot en met een kromming

van 17°.

We passen de hoogte van de wassen buisjes aan met

een gepast slijpinstrument. De hoogte moet ongeveer

gelijk zijn aan de hoogte van de uiteindelijke structuur.

We maken nu onze brug structuur in was.

We verwijderen het teveel aan was; de onderrand van

de was moet ten minste 3 mm boven de onderkant van

het wassen buisje gelegen zijn.

115

BIJLAGE A. CRESCO

We werken de was modellering af en we bereiden het

gietproces voor.

A.5 Het gieten van de brugondersteuning

Als we een titanium brug maken, dan moet de ondersteuning vanzelfsprekend ook van

titanium zijn. Bovendien moet men ook dezelfde legering gebruiken om een optimaal re-

sultaat te bekomen. De brugondersteuningen kunnen op voorhand gemaakt worden en ze

worden dan samen met de opbouw naar het afstellabo gestuurd. Om de beste resultaten

te bekomen moeten we de gietinstructies nauwgezet volgen.

We plaatsen de wassen gietmond aan de onderkant van

de ondersteuning. De gietmond mag de fijne groef in

de ondersteuning niet raken. Na het gieten wordt de

ondersteuning immers afgesneden op deze groef en het

is belangrijk dat ons resultaat geen overtollig materi-

aal bevat.

116

BIJLAGE A. CRESCO

We bevestigen de gietmond, samen met de brugonder-

steuning, op de gietkegel om het gieten te vergemak-

kelijken. Dit betekent dat we de ondersteuning zo ver-

ticaal mogelijk plaatsen om zo in deze laatste een opti-

maal gietresultaat te krijgen. De voorbereidingen kun-

nen verschillen naargelang de gebruikte giettechniek.

Het is aan te raden de instructies van de leverancier

van het gietmateriaal te volgen. De ondersteuning en

de opbouw zouden in een gietproces kunnen gemaakt

worden, maar soms vereisen de expansie eigenschap-

pen twee verschillende stappen.

We gieten de inbedmassa in de mal, we zorgen er hier-

bij voor dat het materiaal de toegangsgaten voor de

schroeven van beneden naar boven kan vullen. Dit

doen we om zeker te zijn dat deze gaten volledig

opgevuld worden. We vermijden het gebruik van

snelle giettechnieken en snel hardende vullingsmate-

rialen omdat deze ons wassen model kunnen doen

scheuren ten gevolge van het uitzettende acrylaat. Na

harding van de inbedmassa wordt ons stuk gegoten

met de verloren-was-techniek.

We verwijderen ons gietstuk uit de inbedmassa en

reinigen het met aluminiumoxide bij een lage druk.

117

BIJLAGE A. CRESCO

We snijden de ondersteuning op de dunne groef, dit

geeft de brugondersteuning de correcte hoogte. Het is

belangrijk dat er geen overtollig materiaal op de on-

dersteuning aanwezig is. We controleren dat er geen

inbedmassa achter gebleven is op ons gietstuk en dat

er geen gietfouten aanwezig zijn zoals porositeiten en

uitwendige bellen. De brugondersteuning ondergaat

hierna nog een reinigingsproces in het afstellabo. Deze

kan enkel kleine fouten corrigeren, het is dus de be-

doeling dat we het afstellabo een zo goed mogelijk

afgewerkt product leveren.

De opbouw wordt op een gelijkaardige manier ver-

vaardigd. We slijpen het frame bij tot we het gewen-

ste design bekomen. Dit vergemakkelijkt ook het

hanteren na het afstelproces.

Vervorming van het gietstuk (hier de opbouw) is

meestal eigen aan het gieten van een frame in een stuk

en is een gevolg van de koelfase in het gietprocede. Op

dit moment houden we nog geen rekening met deze

vervorming. In het afstelproces wordt deze afwijking

gecompenseerd en zal de opbouw een perfecte passieve

passing hebben.

118

BIJLAGE A. CRESCO

A.6 Overbrenging van de plaatsverbanden

We draaien de opbouw zachtjes vast op ons mas-

ter model; we gebruiken hiervoor tenminste twee

schroeven.

We brengen een kleverige was aan tussen de opbouw

en het master model om hun positie ten opzicht van

elkaar vast te leggen.

We verwijderen de schroefjes nu, maar we laten de was

intact.

119

BIJLAGE A. CRESCO

We monteren het master model met gips op de mag-

netische schijven. Vervolgens plaatsen we deze in de

bovenste houder van de articulator. Een tweede mag-

netische schijf vullen we met plaaster, deze plaatsen

we in de onderste houder van de articulator.

Door de articulator te sluiten laten we het master

model zakken tot een bepaalde hoogte. Hierbij dom-

pelen we onze opbouw onder in het gips. Na het

uitharden van het gips verwijderen we de was.

We openen de articulator. Het frame werk zit nu

vast in de tegenovergestelde gipssokkel. De articulator

behoudt echter het verticaal en horizontaal verband

tussen de opbouw en de replica’s in het master model.

Indien nodig verwijderen we wat gips zodat er toch

3mm aan de bovenzijde van het frame vrij is.

120

BIJLAGE A. CRESCO

A.7 Het afstelproces

Het doel van het afstelproces is om afwijkingen van de opbouw, die tijdens het gietproces

optraden, te corrigeren. Het afstellabo levert dus een opbouw af waarvan de passieve

passingeigenschappen gegarandeerd zijn.

We schroeven de brugondersteuningen vast op het

master model en vervolgens plaatsen we de twee mag-

netische schijven (uit voorgaande productiestap) in de

houders van de cresco precisie machine.

We stellen de machine in op de gewenste snijhoogtes

voor de uiteinden van de opbouw. Elk uiteinde wordt

afgesneden tot het gewenste transversale vlak, zo

creeren we de vereiste ruimte voor onze brugonder-

steuningen.

De individuele lengtes van de ondersteuningen worden

automatisch berekend en vervolgens worden de onder-

steuningen gesneden op de juiste hoogte door de cresco

precisie machine. Tijdens dit proces worden ook de

gietfouten gecompenseerd. De machine werkt met een

afmetingen tot 0.001 mm nauwkeurig, dit om zo een

optimaal resultaat te bekomen.

121

BIJLAGE A. CRESCO

Het eindresultaat is een perfecte passing tussen de

twee transversale platen. We hebben dus de ideale si-

tuatie gecreeerd om een laserlasverbinding te maken.

Vooraleer we beide delen aan elkaar lassen zorgen we

ervoor dat al het gips van de te lassen onderdelen ver-

wijderd is.

We lassen beide delen aaneen. We volgen hierbij

zorgvuldig het lasprocede. Hierna wordt alles terug

naar het tandlabo gezonden.

A.8 Afwerking van het frame

Vooraleer het geheel naar de clinicus gestuurd wordt voor een eerste pasbeurt, controleren

we het slijpwerk, de lassen en de passieve passing.

122

BIJLAGE A. CRESCO

We controleren de occlusale ruimte van de opbouw.

Indien er nog moet bijgeslepen worden mag er in geen

geval direct op de las geslepen worden. Dit leidt im-

mers tot een verlaagde sterkte ervan en dit kan lei-

den tot falen. De schroefjes moeten ook correct en

vlot functioneren. Als we moeten bijslijpen, doen we

dit met een ronde boor en we slijpen de binnenkant

van de schroefingang bij waar nodig. Door te slijpen

langs de onderkant zorgen we er voor dat de schroef-

zittingen niet beschadigd raken. We vermijden het

gebruik van conische boren omdat deze types groeven

kunnen maken in de wanden.

De afgewerkte opbouw wordt aan de prosthodontist

afgeleverd voor een eerste pasbeurt. Een passing is aan

te raden wanneer grote restoraties worden gedaan. De

passing gebeurt met de uiteindelijke metalen opbouw

vooraleer we de restauratie gaan afwerken. Bij kleine

werken is het een optionele stap.

A.9 Passing van het framewerk

We verwijderen het healing abutment van de tijdelijke

restauratie.

123

BIJLAGE A. CRESCO

We passen de brug in de mond, we draaien deze met

een lichte vingerkracht vast op het restauratieve plat-

form. De passing zou moeten bevestigen dat we inder-

daad een passieve passing hebben en dat het ontwerp

van de functionele oppervlakken in orde is alsook de

weefsel condities. Een X-stralen foto kan de integriteit

van de verbinding tussen de opbouw en het restau-

ratieve platform verifieren. De brug wordt na deze

stap teruggestuurd naar de tandtechnieker.

A.10 Afwerking van de restauratie

Vooraleer we het frame afwerken zien we de anatomische richtlijnen en het uiteindelijke

ontwerp na.

We kijken of er genoeg plaats is voor het oplegma-

teriaal, indien nodig slijpen we wat bij. Er mag

voorzichtig geslepen worden in de nabijheid van de

las om een schuiner vlak te maken met de bedoeling

een geleidelijkere overgang te krijgen tussen metaal en

het oplegmateriaal. Er mag echter niet op de las zelf

geslepen worden, dit resulteert in een verzwakking van

zijn sterkte.

We kunnen materiaal opleggen helemaal tot de on-

derkant van de opbouw zodat we de las bedekken. We

dienen er wel op te letten dat we geen materiaal aan-

brengen op de onderkant zelf. Dit zou immers leiden

tot een slechte verbinding van onze opbouw met het

restauratieve platform waar we de opbouw moeten op

aanbrengen. Voor een optimaal resultaat moeten we

bij het opleggen van het materiaal goed de richtlijnen

van de fabrikant volgen.

124

BIJLAGE A. CRESCO

We moeten er ook op letten dat het oplegmateriaal

de hoek van de toegangsgaten voor de schroeven niet

vergroot of verkleint. Dit heeft immers een negatieve

invloed op het aandraaien van de schroeven.

De fabricatie is nu voltooid en de uiteindelijke restau-

ratie wordt opgestuurd naar de prosthodontist.

A.11 Uiteindelijke restauratie

Vooraleer we de uiteindelijke restauratie installeren dienen we deze grondig te reinigen en

te steriliseren. Het reinigen gebeurt liefst in een ultrasone eenheid met een mengsel van

vaatwasproduct en water. We plaatsen alles in een autoclaaf en volgen de producent zijn

instructies.

We plaatsen de uiteindelijke restauratie met de

voorziene schroeven. We verifieren de passieve pas-

sing, het functioneel oppervlak en de zachte weef-

sel situatie. We draaien de schroefjes aan met een

vingerkracht, 20 Ncm. Voor een laatste aanspanning

van de schroefjes kunnen we in plaats van een gleuf

schroevendraaier ook een momentsleutel gebruiken.

Het aanbevolen moment bedraagt 35 Ncm. Hierna be-

dekken we de schroefkoppen met rubber, katoen of een

tijdelijk vullingmateriaal, deze laatste is gemakkelijk

te recupereren. We gebruiken geen polytheen materi-

aal als vullingmateriaal omdat deze moeilijk te verwij-

deren kan zijn.

125

BIJLAGE A. CRESCO

We dichten de rest van de schroefingang met het

gepaste composietmateriaal. We doen dit zodanig

dat het composiet materiaal esthetisch het best

overeenkomt met het gewenste resultaat.

126

Bijlage B

Verklarende woorden

B.1 Articulator

De articulator, zie figuur B.1, is een houder voor gipsmodellen waarmee de bewegingen

van het kaakgewricht kunnen nagebootst worden. Dit is nodig voor de tandarts en de

tandtechnicus om deze correlaties in rekening te brengen bij het vervaardigen van een

prothese, kroon of brugwerk. Met dit toestel kan men bij het vervaardigen van een prothese

of kroon er voor zorgen dat deze bij depatient tijdens het kauwen, slikken en spreken perfect

functioneert zonder storende contacten.

Figuur B.1: De articulator [43].

127

BIJLAGE B. VERKLARENDE WOORDEN

B.2 Benaming tanden

In de tandheelkunde heeft elke tand een specifieke benaming. Onderstaande figuur B.2

geeft de engelse benaming van elke tand schematisch weer.

Figuur B.2: Schematisch weergave benaming tanden [44].

De nederlandse terminologie:

• Incisor: snijtand.

• Canine: hoektand.

• Premolar: premolaar of valse kies.

• Molar: molaar of kies.

B.3 Capillariteit

Capillariteit is een natuurlijk verschijnsel. Het gekendste voorbeeld van capilariteit is

water in een fijn buisje; het water aan het contact oppervlak met het buisje staat hoger

128


dan in het midden van het buisje (zoals te zien op figuur B.3). Dit fenomeen is een

interactie van cohesie, adhesie en oppervlaktespanning.

Figuur B.3: Voorbeeld van capillariteit [45].

B.4 Cementeren

Cementeren is een vakterm die men in de tandheelkunde gebruikt voor lijmen. Meer spe-

cifiek maakt men een onderscheid tussen mechanische en chemische verbindingen. Naarge-

lang het soort verbinding worden verschillende bindingsmiddelen gebruikt:

• Mechanische retentie: oxyfosfaatcement.

• Voorlopige cementen: glasionomeercement.

• Chemische retentie: composietcement.

B.5 Dauwpunt

Het dauwpunt is de temperatuur tot waar de lucht, of in ons geval het inerte gas, moet

afgekoeld worden om verzadigd te geraken, bij verdere afkoeling treedt condensatie op.

B.6 Keyhole lassen

Bij lasprocessen met hoge energie-intensiteiten (zoals laserlassen) kan het gebeuren dat het

materiaal lokaal verdampt; de dampdruk die hierbij ontstaat creeert een gat (de keyhole)

in het smeltbad. Dit gat kan tot diep in het materiaal doordringen vandaar dat men deze

lasmanier ook wel dieplassen noemt. Hieronder, figuur B.4, is schematisch het keyhole

lassen afgebeeld.

129


Figuur B.4: Schematisch weergave key hole lassen [46].

Bij het keyhole lassen is de diameter van de keyhole ongeveer 1.5 tot 2 keer zo groot als

de diameter van de lasspot. De ontstane dampdruk in de keyhole is voldoende hoog om

de hydrostatische krachten van de smelt en de oppervlaktespanning te weerstaan, zodat

het gat open blijft. Door de reflecties in het gat hebben we een grotere absorptie bij het

laserlassen (± 80 %), de laserstraling kan dus diep in het materiaal indringen.

B.7 Monochromatisch

Monochromatisch wil zeggen dat het gebruikte licht een enkele golflengte heeft en dat

bovendien de lichtgolven met elkaar in fase zijn.

B.8 Passieve passing

Met een passieve passing bedoelt men een verbinding van twee stukken die perfect in elkaar

passen zonder dat daarbij externe krachten hoeven uitgeoefend te worden en waarbij de

stukken geen noemenswaardige krachten op elkaar uitoefenen als we de stukken op elkaar

zetten. Het belang van een dergelijke passing wordt ondermeer door Sahin et al aangegeven

[94].

B.9 Orientatie in de mond

Om de verschillende posities en plaatsen in de mond aan te duiden maakt men in de

tandheelkunde gebruik van een locaal assenstelsel gebaseerd op het occlusale vlak (zie

figuur B.5

130


Figuur B.5: Het occlusaal vlak [47].

Een eerste as wordt gevormd door de axiale richting hierop. De tweede as is de tan-

gentiale richting rakend aan de tandboog, derde as staat loodrecht op beide voorgaande

assen. Verder gebruikt men vaak volgend jargon om specifieke plaatsen te benoemen:

• apicaal: aan de wortelpunt.

• buccaal: aan de kant van de wang.

• diasteem: ruimtes, welke aanwezig kunnen zijn, tussen de tanden.

• edentaat: geheel zonder tanden.

• distaal: de zijde van de tand of kies van de middellijn af als men zich de tandboog

gestrekt denkt tot een rechte lijn.

• linguaal: aan de kant van de tong.

• mesiaal: de zijde van de tand of kies gekeerd naar de middellijn als men zich de

tandboog gestrekt denkt tot een rechte lijn.

• occlusaal: op het kauwvlak van een kies.

• superior: boven.

• inferior: onder.

• dexter: rechts.

• sinister: links.

131


B.10 Osseointegratie

Osseointegratie is het ingroeien van een tandheelkundig implantaat in het bot. Meer

specifiek bedoelt men hiermee dat de botstructuren vast tegen het implantaat aanliggen

zonder enig tussengroeiend weefsel. Het voordeel van volledige osseointegratie is dat er een

stevige verankering is en dat er dus hoge kauwkrachten op het implantaat kunnen uitgeoe-

fend worden. Osseointegratie kan enkel plaatsvinden bij biocompatibele materialen zoals

titanium. We dienen ook op te merken dat de verankering in de onderkaak beter is dan

in de bovenkaak omdat er in de onderkaak meer compact bot aanwezig is. Tegenwoordig

geeft men implantaten enkele windingen of uitsparingen om de integratie te verbeteren.

Soms brengt met ook een deklaag aan.

B.11 Plasma

Plasma is een mengsel van elektrisch geladen atomaire deeltjes, positief geladen ionen en

negatief geladen elektronen. Plasma wordt gevormd wanneer atomen, in plaats van met

elkaar te combineren om moleculen te vormen, uiteenvallen in ionen en elektronen. Het

ontstaat door atomen op te warmen tot heel hoge temperaturen. Daardoor beginnen de

atomen met grote snelheden te bewegen zodat, telkens ze botsen, de elektronen weggesla-

gen worden uit de atomen. Plasma bestaat dus uit positief geladen ionen en de elektronen

die van de atomen zijn losgekomen. Eens het plasma gevormd is, kan het blijven bestaan

als we de temperatuur hoog genoeg houden. Plasmagas is dus een elektrisch geladen gas,

daardoor kan dit gas elektrische stroom geleiden. Het is deze laatste eigenschap die men

gebruikt bij het lassen. Het gas doet dus eigenlijk dienst als elektrode.

132

Bibliografie

[1] W.Oates en A.Saitta: Materials and applications. In society, American welding (redac-

tie): welding handbook, volume 4. Miami, 8 uitgave.

[2] R.Vennekens, B.Verstraeten, en K.Broeckx: http://www.bil-

ibs.be/nl/Metallerie/pdf/Alu-Deel%203-N13MET51ok.pdf: Lasprocessen, —2003—.

[3] D.Lafebre: http://www.nil.nl/frisinh.htm: Laskennis opgefrist, —2008—.

[4] LLC, Induction Atmospheres: http://www.inductionatmospheres.com/brazing/overvi

ew.html: Brazing Overview, —2009—.

[5] FME: http://www.dunneplaat-online.nl/smartsite9719.htm?goto=10776: Elektronen-

bundellassen.

[6] V.I.Murav’ev: Problems of pore formation in welded joints of titanium alloys. Metal

Science and Heat Treatment, 47(7-8):282–288, —2005—.

[7] T.Walz en A.Ettemeyer: Material and component validation by speckle interferometry

and correlation methods. Insight, 47(4):226–231, —2005—.

[8] L.S.Smith, P.Threadgill en M.Gittos: Welding titanium: a designers and users hand-

book, volume 6. TWI, Cambridge, —1999—.

[9] T.Luijendijk: Lassen van titaan en titaanlegeringen. praktijkaanbevelingen, —2008—.

[10] CEN: Specification and qualification of welding procedures for metallic materials -

welding procedure test - part 5: arc welding of titanium, zirconium and their alloys

(ISO/FDIS 15614-5:2002), —2002—.

[11] Straumann: Straumann Dental Implant System, —2009—.

[12] Nobel Biocare: Nobel Biocare implant solutions, —2009—.

[13] J.Bruinink: http://www.jbruinink.nl/kristalstructuren.html: kristalstructuren,

—2008—.

133

BIBLIOGRAFIE

[14] L.Van Loon: lassen van titaan en titaanlegeringen. —2000—.

[15] Astra Tech: http://www.astratechdental.nl/Main.aspx/Item/461491/navt/67427/navl

/67464/nava/67465: cresco workflow, —2008—.

[16] L.Mollersten, P.Lockowandt en L.A.Linden: Comparison of strength and failure mode

of seven implant systems: An in vitro test. Journal of Prosthetic Dentistry, 78(6):582–

591, —1997—.

[17] S.A.Hoyer, C.M.Stanford, S.Buranadham T.Fridich J.Wagner en D.Gratton: Dynamic

fatigue properties of the dental implant-abutment interface: Joint opening in wide-

diameter versus standard-diameter hex-type implants. In IADR/AADR 2000 Meeting,

pagina’s 599–607, Washington, D.C., —2000—.

[18] H.Uysal, C.Kurtoglu, R.Gurbuz en N.Tutuncu: Structure and mechanical properties of

Cresco-Ti laser-welded joints and stress analyses using finite element models of fixed

distal extension and fixed partial prosthetic designs. Journal of Prosthetic Dentistry,

93(3):235–244, —2005—.

[19] Ferrex: www.ferrex.com: product catalog, —2003—.

[20] Miller: http://www.millerwelds.com/education/articles/article120.html: titanium

101: best gta welding practices, —2000—.

[21] Multiweld: http://www.multiweld.com/tig-lassen.aspx: TIG lassen, —2009—.

[22] Alfred Dhooge, BIL: Metaalconstructies en constructietechnieken. Gent, —2009—.

[23] R.R.Wang en G.E.Welsch: joining titanium materials with tungsten inert-gas welding,

laser-welding, and infrared brazing. Journal of Prosthetic Dentistry, 74(5):521–530,

—1995—.

[24] J.Liu, I.Watanabe, K.Yoshida, en M.Atsuta: Joint strength of laser-welded titanium.

Dental Materials, 18(2):143–148, —2002—.

[25] LTD, AM Inspection: http://www.aminspection.ca/index.html: liquid penetration,

—2009—.

[26] B.Lindner: http://www.natuurkunde.nl/artikelen/view.do?supportId=768793: De

rontgenbuis, —2009—.

[27] NDT resource center: http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege

/Radiography/AdvancedTechniques/computedtomography.htm: Computed Tomogra-

phy, —2009—.

134

BIBLIOGRAFIE

[28] NDT resource center: http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege

/Other%20Methods/AE/AE Intro.htm: introduction to acoustic emission testing,

—2009—.

[29] NDT, EURO: http://www.eurondt.com/EDDY%20CURRENT.html: eddy current in-

spection, —2009—.

[30] FITNET: Annex D: NDE methods. —2006—.

[31] NASA: Nondesctructive evaluation requirements for fracture critical metallic compo-

nents, —2006—.

[32] Vishay: http://www.vishay.com/strain-gages/: strain gages, —2009—.

[33] J.Wren: http://blog.prosig.com/2006/05/17/fatigue-durability-testing/: Fatigue and

Durability Testing, —2006—.

[34] D.Thomas: http://www.engr.uky.edu/asme/hpv/index.htm: HPV, —2009—.

[35] Zietech: http://www.zietech.com/extensometer.htm: extensometer, —2009—.

[36] SHB, Board of studies: http://sydney-harbour-bridge.bos.nsw.edu.au/engineering-

studies/testing.php: testing, —2009—.

[37] T.Anderson: http://www.esabna.com/us/en/education/knowledge/qa/problems-

passing-guided-bend-tests.cfm: Problem passing guided bend test on 6061-T6 base

alloy, —2009—.

[38] Ltd, TWI: http://www.twiprofessional.com/content/jk73.html: bend testing,

—2009—.

[39] FMA: http://www.thefabricator.com/TestingMeasuring/TestingMeasuring Products.

cfm?ProductsID=162: Fixtures bend test wrought and cast steel, other ferrous mate-

rials, —2009—.

[40] INSTRON: http://www.instron.us/wa/applications/test types/hardness/vickers.aspx:

Vickers Test, —2009—.

[41] MAT: http://www.mtalabs.com/Metallography.html: Metallography, —2009—.

[42] CEN: Het beschrijven en kwalificeren van lasprocedures voor metallische materialen -

Deel 3: Lasmethodebeproeving voor het booglassen van staal, —1997—.

[43] reader, responce number 60: articulator systems. British Dental Journal, 194,

—2003—.

135

BIBLIOGRAFIE

[44] Oral Health Education Unit: http://www.toothclub.gov.hk/en/en adu 01 01 03.html.

[45] G.Carboni: http://www.funsci.com/fun3 en/exper2/exper2.htm: surface phenomena

and colloids, —2002—.

[46] F.Ploegman: http://www.lac-online.nl/dfl/key hole lassen.html, —2009—.

[47] J.L.Cannon: http://www.cannonbrackets.com/index.php?id=4&type=founder,

—2009—.

[48] P. De Nys, tandarts: gebruikte systemen en materialen, —2009—.

[49] DIN: Welding-Guidelines for a metallic material grouping system (ISO/TR

15608rev:2004). Technisch Rapport, —2004—.

[50] CEN: Welding - Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam

welding excluded) - Quality levels for imperfections, —2007—.

[51] J.W.Vaartjes: http://www.voorbeeldvan.uwtandartsonline.nl/pages/default.asp?articl

eid=33726&token=122768317@NahgRdhMjMdhPdbSa, —2008—.

[52] ASM: http://www.aerospacemetals.com/titanium.html: titanium, —2009—.

[53] L.B.Hellden, G.Ericson en C.O.Olsson: The cresco bridge and implant concept: Pre-

sentation of a technology for fabrication of abutment-free, passively fitting superstruc-

tures. International Journal of Periodontics & Restorative Dentistry, 25(1):89–94,

—2005—.

[54] T.Goldmann, S.Konvickova en L.Himmlova: Biomechanical Analysis of Bolus Pro-

cessing. In Jarm, T., Kramar, P., en Zupanic, A. (redactie): 11th Mediterranean

Conference on Medical and Biological Engineering and Computing (MEDICON 2007),

pagina’s 300–303, Ljubljana, SLOVENIA, —2007—.

[55] T.Kawata, N.Yoda, T.Kawaguchi T.Kuriyagawa en K.Sasaki: Behaviours of three-

dimensional compressive and tensile forces exerted on a tooth during function. Journal

of Oral Rehabilitation, 34(4):259–266, —2007—.

[56] A.Igic, R.Pavlovic, A.Steas en S.Igic: Biomechanical Analysis of Forces and Moments

Generated in the Mandible. Medicine and Biology, 8(1):39 – 45, —2001—.

[57] R.Mericske-Stern, P.Assal, E.Mericske en W.Burgin: Occlusal force and oral tactile

sensibility measured in partially edentulous patients with ITI implants. the interna-

tional journal of oral & maxillofacial implants, 10(3):345–353, —1995—.

136

BIBLIOGRAFIE

[58] C.M.Stanford en R.A.Brand: Toward an understanding of implant occlusion and

strain adaptive bone modeling and remodeling. In Annual Meeting of the Academy-

of-Prosthodontics, pagina’s 553–561, Colorado Springs, Colorado, —1998—.

[59] R.M.Cibirka, S.K.Nelson, B.R.Lang en F.A.Rueggeberg: Examination of the implant-

abutment interface after fatigue testing. In Annual Meeting of the Academy-of-

Prosthodontics, pagina’s 268–275, Quebec City, Canada, —2001—.

[60] M.R.Norton: In vitro evaluation of the strength of the conical implant-to-abutment

joint in two commercially available implant systems. Journal of Prosthetic Dentistry,

83(5):567–571, —2000—.

[61] I.Alkan, A.Sertgoz en E.Ekici: Influence of occlusal forces on stress distribution in

preloaded dental implant screws. Journal of Prosthetic Dentistry, 91(4):319–325,

—2004—.

[62] I.J.Pesun, M.E.Brosky, T.W.P.Korioth C.Dent J.Hodges en B.J.Devoe: Operator-

induced compressive axial forces during implant gold screw fastening. In 78th General

Session of the International-Association-for-Dental-Research, pagina’s 15–19, Wash-

ington, D.C., —2000—.

[63] L.A.Lang, N.Kang, R.F.Wang en B.R.Lang: Finite element analysis to determine

implant preload. Journal of Prosthetic Dentistry, 90(6):539–546, —2003—.

[64] F.Torsello, V.M. di Torresanto, C.Ercoli, en LCordaro: Evaluation of the marginal

precision of one-piece complete arch titanium frameworks fabricated using five dif-

ferent methods for implant-supported restorations. Clinical Oral Implants Research,

19(8):772–779, —2008—.

[65] Chai, T. en Chou, C. K.: Mechanical properties of laser-welded cast titanium joints

under different conditions. Journal of Prosthetic Dentistry, 79(4):477–483, —1998—.

[66] A.P.Wu, G.S.Zou, J.L.Ren H.J.Zhang G.Q.Wang X.Liu en M.R.Xie: Microstructures

and mechanical properties of Ti-24Al-17Nb (at.%) laser beam welding joints. Inter-

metallics, 10(7):647–652, —2002—.

[67] E.Berg, W.C.Wagner, G.Davik en E.R.Dootz: MECHANICAL-PROPERTIES OF

LASER-WELDED CAST AND WROUGHT TITANIUM. Journal of Prosthetic Den-

tistry, 74(3):250–257, —1995—.

137

BIBLIOGRAFIE

[68] C.Bertrand, Y.Petitcorps, L.Albingre en V.Dupuis: Optimization of operator and

physical parameters for laser welding of dental materials. British Dental Journal,

196(7):413–418, —2004—.

[69] Watanabe, Ikuya en Topham, D. Scott: Laser Welding of Cast Titanium and Dental

Alloys Using Argon Shielding. Journal of Prosthetics, 15(2):102–107, —2006—.

[70] A. De Boever, tandarts: afstand tussen implantaten, —2009—.

[71] Y.L.Qi, J.Deng, Q.Hong en L.Y.Zeng: Electron beam welding, laser beam welding

and gas tungsten arc welding of titanium sheet. In International-Union-of-Materials-

Research-Societies International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM

99), pagina’s 177–181, Beijing, Peoples R China, —1999—. Elsevier Science Sa.

[72] L.W.Tsay, Y.P.Shan, Y.H.Chao en W.Y.Shu: The influence of porosity on the fa-

tigue crack growth behavior of Ti-6Al-4V laser welds. Journal of Materials Science,

41(22):7498–7505, —2006—.

[73] Z.Khaled: An investigation of pore cracking in titanium welds. Journal of Materials

Engineering and Performance, 3(3), —1994—.

[74] R.C.Atwood, P.D.Lee, R.V.Curtis en D.M.Maijer: Modeling the investment casting of

a titanium crown. Dental Materials, 23(1):60–70, —2007—.

[75] A.R.Hruska en P.Borelli: Quality criteria for pure titanium casting, laboratory sol-

derin, intraoral welding, and a device to aid in making uncontaminated castings. The

journal of prosthetic dentistry, 66, —1991—.

[76] ULB: de x-stralen, —2001—.

[77] the NDT validation centre: http://www.ndt-validation.com/technologies/pr 3.jsp?me

nu pos=0: Computed Tomography, —2007—.

[78] R.Hanke, T.Fuchs en N.Uhlmann: X-ray based methods for non-destructive testing

and material characterization. In 9th International Workshop on Radiation Imaging

Detectors, pagina’s 14–18, Nuremberg, GERMANY, —2007—.

[79] D.Van Loo: CT-scans, —2009—.

[80] Olympus: Portable Ultrasonic Flaw Detectors, —2009—.

[81] Y.Hatsukade, S.Okuno, K.Mori en S.Tanaka: Eddy-current-based SQUID-NDE for

detection of surface flaws on Copper tubes. In Applied Superconductivity Conference

2006, pagina’s 780–783, Seattle, WA, —2006—.

138

BIBLIOGRAFIE

[82] CEN: Specification and qualification of welding procedures for metallic materials -

Welding procedure test - Part 11: Electron and laser beam welding (ISO 15614 - 11:

2002)., —2002—.

[83] BIN: Specification and qualification of welding procedures for metallic materials -

Welding procedure specification - Part 1: Arc welding (ISO 15609-1:2004), —2004—.

[84] WTIA: Work Instruction for Macro Examination of Welds, —2006—.

[85] Astra Tech: Astra Tech Implant System, —2009—.

[86] Technieker, Laboleen: labobezoek Laboleen, —2009—.

[87] H.Wilminck, cresco vertegenwoordiger: Dikte brugondersteuning, —2009—.

[88] CERN: http://sc-gs.web.cern.ch/sc-gs/gsms/ms/freq%20topics/te mc FT quality

welds.htm : Qualitylevelsofwelds, |2004|.

[89] R.Zupancic, A.Legat en N.Funduk: Tensile strength and corrosion resistance of brazed

and laser-welded cobalt-chromium alloy joints. Journal of Prosthetic Dentistry,

96(4):273–282, —2006—.

[90] C.Bertrand, Y.Le Petitcorps, L.Albingre en V.Dupuis: The laser welding technique

applied to the non precious dental alloys procedure and results. British Dental Journal,

190(5):255–257, —2001—.

[91] V.Srimaneepong, T.Yoneyama, E.Kobayashi H.Doi en T.Hanawa: Comparative study

on torsional strength, ductility and fracture characteristics of laser-welded alpha plus

beta Ti-6Al-7Nb alloy, CP Titanium and Co-Cr alloy dental castings. Dental Mate-

rials, 24(6):839–845, —2008—.

[92] L.V.J.Lassila en P.K.Vallittu: Effect of water and artificial saliva on the low cycle

fatigue resistance of cobalt-chromium dental alloy. Journal of Prosthetic Dentistry,

80(6):708–713, —1998—.

[93] M.D.Roach, R.S.Williamson en L.D.Zardiackas: Comparison of the corrosion fa-

tigue characteristics of CPTi-grade 4,,Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-7Nb, and Ti-15Mo. In

Zardiackas, L. D., Kraay, M. J., en Freese, H. L. (redactie): Symposium on Titanium,

Niobium, Zirconium, and Tantalum for Medical and Surgical Applications, pagina’s

183–201, Washington, DC, —2004—. American Society Testing and Materials.

[94] Sahin, Saime, Aehreli en Murat: The Significance of Passive Framework Fit in Im-

plant Prosthodontics: Current Status. the international journal of oral implantology,

10(2):8, —2001—.

139

Kwaliteitscontrole van lassen in tandprotheses Julien De Nys

Documents

Transcript of Kwaliteitscontrole van lassen in tandprotheses Julien De Nys