Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การออกแบบและพัฒนาเครื่องจำลองการเคี้ยวของมนุษย์เพื่อการทดลองทางทันตกรรม

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

DESIGN AND DEVELOPMENT OF HUMAN MASTICATION SIMULATOR FOR DENTAL TESTING

Year (A.D.)

2014

Document Type

Thesis

First Advisor

ไพโรจน์ สิงหถนัดกิจ

Faculty/College

Faculty of Engineering (คณะวิศวกรรมศาสตร์)

Degree Name

วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

วิศวกรรมเครื่องกล

DOI

10.58837/CHULA.THE.2014.1196

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการออกแบบและพัฒนาเครื่องจำลองการเคี้ยวของมนุษย์เพื่อใช้สำหรับการทดสอบทางทันตกรรม เครื่องจำลองการเคี้ยวที่ออกแบบสามารถจำลองการขบกันของฟัน 1 คู่ คุณลักษณะหลัก ๆ ของเครื่องจำลองการเคี้ยว คือ สามารถจำลองการเคลื่อนที่ของฟันล่างให้เกิดวิถีการเคี้ยว (chewing path) แบบการขบเคี้ยวที่ใกล้เคียงกับวิถีการเคี้ยวของมนุษย์ ชุดทดลองดังกล่าวใช้กลไกข้อต่อ 4 ชิ้น (four-bar linkage mechanism) ในการสร้างวิถีการเคี้ยว เครื่องจำลองการเคี้ยวนี้สามารถปรับเปลี่ยนความเร็วในการทดสอบได้ระหว่าง 1 – 1.9 เฮิรตซ์ มีการควบคุมแรงในการเคี้ยวด้วยตุ้มน้ำหนักที่สามารถปรับเปลี่ยนให้ได้แรงเคี้ยวได้สูงสุด 500 นิวตัน และสามารถปรับเปลี่ยนวิถีการเคี้ยวเป็นแบบการขบเคี้ยวและการกระแทกแนวดิ่งได้ ชุดทดลองที่สร้างขึ้นสามารถวัดแรงกระแทกระหว่างการขบกันของฟันโดยใช้โหลดเซลล์ พร้อมทั้งอ่านและบันทึกแรงที่เกิดขึ้นผ่านชุดประมวลผลและชุดเก็บข้อมูล มีเครื่องนับรอบการหมุนของเพลาสำหรับนับรอบการขบของฟันระหว่างการทดสอบ จากการสอบทวนชุดทดลองที่สร้างขึ้นพบว่า ชุดทดลองสามารถทำงานได้ตามข้อกำหนดการออกแบบ โดยสามารถควบคุมแรงที่กระทำต่อชิ้นงานทดสอบได้ต่ำสุด 70 นิวตัน และมีวิถีการเคี้ยวตามที่ออกแบบไว้ การทดลองทางทันตกรรมโดยใช้ชุดทดลองที่สร้างขึ้นทำโดยใช้ชิ้นงานที่เป็นฟันกรามกระแทกกับหัวกดชิ้นงานที่มีปลายทรงกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มิลลิเมตร ทำจากวัสดุทังสเตนคาร์ไบด์ ผลการทดลองเปรียบเทียบความเสียหายของชิ้นงานโดยการทดลองด้วยวิถีการเคี้ยวแบบการขบเคี้ยวและวิถีการเคี้ยวแบบการกระแทกแนวดิ่ง พบว่าฟันที่ทดลองด้วยวิถีการเคี้ยวแบบการขบเคี้ยวมีการขยายตัวของรอยร้าวชัดเจนกว่าวิถีการเคี้ยวแบบการกระแทกแนวดิ่ง นอกจากนี้ในการทดลองบนฟันที่มีการอุดและให้ภาระในระดับที่สูงขึ้น พบว่าชิ้นงานที่ทดลองด้วยวิถีการเคี้ยวแบบการขบเคี้ยวจำนวน 4 ตัวอย่าง เกิดการแตกหักเมื่อทดลองไปจำนวน 241, 577, 5,081 และ 2,073 รอบ ตามลำดับ ส่วนชิ้นงานที่ทดลองด้วยวิถีการเคี้ยวแบบการกระแทกแนวดิ่งสามารถรับภาระได้เกิน 100,000 รอบ ดังนั้นวิทยานิพนธ์นี้ได้ออกแบบและสร้างชุดทดลองทางทันตกรรมที่มีวิถีการเคี้ยวใกล้เคียงกับวิถีการเคี้ยวของมนุษย์ และได้แสดงให้เห็นว่าการทดลองที่จำลองวิถีการเคี้ยวของมนุษย์มีความจำเป็นในการทดลองทางทันตกรรม

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This thesis presents the design and development of a human chewing simulator for using in dental experiments. Chewing simulator is designed to simulate the gnash of a pair of teeth. The simulator is able to simulate the movement of the lower teeth of human chewing path using a four bar linkage mechanism. The testing speed of the chewing simulator is adjustable according to the chewing frequency of 1 to 1.9 Hz. The chewing force is controlled by dead weights at the maximum load of 500 N. The chewing path can be adjusted between human chewing path and vertical linear path. The impact force generated during the gnash of the teeth can be measured using a load cell and recorded on the data acquisition system. The number of chewing cycles can be counted using a mechanical counter. According to the verification of the chewing simulator, the mechanism properly operated according to the design parameters with a minimum chewing force of 70 N. The chewing path of the simulator is also verified and found to be well compared with the designed path. In dental experiment, the chewing simulator is equipped with a 3-mm-diameter tungsten carbide indenter on the upper fixture, while a tooth specimen is fixed on the bottom fixture. The samples tested with human chewing path showed an apparent growth of cracks compared to those tested with vertical linear path. With tests on filled teeth with a higher load, a total of four specimens were fractured after 241, 577, 5,081 and 2,073 cycles, respectively. On the other hand, specimens which were tested with vertical linear path can sustain cyclic loading of more than 100,000 cycles. These results demonstrated the importance of using chewing simulator with human chewing path in dental experiments.

Link to Full Text

Share

COinS