In seiner Doktorarbeit zur Entwicklung von zahnmedizinischen Instrumenten erforschte Dr.-Ing. Michael Kucher, wie deren Entwicklungsprozess durch die Verwendung simulationsbasierter Methoden verbessert werden kann.
Für seine Doktorarbeit „Hochfrequent beanspruchte Polymerstrukturen für den Einsatz als endodontische Instrumente“ erforschte TU Dresden-Absolvent Michael Kucher, wie der Entwicklungsprozess zahnmedizinischer Instrumente aus polymeren Werkstoffen durch die Verwendung simulationsbasierter Methoden verbessert werden kann. Seine Forschungsergebnisse tragen unter anderem dazu bei, hochfrequent schwingende polymere Instrumente zur Wurzelkanalreinigung auszulegen und zu etablieren.
Verteidigung als Videokonferenz
Am 19. Dezember 2022 verteidigte Dipl.-Ing. Michael Kucher unter dem Vorsitz von Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude seine am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden erarbeitete Dissertation. Die angefertigte Promotionsschrift wurde durch Prof. Dr.-Ing. Niels Modler (ILK, TU Dresden), Prof. Dr.-Ing. Martin Dannemann (Westsächsische Hochschule Zwickau) sowie Prof. Dr.-Ing. habil. Markus Kästner (Institut für Festkörpermechanik, TU Dresden) begutachtet. Weiteres Mitglied der Promotionskommission war Prof. Dr.-Ing. habil. Thomas Wallmersperger (Institut für Festkörpermechanik, TU Dresden).
Die Forschungsarbeit entstand in einem DFG-Gemeinschaftsantrag zwischen dem ILK und der Poliklinik für Zahnerhaltung mit Bereich Kinderzahnheilkunde (ZMK) des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus der TU Dresden.
Forschung für den Erhalt natürlicher Zähne
Im Rahmen seiner interdisziplinären Forschungsarbeit analysierte Dr.-Ing. Michael Kucher unter ingenieurwissenschaftlichen Gesichtspunkten das Gesamtsystemverhalten endodontischer Instrumente zur Desinfektion von humanen Wurzelkanalsystemen (siehe Bild 1, b). Kucher erarbeitete und entwickelte experimentelle sowie numerische Methoden für den Einsatz des thermoplastischen biokompatiblen Polymers Polyetheretherketon (PEEK) als Werkstoff dieser zahnmedizinischen Instrumente.
„In meiner Arbeit leiste ich einen Beitrag zur gezielten, werkstoffgerechten und schwingungsoptimierten Auslegung von zukünftigen zahnmedizinischen Instrumenten zur Wurzelkanalreinigung, die sich maßgeblich auf den langfristigen Erhalt natürlicher Zähne im Rahmen einer Wurzelkanalbehandlung auswirkt. Dieser Beitrag beinhaltet die experimentelle Erfassung des tribologischen Systems, bestehend aus dem Zahngewebe und dem Instrument, die Charakterisierung des dynamischen Deformationsverhaltens des Polymers bei hohen Schwingungsfrequenzen und die kontinuumsmechanische Beschreibung des kontaktbehafteten instationären Schwingungsverhaltens mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode“, erklärt Dr.-Ing. Michael Kucher.
„Derzeit befinden sich metallische und polymere endodontische Instrumente – in der Praxis als Endo-Spülspitzen oder Reinigungsansätze bezeichnet – im Einsatz. Hierbei bieten polymere Instrumente aufgrund der geringen Schädigung des Zahngewebes einen wesentlichen Vorteil gegenüber metallischen Instrumenten. Jedoch werden diese Instrumente bisher vorrangig bei Frequenzen im unteren Kilohertz-Bereich eingesetzt und reinigen deshalb weniger effizient. Eine Erhöhung der Schwingungsfrequenz polymerer Instrumente könnte die Strömungsanregung der Spüllösung erhöhen und damit die Reinigungswirkung dieser Instrumente verbessern“, betont Dr.-Ing. Michael Kucher.
„Für diesen Einsatzzweck ergeben sich unterschiedlichste Anforderungen, wie etwa die Vermeidung versagenskritischer Erwärmungsvorgänge. Im Bild 2 ist exemplarisch das typische Erwärmungsverhalten eines in der Einspannung angeregten Prüfkörpers aus dem Polymer PEEK dargestellt. In Zukunft gilt es eine übermäßige Erwärmung und das damit verbundene thermische Versagen der polymeren Instrumente durch ein optimales schwingungsgerechtes Design und eine angepasste Arbeitsweise zu vermeiden. Durch die Anwendung der erarbeiten simulationsbasierten Entwicklungsmethode sollen dazu hocheffizient reinigende polymere Instrumente entworfen werden, welche eine geringe Bruchgefahr und eine minimal invasive Arbeitsweise besitzen“, erläutert Dr.-Ing. Michael Kucher.
Und was bringt die Zukunft?
Dr.-Ing. Michael Kucher wird auch weiterhin in der Forschung, speziell der anwendungsorientierten Forschung von polymerbasierten Leichtbauwerkstoffe arbeiten. Aktuell leitet er die interdisziplinäre Fachgruppe der Professur Leichtbau mit Verbundwerkstoffen, die sich unter anderem mit dem Recycling von Faserverbundstrukturen und der Strukturintegration von elektrischen Energiespeichern beschäftigt. In Zukunft wird er seine Expertise auf den Gebieten der FE-Simulationen, der Materialmodellierung und der experimentellen Charakterisierung polymerer Werkstoffe in die Forschung der Professur einbringen.
Wir gratulieren Dr.-Ing. Michael Kucher herzlich zum erfolgreichen Abschluss seiner Dissertation und wünschen ihm auf seinem weiteren Berufs- und Lebensweg alles Gute sowie für seine Tätigkeit an der HTWK Leipzig weiterhin viel Erfolg.