3D printed replacements for lead in dental radiography shielding

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis
Date
2022-06-13
Department
Major/Subject
Product Development
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
67+13
Series
Abstract
X-ray shielding has a crucial part in dental radiography. The current shielding utilises lead, that attenuates x-rays well. However, the use of lead is no longer recommended due to the toxicity of the material. Additionally, the geometry of the lead is difficult to optimise, which leads to excess use of shielding. Therefore, the aim of this thesis was to analyse and compare suitable 3D printable replacement materials for lead shielding. The suitability of the candidate materials as shielding was analysed based on theoretical attenuation values. The two best commercial materials based on the theoretical values were selected: tungsten powder and tungsten-PLA filament. Rectangular sheets of these materials were 3D printed. The tungsten powder was printed by powder bed fusion and the tungsten-PLA filament by material extrusion. The suitability of the materials was verified by measuring the attenuation of x-rays by the rectangular prints. The results showed that tungsten powder attenuated x-rays approximately 15% better than lead, whereas the tungsten-PLA filament attenuated 30% less than lead. The 3D printing did not significantly affect the attenuation. However, a distortion in the print path or higher energy x-rays might impact the attenuation, which encourages further testing of 3D printed shielding. The results show great potential in adopting 3D printed tungsten-based materials for x-ray shielding. This alternative solution would be beneficial due to its nontoxicity and optimised geometry by utilising metal printing in a new application.

Strålskydd är en väsentlig del av dental radiografi. Bly används i de nuvarande strålskydden på grund av dess goda förmåga att dämpa röntgenstrålar. Användning av bly är dock inte längre rekommenderat eftersom materialet är giftigt. Förutom säkerhetsrisken är det även svårt att optimera geometrin av blyskydd, vilket leder till att tjockleken på strålskyddet är ställvis överdrivet. Arbetets avsikt var att hitta alternativa material till bly som är även lämpliga för 3D-skrivare. I arbetet undersöktes lämpligheten av alternativa material som strålskydd baserat på deras teoretiska dämpningskoefficient. Av dessa alternativa material valdes två lovande kommersiella material: volframpulver och volfram-PLA filament. Rektangulära skivor 3D-printades av materialen. Skivan av volframpulver printades med powder bed fusion och skivan av volfram-PLA filament med material extrusion. Lämpligheten av de utskrivna materialen bekräftades genom att mäta deras dämpningsförmåga av röntgenstrålar. Resultaten visade att 3D-utskrivna volframpulver dämpar röntgenstrålning ungefär 15% bättre än bly, medan volfram-PLA filament 30% sämre än bly. Materialens dämpningsförmåga inverkades inte betydligt av 3D-utskrivning. Förvrängningar i utskriften eller röntgenstrålar med högre energi kan ha en inverkan på de utskrivna materialens förmågan att dämpa röntgenstrålning. Detta uppmuntrar till ytterligare undersökning av 3D-utskrivna strålskydd. Resultaten bekräftade potentialen av att använda här forskade 3D-utskrivna materialen som strålskydd. Fördelen med den presenterade alternativa strålskyddet är dess oskadlighet och dess möjligheter till optimerad geometri, genom att utnyttja metallutskrivning inom ett nytt tillämpningsområde.
Description
Supervisor
Partanen, Jouni
Thesis advisor
Salmi, Mika
Varjonen, Vesa
Keywords
x-ray shielding, 3D printing, dental radiography, tungsten-based prints, lead-free
Other note
Citation