Scheletrati con sinterizzazione laser vs fusione: una valutazione!

Il compito di una protesi dentaria consiste nella creazione di una situazione stabile nel lungo termine nel sistema dentario, orale e mandibolare, per impedire malocclusione, ad esempio a causa dell’inclinarsi dei denti delimitati da lacune e conseguente allungamento degli antagonisti. Le forze di masticazione devono essere distribuite in modo il più possibile uniforme sulla sostanza dentaria residua e sulle aree edentule. Gli elementi di ritenzione devono pertanto svolgere una funzione di sostegno, distribuzione della forza, guida, distribuzione della spinta e anti-inclinazione.

Il fissaggio della protesi con l'ausilio di ganci si annovera tra le forme più antiche degli elementi di ancoraggio. Le protesi dentarie ancorate con ganci, nel linguaggio comune dette anche protesi scheletrate, rappresentano la forma più semplice di protesi dentaria e presentano una vasta gamma di varianti. Da oltre 100 anni le protesi dentarie ancorate con ganci sono quindi una possibilità efficace per mantenere stabile la protesi dentaria removibile a fronte di forze di rimozione, ad esempio quando si parla o mastica, e per distribuire nel modo più uniforme possibile le forze di masticazione sui denti residui. In virtù delle eccellenti qualità del materiale del processo di colata con un alto modulo d’elasticità, questa forma di protesi ancorate con ganci ad oggi è senz'altro il materiale standard per la realizzazione di scheletrati.

Con l’introduzione di processi digitali per la produzione di protesi dentarie, come ad es. i moderni CAD/CAM e le tecnologie di fabbricazione additiva, ora è possibile progettare in modo digitale gli scheletrati e infine realizzarli in modo sottrattivo, utilizzando fresatrici CNC, o additivo mediante sistemi di stampa 3D. Nell’ambito della stampa 3D è possibile distinguere tra metodi indiretti (cosiddetti CAD/CAST) e diretti (cosiddetta sinterizzazione laser/fusione laser).

Diverse pubblicazioni vedono, in particolare nella produzione digitale mediante processo di sinterizzazione laser, vantaggi nella standardizzazione, tempi di produzione ridotti e facilità di trasferimento dei dati digitali. Attualmente tuttavia l'economicità viene ancora valutata come punto critico. Quindi una raccomandazione inappellabile di questo metodo di realizzazione richiede ulteriori studi scientifici. Particolare attenzione deve essere dedicata agli elementi di ancoraggio (ganci) che, in ragione della funzione di ritenzione e sostegno che svolgono, sono esposti a elevate sollecitazioni meccaniche.

Il policlinico per Protesi Dentali dell'Università Ludwig Maximilian di Monaco cerca, con il suo studio attuale "In-vitro-Untersuchung der mechanischen Qualität von gegossenen und lasergesinterten Klammern für Modellguss-prothesen"[1] (Esame in vitro della qualità meccanica di ganci per scheletrati fusi e sinterizzati con laser) di valutare più in dettaglio proprio questo tema.

Obiettivo dello studio

Obiettivo dello studio era quello di individuare e mettere a confronto le forze di rimozione dei ganci fusi e sinterizzati con laser a fronte di ganci dal design uguale, in fase iniziale e nel corso dell’invecchiamento artificiale. Ulteriore obiettivo dello studio era quello di eseguire un’analisi quantitativa tridimensionale dei difetti delle strutture dei singoli ganci e un’analisi della sopravvivenza dei ganci con sinterizzazione laser e di quelli fusi.

In merito sono state testate diverse ipotesi. Per maggiore chiarezza, in questa sede verranno prese in considerazione solo due delle ipotesi testate:

1. Le forze di rimozione dei ganci sinterizzati con laser inizialmente non mostrano differenze tra di loro né rispetto a quelli fusi.

2. I ganci sinterizzati con laser e quelli fusi non mostrano differenze in termini di percentuale di sopravvivenza

Procedura

Per la produzione dei ganci fusi, set di dati per la fabbricazione CAD da set di dati STL sono stati realizzati in modo additivo con una stampante 3D in materiale polimerico combustibile senza residui e infine si è proceduto all’applicazione mediante processo di fusione. Per la produzione dei ganci sinterizzati i set di dati sono stati usati da EOS GmbH (Krailling), mediante processo di sinterizzazione laser, direttamente in modo additivo nella lega CoCr.

Valutazione dei risultati

Analisi dei difetti

Il rapporto del volume medio delle cavità da ritiro/ganci delle protesi con sinterizzazione laser rispetto al rapporto volume medio delle cavità da ritiro/ganci fusi è stato valutato come decisamente inferiore. Ciò vale anche per "il rapporto totale volume delle cavità da ritiro/ganci"

La distribuzione dei volumi delle cavità da ritiro ha mostrato tuttavia che la distribuzione dell’entità dei volumi nei ganci sinterizzati con laser era più omogenea rispetto a quelli fusi. È emersa ancora più chiaramente la differenza della qualità della struttura nel rapporto totale volume delle cavità da ritiro/ganci. Seppure gli scheletrati con sinterizzazione laser presentassero un numero maggiore di cavità da ritiro rispetto a quelli fusi, queste ultime erano tuttavia decisamente più piccole e presentavano un rapporto totale volume di cavità da ritiro/ganci inferiore di un fattore di 12,5.

Fig. 1: Confronto del rapporto medio tra volume delle cavità da ritiro e ganci realizzati con sinterizzazione laser e il rapporto medio tra volume delle cavità da ritiro e ganci realizzati con metodo di fusione nel diagramma a scatola e baffi

Determinazione della percentuale di sopravvivenza

Al termine di una simulazione di 10 anni e della relativa misurazione delle forze di rimozione è seguita un’analisi della sopravvivenza, in cui è stata simulata per tutti i gruppi di confronto una durata di utilizzo di 60 anni (65.700 cicli) sulla base di un protocollo definito. Dopo 2.500 cicli, l’invecchiamento è stato interrotto ed è stato registrato il numero di perdite/ rotture dei ganci.

L’analisi della sopravvivenza ha evidenziato una netta differenza tra i ganci sinterizzati con laser e quelli fusi. La probabilità di sopravvivenza dei ganci con sinterizzazione laser si è rivelata la migliore, mentre quelle nei gruppi con FUSIONE è stata inferiore. Nel complesso, la probabilità di sopravvivenza dei ganci con sinterizzazione laser, con il 93,8%, è risultata doppia rispetto a quella dei ganci fusi (43,8%). È stata cosi rappresentata chiaramente l’ipotesi nulla summenzionata al punto 2.

Fig. 2: Funzione di sopravvivenza del gruppo FUSIONE e dei gruppi con sinterizzazione laser aggregati

Secondo quanto emerso dallo studio, una causa potrebbe risiedere nella differenza di qualità della struttura tra i ganci fusi e quelli con sinterizzazione laser, suddescritta. Ciò potrebbe ripercuotersi negativamente sulla percentuale di sopravvivenza dei ganci fusi.

Riepilogando, si deve constatare che i ganci sinterizzati con laser offrono risultati migliori rispetto a quelli fusi in tutti gli ambiti esaminati. Quanto detto è dimostrato anche da studi attuali di altri gruppi di ricerca [2].

INFINIDENT Solutions vanta oltre 10 anni di esperienza nel settore della tecnologia di sinterizzazione laser ed è tra i pionieri in fatto di produzione additiva di protesi dentarie. Già da oltre tre anni lo scheletrato (INDIVIDUAL PF) è una componente fissa del portafoglio prodotti. Dopo l'invio del design e il controllo interno dei dati, il laboratorio può contare sulla restituzione del pezzo pronto per la lavorazione finale entro soli tre giorni lavorativi. La finalizzazione della protesi avviene nel laboratorio.

Fig. 3: Protesi dentarie cast di modello sul pannello di costruzione

La pubblicazione dello studio: "In-vitro-Untersuchung der mechanischen Qualität von gegossenen und lasergesinterten Klammern für Modellgussprothesen" (Esame in vitro della qualità meccanica di ganci per scheletrati fusi e sinterizzati con laser), Schweiger J, Erdelt K, Güth JF ( Policlinico per Protesi Dentali dell'Università Ludwig Maximilian di Monaco) è previsto per la primavera 2019.