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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Questo articolo presenta un protocollo per valutare gli effetti di diversi metodi di produzione (PMMA polimerizzato termicamente, PMMA fresato CAD-CAM e resina stampata in 3D) e tecniche di lucidatura (carte abrasive al carburo di silicio a grana 600, 800 e 1000) sulla rugosità superficiale (Ra) dei materiali di base in resina utilizzati per le protesi totali.

Abstract

Questo studio mirava a valutare l'impatto di varie tecniche di fabbricazione e procedure di lucidatura sulla rugosità superficiale (Ra) dei materiali a base di resina utilizzati nella fabbricazione di protesi totali. Un totale di 90 campioni sono stati prodotti da tre diversi materiali resinosi: resina di polimetilmetacrilato (PMMA) polimerizzata termicamente, resina PMMA fresata CAD-CAM e resina stampata in 3D (n = 30). Ogni esemplare misurava 10 mm di diametro e 2 mm di altezza. I valori di rugosità superficiale (Ra) dei campioni sono stati inizialmente determinati utilizzando un profilometro a contatto dopo la fabbricazione. Successivamente, ogni gruppo di campioni è stato lucidato con carte abrasive al carburo di silicio a grana 600, 800 e 1000 sotto l'acqua corrente. È stata quindi eseguita una seconda misurazione dei valori di rugosità superficiale (Ra). I dati sono stati analizzati statisticamente utilizzando il test di Kruskal-Wallis, il test U di Mann-Whitney, il test del rango firmato di Wilcoxon e il t-test a campioni accoppiati (p = 0,05). È stata identificata una differenza statisticamente significativa tra i gruppi in termini di rugosità superficiale (Ra) prima del processo di lucidatura (p < 0,001). Tuttavia, non è stata osservata alcuna differenza statisticamente significativa tra i materiali di base PMMA fresati e polimerizzati a caldo dopo il processo di lucidatura. I campioni stampati in 3D hanno mostrato il miglioramento più notevole della rugosità superficiale grazie al processo di lucidatura. Tuttavia, la loro rugosità superficiale è rimasta statisticamente significativamente più alta rispetto agli altri campioni, sia prima che dopo la lucidatura (p < 0,001). È stato osservato che il metodo di fabbricazione dei materiali di base per protesi totali influenza la rugosità superficiale. I valori di rugosità superficiale dei materiali di base fabbricati con il metodo di stampa 3D erano più elevati rispetto a quelli fabbricati con resina PMMA fresata e polimerizzata termicamente, sia prima che dopo la lucidatura.

Introduzione

Il ripristino delle aree edentule si ottiene più comunemente attraverso l'uso di protesi rimovibili parziali o totali, che rappresentano un'importante alternativa nei casi in cui le protesi fisse supportate da impianti non sono fattibili a causa di fattori anatomici o condizioni legate al paziente come vincoli economici o malattie sistemiche1. I materiali di base impiegati in queste protesi sono tipicamente resine contenenti polimetilmetacrilato (PMMA). Il PMMA è un materiale economico apprezzato per la sua facilità di lavorazione, riparabilità e lucidabilità2. Dimostra inoltre proprietà fisico-chimiche favorevoli e risultati estetici soddisfacenti3. Vari metodi di fabbricazione, come la colata di resina fluida e le tecniche di riempimento dello stampo come la compressione e lo stampaggio a iniezione, sono stati impiegati per produrre protesi rimovibili in resina PMMA.

Tra i metodi tradizionali, la tecnica di fabbricazione più comunemente utilizzata è lo stampaggio a compressione, noto anche come metodo della pressa per fiaschi. Si tratta di inserire il materiale in resina in uno stampo all'interno di un pallone, seguito dalla pressatura sotto pressione per riempire lo stampo e ottenere la forma desiderata. Il metodo della pressa per pacchi, in uso da molti anni, offre vantaggi come la facilità di applicazione e il basso costo. Tuttavia, presenta anche alcuni svantaggi, tra cui la necessità di lavoro manuale e passaggi dispendiosi in termini di tempo nelle procedure di laboratorio, la suscettibilità all'errore umano, il rischio di non riuscire a raggiungere una struttura omogenea durante la miscelazione e la lavorazione della resina e il ritiro da polimerizzazione. Tuttavia, con l'avvento delle tecnologie di produzione assistita da computer (CAD/CAM), per la loro produzione sono state impiegate anche tecniche di produzione sottrattiva come la fresatura4. Gli studi hanno dimostrato che i materiali di base per protesi prodotti con la tecnica di fresatura possiedono una maggiore resistenza alla flessione e un adattamento della base rispetto a quelli fabbricati con metodi convenzionali 5,6. Questi miglioramenti possono essere attribuiti agli elevati livelli di pressione e temperatura applicati durante la fabbricazione di dischi in PMMA fresati, che alla fine producono un materiale più compatto con un numero ridotto di vuoti 7,8,9.

La ricerca sulle proprietà fisiche dei materiali prodotti tramite la produzione sottrattiva in odontoiatria ha rivelato una serie di vantaggi, tra cui una migliore vestibilità, una maggiore durata e una maggiore stabilità dimensionale 5,10,11,12. Ciononostante, sono stati individuati notevoli svantaggi, tra cui la produzione di notevoli quantità di rifiuti durante la macinazione e gli elevati costi associati a questo processo13. Per affrontare queste sfide, così come il ritiro da polimerizzazione osservato nelle basi per protesi fabbricate in modo convenzionale, i metodi di produzione additiva, in particolare la stampa tridimensionale (3D), sono emersi come una valida alternativa. I materiali di base per protesi stampati in 3D offrono una serie di vantaggi, tra cui processi di produzione semplificati, maggiore stabilità dimensionale e minimo spreco di materiale, che li posiziona come un promettente metodo di produzione alternativo 8,14,15. Tuttavia, si ipotizza che le basi per protesi prodotte tramite stampa 3D possano mostrare una maggiore propensione allo scolorimento rispetto a quelle prodotte con tecniche convenzionali o di fresatura16. Tale scolorimento potrebbe avere implicazioni per l'aspetto estetico a lungo termine e la soddisfazione del paziente, giustificando ulteriori indagini sulla composizione del materiale e sui trattamenti superficiali impiegati nelle basi per protesi stampate in 3D. Una delle cause principali dello scolorimento dei materiali stampati in 3D è la loro superficie intrinsecamente ruvida. Le basi per protesi con superfici ruvide sono più suscettibili alle macchie e allo scolorimento. Inoltre, la rugosità superficiale fornisce un ambiente favorevole all'accumulo di biofilm, aumentando l'adesione di microrganismi come la Candida albicans. Questo accumulo microbico è pericoloso sia per l'igiene orale che per la salute generale, evidenziando l'importanza di ottimizzare la levigatezza della superficie dei materiali di base della protesi 17,18,19.

L'aumento della rugosità superficiale osservato nelle basi per protesi prodotte tramite stampa 3D, rispetto a quelle fabbricate con metodi convenzionali di polimerizzazione a caldo o fresatura, può essere attribuito alle caratteristiche intrinseche del processo di produzione. La stampa 3D si basa su una tecnica di fabbricazione strato per strato, in cui ogni strato lascia tracce microscopiche sulla superficie, contribuendo alle irregolarità della superficie 14,17. Questo effetto diventa più pronunciato con le stampanti a bassa risoluzione, esacerbando ulteriormente la rugosità superficiale4. Inoltre, le resine fotopolimeriche utilizzate nella stampa 3D subiscono una polimerizzazione indotta dalla luce, che potrebbe non raggiungere la polimerizzazione completa in alcune aree, portando a imperfezioni superficiali 2,15. Una polimerizzazione inadeguata o una post-elaborazione insufficiente possono aggravare ulteriormente questo problema3. Inoltre, la natura delle resine fotopolimeriche e le rapide reazioni di polimerizzazione coinvolte possono influire sull'omogeneità del materiale, compromettendo così la levigatezza della superficie 5,13. Al contrario, la tecnica di fresatura sottrattiva rimuove il materiale da un blocco prefabbricato, ottenendo una superficie più uniforme e liscia grazie all'elevata precisione delle frese di fresatura e al processo di taglio continuo16,11. Infine, le fasi di post-elaborazione richieste nella stampa 3D, come la levigatura e la lucidatura, potrebbero non essere sempre eseguite con adeguato rigore, lasciando irregolarità superficiali residue 8,10. Collettivamente, questi fattori spiegano l'aumento della rugosità superficiale associato alle basi per protesi stampate in 3D. Tuttavia, i progressi nella risoluzione della stampante, l'ottimizzazione dei materiali e i protocolli di post-elaborazione più efficaci sono promettenti per mitigare queste carenze superficiali9.

La tecnologia di stampa 3D può anche presentare sfide, come il "fenomeno del gradino delle scale", particolarmente evidente sulle superfici curve. Questo problema si verifica quando la superficie stampata manca di levigatezza e mostra invece una struttura stratificata, simile a un gradino, piuttosto che una finitura liscia, che può influire negativamente sulla stabilità del colore dei materiali utilizzati nelle regioni esteticamente critiche 20,21. Sono state proposte diverse tecniche per la riduzione della rugosità superficiale nelle basi protesiche. Questi includono la lucidatura meccanica con carta vetrata ad acqua, l'applicazione di agenti chimici specializzati e una combinazione di entrambi gli approcci 17,22,23,24.

Nonostante l'esistenza di numerosi studi che hanno confrontato le proprietà delle basi protesiche rimovibili, c'è stata una scarsità di indagini dettagliate sulla rugosità superficiale, un fattore chiave che contribuisce allo scolorimento, in diversi metodi di fabbricazione. L'obiettivo di questo studio è valutare l'influenza delle tecniche di fabbricazione contemporanee basate su protesi dentarie e delle procedure di lucidatura meccanica sulla rugosità superficiale. L'ipotesi nulla iniziale da testare è che non vi sia alcuna differenza percepibile nella rugosità superficiale dei materiali di base per protesi prodotti mediante stampa 3D, fresatura o metodi convenzionali. La seconda ipotesi nulla è che la lucidatura meccanica non abbia alcun effetto sulla rugosità superficiale dei materiali di base della protesi.

Protocollo

I dettagli dei reagenti, delle attrezzature e del software utilizzati sono elencati nella Tabella dei materiali.

1. Preparazione del campione

  1. Produzione di dischi in PMMA termopolimerizzati
    1. Crea un modello in cera con dimensioni di 2 mm di altezza e 10 mm di larghezza. Versare la cera fusa in un anello di metallo alto 2 mm e largo 10 mm e lasciarlo raffreddare. Una volta solidificato, rimuoverlo dall'anello per ottenere un modello in cera di 2 mm x 10 mm.
    2. Versare il gesso nella parte inferiore di un pallone in due parti.
    3. Posizionare il modello in cera preparato nell'intonaco in modo che sia incorporato a metà. Prima di riempire la parte superiore del pallone con il gesso, applicare un liquido separatore (vedi Tabella dei materiali).
      NOTA: Evitare che i due strati di intonaco si attacchino tra loro.
    4. Chiudere la parte superiore del pallone e versarvi sopra del gesso per fissare la parte superiore del modello in cera. Una volta che il gesso si è completamente solidificato, scaldare il pallone per permettere al modello in cera di sciogliersi, quindi rimuoverlo dallo stampo.
      NOTA: Al posto della cera si formerà una cavità, che consentirà di versare il materiale acrilico in questo spazio.
    5. Mescolare il liquido e la polvere di acrilico polimerizzato termicamente in un rapporto di 22,5 g di polvere per 10 ml di liquido. Impacchettare l'acrilico nella cavità all'interno del pallone.
    6. Dopo aver inserito il materiale acrilico nello stampo, sottoporre il pallone a polimerizzazione in acqua bollente a 100 °C per 45 min.
    7. Al termine della polimerizzazione, aprire il pallone e rimuovere con cautela il disco acrilico dal gesso. Pulire il disco acrilico da eventuali residui di intonaco con vapore e sciacquarlo con acqua distillata.
  2. Produzione di dischi in resina di polimetilmetacrilato fresati CAD-CAM
    1. Utilizzare il software di progettazione (vedere la tabella dei materiali) per progettare un disco con un'altezza di 2 mm e una larghezza di 10 mm.
    2. Posizionare il disco in PMMA fresato CAD/CAM da 98,5 mm/25 mm nell'unità di fresatura. Posizionare il design di 2 mm x 10 mm sul disco nel software, garantendo una distanza di 4 mm per l'utensile di fresatura.
    3. Separare i dischi acrilici dal blocco utilizzando una fresa in metallo duro affilata. Pulire i dischi acrilici da eventuali residui con vapore e risciacquare con acqua distillata.
  3. Produzione di dischi in resina polimetilmetacrilato stampati in 3D
    1. Esporta il design del disco di 2 mm di altezza e 10 mm di larghezza dal software di progettazione in formato STL (Standard Tessellation Language) e importalo nel software della stampante 3D.
    2. Posizionare le strutture di supporto sulle superfici del disco con un angolo di 45 gradi. Selezionare uno spessore dello strato di 0,5 mm micron consigliato per le protesi rimovibili. Impostare la velocità di stampa su 20-30 mm/s.
    3. Aprire il coperchio della stampante. Inserire la resina per protesi totale. Chiudere il coperchio della stampante.
    4. Premi il pulsante di approvazione per l'ora di compilazione che apparirà sullo schermo. Lo schermo visualizzerà il messaggio: "Conferma che l'area di costruzione è libera. Iniziare a costruire ora?" Premere il pulsante Sì .
      NOTA: Al termine della stampa 3D, le parti protesiche o dentali stampate vengono in genere semipolimerizzate. In questa fase, il materiale non ha ancora raggiunto le sue proprietà meccaniche complete e potrebbe presentare ancora aree morbide.
    5. Prima della polimerizzazione post-stampa, pulire i dischi con alcol isopropilico (IPA) per 20 minuti per rimuovere la resina in eccesso e ottenere una finitura più liscia.
    6. Posizionare i dischi in un'unità di polimerizzazione post-stampa che utilizza una sorgente di luce ultravioletta (UV). Questo dispositivo emette luce UV a una lunghezza d'onda specifica, garantendo l'indurimento uniforme del materiale entro 30 minuti.
      NOTA: L'unità di polimerizzazione emette tipicamente luce UV a 360 gradi.
    7. Separare i dischi prodotti dai supporti di stampa utilizzando una fresa in metallo duro affilata. Pulire i dischi acrilici da eventuali residui con vapore e risciacquare con acqua distillata.

2. Misurazione della rugosità superficiale

NOTA: Eseguire le misurazioni della rugosità superficiale dei campioni sia prima che dopo il processo di lucidatura.

  1. Calibrazione del profilometro
    1. Tieni premuto il pulsante di accensione per accendere il dispositivo. Una volta visualizzata la schermata principale, premere il pulsante Start .
      NOTA: La punta dello scanner si aprirà con il messaggio "Ritorno".
    2. Aprire il pannello di calibrazione senza toccare l'area grigia e posizionarlo sotto la punta dello scanner con il testo rivolto verso l'utente.
      NOTA: Posizionare la punta dello scanner sull'area grigia opaca.
    3. Premere il pulsante Menu/Invio sul pannello di controllo per avviare la calibrazione. Selezionare l'opzione Misurazione calibro e premere il pulsante Start .
      NOTA: Al termine della calibrazione, premere due volte il pulsante rosso per tornare al menu precedente e premere il pulsante blu per aprire il menu principale.
    4. Regolare le impostazioni per la lettura della rugosità superficiale in modo che copra 0,5 mm, con un valore di taglio di 0,8 mm, a una velocità di 0,25 mm/s e una risoluzione di 0,01 μm.
  2. Misura della rugosità superficiale dei campioni
    1. Posizionare il campione sul pannello in modo che la sua superficie tocchi la punta dello scanner.
      NOTA: Se il contatto non viene stabilito, sullo schermo apparirà un avviso rosso. Non verrà effettuata alcuna misurazione a meno che il contatto non sia stabilito e l'indicatore diventi blu.
    2. Una volta che la punta dello scanner ha completato la scansione della superficie, salvare i dati numerici visualizzati sullo schermo in un file Excel.
      NOTA: Misurare ogni campione tre volte e registrare i valori. Dopo aver completato le misurazioni, spegnere il dispositivo tenendo premuto il pulsante di accensione quando lo schermo si oscura, quindi premendo una volta il pulsante Start .

3. Procedura di lucidatura

  1. Posizionare una carta abrasiva al carburo di silicio a grana 600 sulla smerigliatrice/lucidatrice.
  2. Aprire l'alimentazione idrica della macchina. Applicare i campioni sulla carta abrasiva rotante per 10 s, assicurandosi che l'intera superficie misurata entri in contatto.
  3. Ripetere il processo in sequenza con carte abrasive al carburo di silicio a grana 800 e 1000, utilizzando un foglio nuovo per ogni campione. Pulire il disco acrilico da eventuali residui con vapore e risciacquare con acqua distillata.

4. Analisi statistica

  1. Eseguire analisi statistiche.
  2. Applicare il test di Kruskal-Wallis e il test U di Mann-Whitney a coppie (con correzione di Bonferroni) per determinare eventuali differenze significative tra i gruppi.
  3. Considera un valore p inferiore a 0,05 come statisticamente significativo.

Risultati

La misurazione dei valori di rugosità superficiale nei gruppi di studio prima della procedura di lucidatura ha prodotto i seguenti valori: 2,13 (IQR 0,84) per il gruppo HP, 4,21 (2,73) per il gruppo stampato in 3D e 0,99 (0,54) per il gruppo ML. Dopo la procedura di lucidatura meccanica, è stata osservata una diminuzione dei valori di rugosità superficiale in tutti i gruppi, con la misurazione dei valori SR post-lucidatura che ha prodotto i seguenti risultati: 0,29 (0,06) per il grupp...

Discussione

In questo studio, è stato valutato a fondo l'impatto di diverse tecniche di fabbricazione e procedure di lucidatura sulla rugosità superficiale (Ra) dei materiali a base di resina utilizzati nella fabbricazione di protesi totali. L'analisi statistica ha rivelato differenze significative nei valori di rugosità superficiale in tutti i gruppi, con i campioni prodotti tramite stampa 3D che mostrano i valori di rugosità più elevati, sia prima che dopo la lucidatura. La lucidatur...

Divulgazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Riconoscimenti

Vorremmo esprimere la nostra sincera gratitudine ad Ahmet Sinan Gunuc, Assist. Il Prof. Idil Ozden e il Dr. Mustafa Enes Ozden per la loro preziosa assistenza nella raccolta e nell'analisi dei dati. La ricerca è stata finanziata dagli autori. Non è stato ottenuto alcun sostegno finanziario esterno.

Materiali

NameCompanyCatalog NumberComments
3-dimensionally printed resinDentabase, Asiga, Australiahttps://www.asiga.com/materials-dental/complete denture material 
Asiga Composer SoftwareAsiga, Australiahttps://www.asiga.com/software-composer/ 3D Printer software
CAD-CAM milled polymethyl methacrylate resin M-PM Disc, Merz Dental, GermanyA2: SKU 1019085complete denture material 
Curing unitLilivis, Huvitz, South Koreahttps://www.medicalexpo.com/prod/huvitz/product-80194-1066733.html3D light curing
Exocad softwareAlign Technology, Germanyhttps://exocad.com/company/about-us/desing software
Grinder/Polisher machine Buehler Inc, Phoenix Beta, Germanypolishing
Milled UnitDentifa PRO2,IFA Machinery Design Engineering Services Industry and Trade Ltd. Co., Turkeyhttp://www.dentifa.com/Milling of the CAD-CAM milled polymethyl methacrylate resin discs
Polimerized polymethyl methacrylate resinProbase, Ivoclar, Liechtensteinhttps://www.ivoclar.com/en_us/products/removable-prosthetics/probase-hot-coldcomplete denture material 
Profilometer Surftest SJ-210, Mitutoyo, Japan178-561-12Asurface roughness measurement
Separating agent Ivoclar Vivadent Separating Fluidhttps://www.ivoclar.com/en_li/products/removable-prosthetics/probase-hot-coldseparating agent
SPSS28 software IBM Corp., Armork, NY,USAhttps://www.ibm.com/spssstatistical analyses

Riferimenti

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