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Resumo

Este artigo apresenta um protocolo para avaliar os efeitos de diferentes métodos de fabricação (PMMA termopolimerizado, PMMA fresado CAD-CAM e resina impressa em 3D) e técnicas de polimento (papéis abrasivos de carboneto de silício de grão 600, 800 e 1000) na rugosidade superficial (Ra) de materiais à base de resina usados para próteses totais.

Resumo

Este estudo teve como objetivo avaliar o impacto de várias técnicas de fabricação e procedimentos de polimento na rugosidade superficial (Ra) de materiais à base de resina utilizados na fabricação de próteses totais. Um total de 90 espécimes foram produzidos a partir de três diferentes materiais de resina: resina polimerizada por polimetilmetacrilato (PMMA), resina de PMMA fresada CAD-CAM e resina impressa em 3D (n = 30). Cada espécime media 10 mm de diâmetro e 2 mm de altura. Os valores de rugosidade superficial (Ra) dos corpos de prova foram inicialmente determinados usando um perfilômetro de contato após a fabricação. Posteriormente, cada grupo de corpos de prova foi polido com lixas abrasivas de carboneto de silício de grão 600, 800 e 1000 em água corrente. Uma segunda medição dos valores de rugosidade superficial (Ra) foi então realizada. Os dados foram analisados estatisticamente por meio do teste de Kruskal-Wallis, teste U de Mann-Whitney, teste dos postos sinalizados de Wilcoxon e teste t de amostras pareadas (p = 0,05). Identificou-se diferença estatisticamente significativa entre os grupos em termos de rugosidade superficial (Ra) antes do processo de polimento (p < 0,001). No entanto, nenhuma diferença estatisticamente significativa foi observada entre os materiais de base de PMMA fresados e polimerizados por calor após o processo de polimento. Os espécimes impressos em 3D mostraram a melhoria mais notável na rugosidade da superfície devido ao processo de polimento. No entanto, sua rugosidade superficial permaneceu estatisticamente significativamente maior em comparação com as outras amostras, tanto antes quanto após o polimento (p < 0,001). Observou-se que o método de fabricação de materiais de base de próteses totais influencia a rugosidade da superfície. Os valores de rugosidade superficial dos materiais de base fabricados usando o método de impressão 3D foram maiores em comparação com aqueles fabricados com resina de PMMA fresada e polimerizada por calor, antes e depois do polimento.

Introdução

A restauração de áreas edêntulas é mais comumente alcançada por meio do uso de próteses removíveis parciais ou totais, que servem como uma alternativa importante nos casos em que as próteses fixas implantossuportadas não são viáveis devido a fatores anatômicos ou condições relacionadas ao paciente, como restrições econômicas ou doenças sistêmicas1. Os materiais de base empregados nessas próteses são tipicamente resinas contendo polimetilmetacrilato (PMMA). O PMMA é um material econômico valorizado por sua facilidade de processamento, reparabilidade e polimento2. Também demonstra propriedades físico-químicas favoráveis e resultados estéticos satisfatórios3. Vários métodos de fabricação, como vazamento de resina fluida e técnicas de preenchimento de moldes, como moldagem por compressão e injeção, foram empregados para produzir próteses removíveis a partir de resina PMMA.

Entre os métodos tradicionais, a técnica de fabricação mais comumente usada é a moldagem por compressão, também conhecida como método de prensa de frasco. Envolve colocar o material de resina em um molde dentro de um frasco, seguido de pressioná-lo sob pressão para preencher o molde e obter a forma desejada. O método de prensagem de frascos, que está em uso há muitos anos, oferece vantagens como facilidade de aplicação e baixo custo. No entanto, também apresenta algumas desvantagens, incluindo a necessidade de trabalho manual e etapas demoradas em procedimentos laboratoriais, suscetibilidade a erros humanos, risco de não conseguir uma estrutura homogênea durante a mistura e processamento da resina e encolhimento da polimerização. No entanto, com o advento das tecnologias de manufatura assistida por computador (CAD/CAM), técnicas de manufatura subtrativa, como fresagem, também foram empregadas para sua produção4. Estudos têm demonstrado que os materiais de base de próteses produzidos pela técnica de fresagem possuem maior resistência à flexão e adaptação da base do que aqueles fabricados por métodos convencionais 5,6. Essas melhorias podem ser atribuídas aos elevados níveis de pressão e temperatura aplicados durante a fabricação de discos de PMMA fresados, o que acaba resultando em um material mais compacto com um número reduzido de vazios 7,8,9.

A pesquisa sobre as propriedades físicas de materiais produzidos por meio de manufatura subtrativa em odontologia revelou uma série de vantagens, incluindo um ajuste aprimorado, maior durabilidade e maior estabilidade dimensional 5,10,11,12. No entanto, foram identificadas desvantagens consideráveis, incluindo a geração de quantidades substanciais de resíduos durante a moagem e os altos custos associados a esse processo13. Para enfrentar esses desafios, bem como o encolhimento da polimerização observado em bases de próteses convencionais, os métodos de manufatura aditiva, em particular a impressão tridimensional (3D), surgiram como uma alternativa viável. Os materiais de base de próteses impressas em 3D oferecem uma série de vantagens, incluindo processos de produção simplificados, estabilidade dimensional aprimorada e desperdício mínimo de material, o que os posiciona como um método de fabricação alternativo promissor 8,14,15. No entanto, hipotetiza-se que as bases de próteses produzidas por impressão 3D podem apresentar maior propensão à descoloração em comparação com aquelas fabricadas por meio de técnicas convencionais ou de fresagem16. Essa descoloração pode ter implicações para o apelo estético a longo prazo e a satisfação do paciente, justificando uma investigação mais aprofundada sobre a composição do material e os tratamentos de superfície empregados em bases de próteses impressas em 3D. Uma das principais causas de descoloração de materiais impressos em 3D é sua superfície inerentemente áspera. As bases de próteses com superfícies ásperas são mais suscetíveis a manchas e descoloração. Além disso, a rugosidade superficial proporciona um ambiente propício ao acúmulo de biofilme, aumentando a aderência de microrganismos como a Candida albicans. Esse acúmulo microbiano é perigoso tanto para a higiene bucal quanto para a saúde geral, destacando a importância de otimizar a lisura da superfície dos materiais de base da prótese 17,18,19.

O aumento da rugosidade da superfície observado nas bases de próteses produzidas por meio de impressão 3D, em comparação com aquelas fabricadas usando métodos convencionais de cura por calor ou fresados, pode ser atribuído às características inerentes ao processo de fabricação. A impressão 3D depende de uma técnica de fabricação camada por camada, onde cada camada deixa traços microscópicos na superfície, contribuindo para irregularidades superficiais14,17. Esse efeito se torna mais pronunciado com impressoras de baixa resolução, exacerbando ainda mais a rugosidade da superfície4. Além disso, as resinas fotopoliméricas utilizadas na impressão 3D sofrem polimerização induzida por luz, que pode não atingir a polimerização completa em algumas áreas, levando a imperfeições superficiais 2,15. A polimerização inadequada ou o pós-processamento insuficiente podem agravar ainda mais esse problema3. Além disso, a natureza das resinas fotopoliméricas e as rápidas reações de polimerização envolvidas podem afetar a homogeneidade do material, comprometendo a suavidade da superfície 5,13. Em contraste, a técnica de fresagem subtrativa remove o material de um bloco pré-fabricado, resultando em uma superfície mais uniforme e lisa devido à alta precisão das brocas de fresagem e ao processo de corte contínuo16,11. Por fim, as etapas de pós-processamento necessárias na impressão 3D, como lixamento e polimento, nem sempre podem ser realizadas com rigor adequado, deixando irregularidades superficiais residuais 8,10. Coletivamente, esses fatores explicam o aumento da rugosidade da superfície associado às bases de próteses impressas em 3D. No entanto, avanços na resolução da impressora, otimização de material e protocolos de pós-processamento mais eficazes são promissores para mitigar essas deficiências de superfície9.

A tecnologia de impressão 3D também pode apresentar desafios, como o "fenômeno de degraus de escada", particularmente evidente em superfícies curvas. Esse problema surge quando a superfície impressa carece de suavidade e, em vez disso, exibe uma estrutura em camadas, semelhante a um degrau, em vez de um acabamento liso, o que pode afetar negativamente a estabilidade da cor dos materiais usados em regiões esteticamente críticas20,21. Uma variedade de técnicas tem sido proposta para a redução da rugosidade superficial em bases de próteses dentárias. Isso inclui polimento mecânico com lixa de água, aplicação de agentes químicos especializados e uma combinação de ambas as abordagens 17,22,23,24.

Apesar da existência de numerosos estudos que compararam as propriedades das bases de próteses removíveis, tem havido uma escassez de investigações detalhadas sobre a rugosidade da superfície, um fator-chave que contribui para a descoloração, em diferentes métodos de fabricação. O objetivo deste estudo é avaliar a influência das técnicas contemporâneas de fabricação de próteses dentárias e procedimentos de polimento mecânico na rugosidade da superfície. A hipótese nula inicial a ser testada é que não há diferença perceptível na rugosidade da superfície dos materiais de base da prótese produzidos por impressão 3D, fresagem ou métodos convencionais. A segunda hipótese nula é que o polimento mecânico não tem efeito sobre a rugosidade da superfície dos materiais de base da prótese.

Protocolo

Os detalhes dos reagentes, equipamentos e software usados estão listados na Tabela de Materiais.

1. Preparação da amostra

  1. Produção de discos de PMMA termopolimerizados
    1. Crie um modelo de cera com dimensões de 2 mm de altura e 10 mm de largura. Despeje a cera derretida em um anel de metal de 2 mm de altura e 10 mm de largura e deixe esfriar. Depois de solidificado, retire-o do anel para obter um modelo de cera de 2 mm x 10 mm.
    2. Despeje o gesso na parte inferior de um frasco de duas partes.
    3. Coloque o modelo de cera preparado no gesso de forma que fique meio embutido. Antes de encher a parte superior do balão com gesso, aplicar um líquido de separação (ver Tabela de Materiais).
      NOTA: Evite que as duas camadas de gesso grudem.
    4. Feche a parte superior do frasco e despeje gesso sobre ele para prender a parte superior do modelo de cera. Assim que o gesso estiver totalmente endurecido, aqueça o frasco para permitir que o modelo de cera derreta e, em seguida, remova-o do molde.
      NOTA: Uma cavidade se formará no lugar da cera, permitindo que o material acrílico seja derramado neste espaço.
    5. Misture o líquido e o pó de acrílico polimerizado por calor na proporção de 22,5 g de pó para 10 mL de líquido. Embale o acrílico na cavidade dentro do frasco.
    6. Depois de colocar o material acrílico no molde, submeter o frasco à polimerização em água fervente a 100 °C durante 45 min.
    7. Após a polimerização estar completa, abra o frasco e remova cuidadosamente o disco de acrílico do gesso. Limpe o disco de acrílico de quaisquer resíduos de gesso usando vapor e enxágue-o com água destilada.
  2. Produção de discos de resina de polimetilmetacrilato fresados CAD-CAM
    1. Use o software de projeto (consulte a Tabela de Materiais) para projetar um disco com uma altura de 2 mm e uma largura de 10 mm.
    2. Coloque o disco de PMMA fresado CAD/CAM de 98,5 mm/25 mm na unidade de fresagem. Posicione o design de 2 mm x 10 mm no disco no software, garantindo uma folga de 4 mm para a ferramenta de fresagem.
    3. Separe os discos de acrílico do bloco usando uma broca de metal duro afiada. Limpe os discos de acrílico de quaisquer resíduos usando vapor e enxágue com água destilada.
  3. Produção de discos de resina de polimetilmetacrilato impressos em 3D
    1. Exporte o design do disco de 2 mm de altura e 10 mm de largura do software de design no formato de linguagem de mosaico padrão (STL) e importe-o para o software da impressora 3D.
    2. Coloque as estruturas de suporte nas superfícies do disco em um ângulo de 45 graus. Selecione uma espessura de camada de 0,5 mm de mícron recomendada para próteses removíveis. Defina a velocidade de impressão para 20-30 mm/s.
    3. Abra a tampa da impressora. Insira a resina da prótese total. Feche a tampa da impressora.
    4. Pressione o botão aprovar para o tempo de compilação que aparecerá na tela. A tela exibirá a mensagem: "Confirme se a área de construção está limpa. Comece a construir agora?" Pressione o botão Sim .
      NOTA: Após a conclusão da impressão 3D, as peças protéticas ou dentárias impressas são normalmente semicuradas. Nesta fase, o material ainda não atingiu todas as suas propriedades mecânicas e ainda pode ter áreas moles.
    5. Antes da pós-cura, limpe os discos com álcool isopropílico (IPA) por 20 min para remover o excesso de resina e obter um acabamento mais liso.
    6. Coloque os discos em uma unidade de pós-cura que use uma fonte de luz ultravioleta (UV). Este dispositivo emite luz UV em um comprimento de onda específico, garantindo o endurecimento uniforme do material em 30 min.
      NOTA: A unidade de cura normalmente emite luz UV de 360 graus.
    7. Separe os discos produzidos dos suportes de impressão usando uma broca de metal duro afiada. Limpe os discos de acrílico de quaisquer resíduos usando vapor e enxágue com água destilada.

2. Medição da rugosidade da superfície

NOTA: Realize medições de rugosidade superficial das amostras antes e depois do processo de polimento.

  1. Calibração do perfilômetro
    1. Pressione e segure o botão liga/desliga para ligar o dispositivo. Quando a tela principal aparecer, pressione o botão Iniciar .
      NOTA: A ponta do scanner será aberta com a mensagem "Retornando".
    2. Abra o painel de calibração sem tocar na área cinza e posicione-o sob a ponta do scanner com o texto voltado para o usuário.
      NOTA: Coloque a ponta do scanner na área cinza fosca.
    3. Pressione o botão Menu/Enter no painel de controle para iniciar a calibração. Selecione a opção Medida da Calibração e pressione o botão Iniciar .
      NOTA: Após a conclusão da calibração, pressione o botão vermelho duas vezes para retornar ao menu anterior e pressione o botão azul para abrir o menu principal.
    4. Ajuste as configurações para leitura da rugosidade da superfície para cobrir 0.5 mm, com um valor de corte de 0.8 mm, a uma velocidade de 0.25 mm/s e uma resolução de 0.01 μm.
  2. Medição da rugosidade da superfície das amostras
    1. Coloque a amostra no painel de forma que sua superfície toque na ponta do scanner.
      NOTA: Se o contato não for estabelecido, um aviso vermelho aparecerá na tela. Nenhuma medição será feita a menos que o contato seja feito e o indicador fique azul.
    2. Depois que a ponta do scanner concluir a varredura de superfície, salve os dados numéricos exibidos na tela em um arquivo do Excel.
      NOTA: Meça cada amostra três vezes e registre os valores. Depois de concluir as medições, desligue o dispositivo pressionando e segurando o botão Liga / Desliga quando a tela escurecer e, em seguida, pressionando o botão Iniciar uma vez.

3. Procedimento de polimento

  1. Coloque uma lixa de carboneto de silício de grão 600 na máquina de moer/polir.
  2. Ligue o abastecimento de água da máquina. Aplique as amostras na lixa rotativa por 10 s, garantindo que toda a superfície medida entre em contato.
  3. Repita o processo sequencialmente com lixeiras de carboneto de silício de grão 800 e 1000, usando uma folha nova para cada amostra. Limpe o disco de acrílico de quaisquer resíduos usando vapor e enxágue com água destilada.

4. Análise estatística

  1. Realizar análises estatísticas.
  2. Aplicar o teste de Kruskal-Wallis e o teste U de Mann-Whitney pareado (com correção de Bonferroni) para determinar quaisquer diferenças significativas entre os grupos.
  3. Considere um valor de p abaixo de 0,05 como estatisticamente significativo.

Resultados

A medição dos valores de rugosidade da superfície nos grupos de estudo antes do procedimento de polimento produziu os seguintes valores: 2,13 (IQR 0,84) para o grupo HP, 4,21 (2,73) para o grupo impresso em 3D e 0,99 (0,54) para o grupo ML. Após o procedimento de polimento mecânico, foi observada uma diminuição nos valores de rugosidade superficial em todos os grupos, com a medição dos valores de SR pós-polimento produzindo os seguintes resultados: 0,29 (0,06) para o grupo HP, ...

Discussão

Neste estudo, avaliou-se minuciosamente o impacto de diferentes técnicas de fabricação e procedimentos de polimento na rugosidade superficial (Ra) de materiais à base de resina utilizados na fabricação de próteses totais. A análise estatística revelou diferenças significativas nos valores de rugosidade da superfície em todos os grupos, com as amostras produzidas por impressão 3D exibindo os maiores valores de rugosidade, antes e depois do polimento. O polimento mecâ...

Divulgações

Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.

Agradecimentos

Gostaríamos de expressar nossa sincera gratidão a Ahmet Sinan Gunuc, Assist. Prof. Idil Ozden e Dr. Mustafa Enes Ozden por sua valiosa assistência na coleta e análise de dados. A pesquisa foi financiada pelos autores. Não foi obtido qualquer apoio financeiro externo.

Materiais

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

Referências

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