Article de méthode

Impact des techniques de fabrication et des procédures de polissage sur la rugosité de surface des résines de base de prothèse

DOI :

10.3791/67844

⸱

17 janvier 2025

 ,  , 
1Faculty of Dentistry Department of Prosthodontics, Yeditepe University, 2Faculty of Dentistry Department of Restorative Dentistry, Marmara University

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cet article présente un protocole permettant d’évaluer les effets de différentes méthodes de fabrication (PMMA polymérisé à chaud, PMMA fraisé CAD-CAM et résine imprimée en 3D) et techniques de polissage (papiers abrasifs en carbure de silicium de grain 600, 800 et 1000) sur la rugosité de surface (Ra) des matériaux de base en résine utilisés pour les prothèses complètes.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Cette étude visait à évaluer l’impact de diverses techniques de fabrication et procédures de polissage sur la rugosité de surface (Ra) des matériaux à base de résine utilisés dans la fabrication de prothèses complètes. Au total, 90 échantillons ont été produits à partir de trois matériaux de résine différents : la résine de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) polymérisée à chaud, la résine PMMA broyée CAD-CAM et la résine imprimée en 3D (n = 30). Chaque éprouvette mesurait 10 mm de diamètre et 2 mm de hauteur. Les valeurs de rugosité de surface (Ra) des éprouvettes ont d’abord été déterminées à l’aide d’un profilomètre de contact après la fabrication. Par la suite, chaque groupe d’éprouvettes a été poli avec des papiers abrasifs en carbure de silicium de grain 600, 800 et 1000 sous l’eau courante. Une deuxième mesure des valeurs de rugosité de surface (Ra) a ensuite été effectuée. Les données ont été analysées statistiquement à l’aide du test de Kruskal-Wallis, du test U de Mann-Whitney, du test de Wilcoxon et du test t des échantillons appariés (p = 0,05). Une différence statistiquement significative a été identifiée entre les groupes en termes de rugosité de surface (Ra) avant le processus de polissage (p < 0,001). Cependant, aucune différence statistiquement significative n’a été observée entre les matériaux de base PMMA broyés et polymérisés à chaud après le processus de polissage. Les échantillons imprimés en 3D ont montré l’amélioration la plus notable de la rugosité de surface grâce au processus de polissage. Néanmoins, leur rugosité de surface est restée statistiquement significativement plus élevée par rapport aux autres échantillons, tant avant qu’après le polissage (p < 0,001). On a observé que la méthode de fabrication des matériaux de base de prothèse complète influençait la rugosité de surface. Les valeurs de rugosité de surface des matériaux de base fabriqués à l’aide de la méthode d’impression 3D étaient plus élevées que celles fabriquées avec de la résine PMMA broyée et polymérisée à chaud, avant et après le polissage.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La restauration des zones édentées est le plus souvent réalisée grâce à l’utilisation de prothèses amovibles partielles ou complètes, qui constituent une alternative importante dans les cas où les prothèses fixes sur implants ne sont pas réalisables en raison de facteurs anatomiques ou de conditions liées au patient telles que des contraintes économiques ou des maladies systémiques1. Les matériaux de base utilisés dans ces prothèses sont généralement des résines contenant du polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Le PMMA est un matériau rentable apprécié pour sa facilité de traitement, sa réparabilité et sa polissabilité2. Il démontre également des propriétés physicochimiques favorables et des résultats esthétiques satisfaisants3. Diverses méthodes de fabrication, telles que le coulage de résine fluide et les techniques de remplissage de moules comme la compression et le moulage par injection, ont été utilisées pour produire des prothèses amovibles à partir de résine PMMA.

Parmi les méthodes traditionnelles, la technique de fabrication la plus couramment utilisée est le moulage par compression, également connu sous le nom de méthode de la presse à flacons. Il s’agit de placer le matériau en résine dans un moule à l’intérieur d’un flacon, puis de le presser sous pression pour remplir le moule et obtenir la forme souhaitée. La méthode de la presse à flacons, utilisée depuis de nombreuses années, offre des avantages tels que la facilité d’application et le faible coût. Cependant, il présente également certains inconvénients, notamment l’exigence d’un travail manuel et d’étapes chronophages dans les procédures de laboratoire, la sensibilité à l’erreur humaine, le risque de ne pas obtenir une structure homogène lors du mélange et du traitement de la résine et le retrait de polymérisation. Cependant, avec l’avènement des technologies de conception assistée par ordinateur (CAD/CAM), des techniques de fabrication soustractive telles que le fraisage ont également été utilisées pour leur production4. Des études ont démontré que les matériaux de base des prothèses dentaires produits à l’aide de la technique d’usinage possèdent une plus grande résistance à la flexion et une meilleure adaptation de la base que ceux fabriqués à l’aide de méthodes conventionnelles 5,6. Ces améliorations peuvent être attribuées aux niveaux élevés de pression et de température appliqués lors de la fabrication des disques PMMA fraisés, ce qui permet d’obtenir un matériau plus compact avec un nombre réduit de vides 7,8,9.

La recherche sur les propriétés physiques des matériaux produits par fabrication soustractive en dentisterie a révélé un certain nombre d’avantages, notamment un meilleur ajustement, une plus grande durabilité et une stabilité dimensionnelle accrue 5,10,11,12. Néanmoins, des inconvénients considérables ont été identifiés, notamment la production de quantités importantes de déchets pendant le broyage et les coûts élevés associés à ce processus13. Afin de relever ces défis, ainsi que le retrait de polymérisation observé dans les bases de prothèses dentaires fabriquées de manière conventionnelle, les méthodes de fabrication additive, en particulier l’impression tridimensionnelle (3D), sont apparues comme une alternative viable. Les matériaux de base des prothèses dentaires imprimés en 3D offrent un certain nombre d’avantages, notamment des processus de production rationalisés, une stabilité dimensionnelle améliorée et un gaspillage de matériaux minimal, ce qui les positionne comme une méthode de fabrication alternative prometteuse 8,14,15. Néanmoins, on suppose que les bases de prothèses produites par impression 3D peuvent présenter une propension à la décoloration plus élevée par rapport à celles fabriquées par des techniques conventionnelles ou de fraisage16. Une telle décoloration pourrait avoir des implications sur l’attrait esthétique à long terme et la satisfaction des patients, justifiant une enquête plus approfondie sur la composition des matériaux et les traitements de surface utilisés dans les bases de prothèses dentaires imprimées en 3D. L’une des principales causes de décoloration des matériaux imprimés en 3D est leur surface intrinsèquement rugueuse. Les bases de prothèses dentaires avec des surfaces rugueuses sont plus sensibles aux taches et à la décoloration. De plus, la rugosité de la surface crée un environnement propice à l’accumulation de biofilms, augmentant l’adhérence des micro-organismes tels que Candida albicans. Cette accumulation microbienne est dangereuse pour l’hygiène bucco-dentaire et la santé globale, soulignant l’importance d’optimiser la lisse de surface des matériaux de base des prothèses dentaires 17,18,19.

L’augmentation de la rugosité de surface observée dans les bases de prothèses produites par impression 3D, par rapport à celles fabriquées à l’aide de méthodes conventionnelles durcies à chaud ou fraisées, peut être attribuée aux caractéristiques inhérentes au processus de fabrication. L’impression 3D repose sur une technique de fabrication couche par couche, où chaque couche laisse des traces microscopiques sur la surface, contribuant aux irrégularités de surface14,17. Cet effet devient plus prononcé avec les imprimantes à faible résolution, ce qui exacerbe encore la rugosité de la surface4. De plus, les résines photopolymères utilisées dans l’impression 3D subissent une polymérisation induite par la lumière, qui peut ne pas atteindre une polymérisation complète dans certaines zones, entraînant des imperfections de surface 2,15. Une polymérisation inadéquate ou un post-traitement insuffisant peut aggraver ce problème3. De plus, la nature des résines photopolymères et les réactions de polymérisation rapides impliquées peuvent avoir un impact sur l’homogénéité du matériau, compromettant ainsi la douceur de la surface 5,13. En revanche, la technique de fraisage soustractif enlève de la matière d’un bloc préfabriqué, ce qui permet d’obtenir une surface plus uniforme et plus lisse grâce à la haute précision des fraises et au processus de coupe continu16,11. Enfin, les étapes de post-traitement requises dans l’impression 3D, telles que le ponçage et le polissage, peuvent ne pas toujours être effectuées avec une rigueur adéquate, laissant des irrégularités de surface résiduelles 8,10. Collectivement, ces facteurs expliquent l’augmentation de la rugosité de surface associée aux bases de prothèses dentaires imprimées en 3D. Cependant, les progrès en matière de résolution de l’imprimante, d’optimisation des matériaux et de protocoles de post-traitement plus efficaces sont prometteurs pour atténuer ces déficiences de surface9.

La technologie d’impression 3D peut également présenter des défis, tels que le « phénomène des marches d’escalier », particulièrement évident sur les surfaces courbes. Ce problème se pose lorsque la surface imprimée manque de douceur et présente plutôt une structure en couches, semblable à une marche, plutôt qu’une finition lisse, ce qui peut avoir un impact négatif sur la stabilité des couleurs des matériaux utilisés dans les régions esthétiquement critiques20,21. Diverses techniques ont été proposées pour réduire la rugosité de surface des bases de prothèses. Il s’agit notamment du polissage mécanique avec du papier de verre à l’eau, de l’application d’agents chimiques spécialisés et d’une combinaison des deux approches 17,22,23,24.

Malgré l’existence de nombreuses études qui ont comparé les propriétés des bases de prothèses amovibles, il y a eu un manque d’études détaillées sur la rugosité de surface, un facteur clé contribuant à la décoloration, à travers différentes méthodes de fabrication. L’objectif de cette étude est d’évaluer l’influence des techniques contemporaines de fabrication à base de prothèses dentaires et des procédures de polissage mécanique sur la rugosité de surface. L’hypothèse nulle initiale à tester est qu’il n’y a pas de différence perceptible dans la rugosité de surface des matériaux de base de prothèse produits par impression 3D, fraisage ou méthodes conventionnelles. La deuxième hypothèse nulle est que le polissage mécanique n’a aucun effet sur la rugosité de surface des matériaux de base des prothèses dentaires.

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Protocole

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Les détails des réactifs, de l’équipement et des logiciels utilisés sont répertoriés dans la table des matériaux.

1. Préparation de l’échantillon

  1. Production de disques en PMMA polymérisé à chaud
    1. Créez un modèle en cire avec des dimensions de 2 mm de hauteur et 10 mm de largeur. Versez la cire fondue dans un anneau métallique de 2 mm de haut et 10 mm de large et laissez-la refroidir. Une fois solidifié, retirez-le de l’anneau pour obtenir un modèle en cire de 2 mm x 10 mm.
    2. Versez le plâtre dans la partie inférieure d’une fiole en deux parties.
    3. Placez le modèle en cire préparé dans le plâtre de manière à ce qu’il soit à moitié encastré. Avant de remplir la partie supérieure de la fiole de plâtre, appliquez un liquide de séparation (voir tableau des matériaux).
      REMARQUE : Empêchez les deux couches de plâtre de coller ensemble.
    4. Fermez la partie supérieure de la fiole et versez du plâtre dessus pour fixer le haut du modèle en cire. Une fois que le plâtre a complètement pris, chauffez le flacon pour permettre au modèle de cire de fondre, puis retirez-le du moule.
      REMARQUE : Une cavité se formera à la place de la cire, permettant au matériau acrylique d’être versé dans cet espace.
    5. Mélangez le liquide et la poudre d’acrylique polymérisé à chaud dans un rapport de 22,5 g de poudre pour 10 ml de liquide. Emballez l’acrylique dans la cavité à l’intérieur du flacon.
    6. Après avoir placé le matériau acrylique dans le moule, soumettre le ballon à la polymérisation dans de l’eau bouillante à 100 °C pendant 45 min.
    7. Une fois la polymérisation terminée, ouvrez le flacon et retirez délicatement le disque acrylique du plâtre. Nettoyez le disque acrylique de tout résidu de plâtre à la vapeur et rincez-le à l’eau distillée.
  2. Production de disques en résine de polyméthacrylate de méthyle fraisés CAD-CAM
    1. À l’aide d’un logiciel de conception (voir la table des matériaux), vous pouvez concevoir un disque d’une hauteur de 2 mm et d’une largeur de 10 mm.
    2. Placez le disque PMMA fraisé CAD/CAM de 98,5 mm/25 mm dans l’unité de fraisage. Positionnez la conception de 2 mm x 10 mm sur le disque dans le logiciel, en assurant un espace de 4 mm pour l’outil de fraisage.
    3. Séparez les disques acryliques du bloc à l’aide d’une fraise en carbure tranchante. Nettoyez les disques acryliques de tout résidu à la vapeur et rincez-les à l’eau distillée.
  3. Production de disques en résine polyméthacrylate de méthyle imprimés en 3D
    1. Exportez le design de disque de 2 mm de hauteur et 10 mm de largeur à partir du logiciel de conception au format STL (Standard Tessellation Language) et importez-le dans le logiciel de l’imprimante 3D.
    2. Placez les structures de support sur les surfaces des disques à un angle de 45 degrés. Sélectionnez une épaisseur de couche de 0,5 mm de micron recommandée pour les prothèses amovibles. Réglez la vitesse d’impression sur 20-30 mm/s.
    3. Ouvrez le capot de l’imprimante. Insérez la résine de prothèse complète. Fermez le capot de l’imprimante.
    4. Appuyez sur le bouton d’approbation pour que le temps de construction s’affiche à l’écran. L’écran affichera le message : « Confirmez que la zone de construction est dégagée. Commencer à construire maintenant ? Appuyez sur le bouton Oui .
      REMARQUE : Une fois l’impression 3D terminée, les pièces prothétiques ou dentaires imprimées sont généralement semi-polymérisées. À ce stade, le matériau n’a pas encore atteint ses propriétés mécaniques complètes et peut encore présenter des zones molles.
    5. Avant la post-polymérisation, nettoyez les disques avec de l’alcool isopropylique (IPA) pendant 20 minutes pour éliminer l’excès de résine et obtenir une finition plus lisse.
    6. Placez les disques dans une unité de post-polymérisation qui utilise une source de lumière ultraviolette (UV). Cet appareil émet une lumière UV à une longueur d’onde spécifique, assurant le durcissement uniforme du matériau en 30 minutes.
      REMARQUE : L’unité de durcissement émet généralement une lumière UV à 360 degrés.
    7. Séparez les disques produits des supports d’impression à l’aide d’une fraise en carbure tranchante. Nettoyez les disques acryliques de tout résidu à la vapeur et rincez-les à l’eau distillée.

2. Mesure de la rugosité de surface

REMARQUE : Effectuez des mesures de rugosité de surface des échantillons avant et après le processus de polissage.

  1. Étalonnage du profilomètre
    1. Appuyez sur le bouton d’alimentation et maintenez-le enfoncé pour allumer l’appareil. Une fois que l’écran principal apparaît, appuyez sur le bouton Démarrer .
      REMARQUE : L’embout du scanner s’ouvre avec le message « Retour ».
    2. Ouvrez le panneau d’étalonnage sans toucher la zone grise et positionnez-le sous la pointe du scanner avec le texte face à l’utilisateur.
      REMARQUE : placez la pointe du scanner sur la zone grise mate.
    3. Appuyez sur le bouton Menu/Enter du panneau de commande pour lancer l’étalonnage. Sélectionnez l’option Mesure de calib et appuyez sur le bouton Démarrer .
      REMARQUE : Une fois l’étalonnage terminé, appuyez deux fois sur le bouton rouge pour revenir au menu précédent et appuyez sur le bouton bleu pour ouvrir le menu principal.
    4. Ajustez les paramètres de lecture de la rugosité de surface pour couvrir 0,5 mm, avec une valeur de coupure de 0,8 mm, à une vitesse de 0,25 mm/s et une résolution de 0,01 μm.
  2. Mesure de la rugosité de surface des échantillons
    1. Placez l’échantillon sur le panneau de manière à ce que sa surface touche la pointe du scanner.
      REMARQUE : Si le contact n’est pas établi, un avertissement rouge apparaîtra à l’écran. Aucune mesure ne sera prise à moins que le contact ne soit établi et que l’indicateur devienne bleu.
    2. Une fois que la pointe du scanner a terminé le balayage de surface, enregistrez les données numériques affichées à l’écran dans un fichier Excel.
      REMARQUE : Mesurez chaque échantillon trois fois et notez les valeurs. Une fois les mesures terminées, éteignez l’appareil en appuyant sur le bouton d’alimentation et en le maintenant enfoncé lorsque l’écran s’assombrit, puis en appuyant une fois sur le bouton Démarrer .

3. Procédure de polissage

  1. Placez un papier abrasif en carbure de silicium de grain 600 sur la meuleuse/polisseuse.
  2. Ouvrez l’alimentation en eau de la machine. Appliquez les échantillons sur le papier abrasif rotatif pendant 10 s, en veillant à ce que toute la surface mesurée soit en contact.
  3. Répétez le processus séquentiellement avec des papiers abrasifs en carbure de silicium de grain 800 et 1000, en utilisant une feuille fraîche pour chaque échantillon. Nettoyez le disque acrylique de tout résidu à la vapeur et rincez-le à l’eau distillée.

4. Analyse statistique

  1. Effectuer des analyses statistiques.
  2. Appliquez le test de Kruskal-Wallis et le test U de Mann-Whitney par paires (avec correction de Bonferroni) pour déterminer toute différence significative entre les groupes.
  3. Considérez une valeur p inférieure à 0,05 comme statistiquement significative.

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Résultats

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La mesure des valeurs de rugosité de surface dans les groupes d’étude avant la procédure de polissage a donné les valeurs suivantes : 2,13 (IQR 0,84) pour le groupe HP, 4,21 (2,73) pour le groupe imprimé en 3D et 0,99 (0,54) pour le groupe ML. Après la procédure de polissage mécanique, une diminution des valeurs de rugosité de surface a été observée dans tous les groupes, la mesure des valeurs SR après le polissage donnant les résultats suivants : 0,29 (0,06) pour le groupe HP, 0,41 (0,05) pour le groupe imprimé en 3D et...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dans cette étude, l’impact de différentes techniques de fabrication et procédures de polissage sur la rugosité de surface (Ra) des matériaux à base de résine utilisés dans la fabrication de prothèses complètes a été évalué de manière approfondie. L’analyse statistique a révélé des différences significatives dans les valeurs de rugosité de surface dans tous les groupes, les échantillons produits par impression 3D présentant les valeurs de rugosité les plus élevées, avant et après...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.

Remerciements

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Nous tenons à exprimer notre sincère gratitude à Ahmet Sinan Gunuc, Assist. La professeure Idil Ozden et le Dr Mustafa Enes Ozden pour leur aide précieuse dans la collecte et l’analyse des données. La recherche a été financée par les auteurs. Aucun soutien financier extérieur n’a été obtenu.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Résine imprimée en 3 dimensionsDentabase, Asiga, Australiehttps://www.asiga.com/materials-dental/matériau complet pour prothèses dentaires  ;
Asiga Composer SoftwareAsiga, Australiehttps://www.asiga.com/software-composer/ Logiciel d’imprimante 3D
CAD-CAM fraisée résine polyméthacrylate de méthyle  ;M-PM Disc, Merz Dental, AllemagneA2 : SKU 1019085matériau complet pour prothèses dentaires  ;
Unité de polymérisationLilivis, Huvitz, Corée du Sudhttps://www.medicalexpo.com/prod/huvitz/product-80194-1066733.htmlphotopolymérisation 3D
Logiciel ExocadAlign Technology, Allemagnehttps://exocad.com/company/about-us/logiciel de conception
Meuleuse/Polisseuse  ;Buehler Inc, Phoenix Beta, AllemagnePolissage de l’unité
usinéeDentifa PRO2, IFA Machinery Design Engineering Services Industry and Trade Ltd. Co., Turquiehttp://www.dentifa.com/Usinage des disques de résine polyméthacrylate de méthyle fraisés CAD-CAM
Résine polyméthacrylate de méthyle polimériséeProbase, Ivoclar, Liechtensteinhttps://www.ivoclar.com/en_us/products/removable-prosthetics/probase-hot-coldmatériau complet de la prothèse dentaire  ;
Profilomètre  ;Surftest SJ-210, Mitutoyo, Japon178-561-12AMesure de rugosité de surface
Agent de séparation  ;Ivoclar Vivadent Separating Fluidhttps://www.ivoclar.com/en_li/products/removable-prosthetics/probase-hot-coldde séparation
SPSS28 logiciel  ;IBM Corp., Armork, NY, États-Unishttps://www.ibm.com/spssanalyses statistiques
agent

Références

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Polym thacrylate de m thyler sine frais e par CAO CFAOr sine imprim e en 3Dprofilom tre de contactpolissage m caniqueabrasif au carbure de silicium

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