Zastosowanie wybranych cyfrowych technologii w wytwarzaniu metalowych struktur protez stałych

Transkrypt

1 PROTET. STOMATOL., 2014, LXIV, 1, Zastosowanie wybranych cyfrowych technologii w wytwarzaniu metalowych struktur protez stałych Selected digital technologies used to manufacture metal copings of fixed partial dentures Przemysław Gajdus, Tomasz Niedźwiedzki, Wiesław Hędzelek Katedra i Klinika Protetyki Stomatologicznej Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Kierownik: prof. dr hab. W. Hędzelek HASŁA INDEKSOWE: protezy stałe, selektywne topienie laserem, CAD/ CAM KEY WORDS: fixed dentures, selective laser melting, CAD/ CAM Streszczenie Wytwarzanie pełnoceramicznych protez stałych w oparciu o metodę frezowania w technologii CAD/CAM stało się w ostatniej dekadzie powszechnym postępowaniem w protetyce uzupełnień stałych. Techniki cyfrowe umożliwiają produkowanie elementów protez również ze stopów metali. Najnowocześniejszą metodą jest technologia selektywnego topienia laserem - Selective Laser Melting (SLM). Alternatywną metodą wykorzystania technik CAD/CAM w wytwarzaniu metalowych suprastruktur jest procedura cyfrowego frezowania wosku odlewowego w bloczkach, zaadaptowana do konwencjonalnych metod odlewniczych. W pracy przedstawiono aktualne możliwości rehabilitacji protetycznej pacjentów z zastosowaniem cyfrowych technik w wykonawstwie metalowych struktur protez stałych, na podstawie prezentacji wybranych przypadków klinicznych. Summary In the last decade CAD/CAM milling technology has become popular in the preparation of all-ceramic fixed partial prosthetic restorations. Digital techniques allows for producing some prosthetic elements from metal alloys. Selective laser melting (SLM) technology is the most modern method. Digital milling of dental wax blocks adapted to conventional casting methods is an alternative method for using CAD/CAM technology in the production of metal coping for fixed partial denture (FPD). This study presents the current opportunities for prosthetic rehabilitation of patients with use of digital techniques in manufacturing FPD metal substructures, based on selected clinical cases. 5

2 P. Gajdus i inni Dynamicznie rozwijające się technologie komputerowo wspomaganego projektowania (CAD) i wytwarzania (CAM) wraz z zastosowaniem nowych materiałów protetycznych stale poszerzają zakres możliwości rehabilitacji braków w uzębieniu. Wykorzystanie technologii CAD/CAM na etapie projektowania uzupełnień redukuje wybrane techniczne prace pośrednie, a na etapie wykonawstwa uzupełnień znacząco zwiększa precyzję i jakość konstrukcji protez (1). Wytwarzanie pełnoceramicznych protez stałych w oparciu o metodę frezowania w technologii CAD/CAM stało się w ostatniej dekadzie standardowym postępowaniem, zarówno dzięki biokompatybilności stosowanych materiałów, jak i estetyce oraz wytrzymałości mechanicznej wykonywanych koron/mostów. Wirtualnie zaprojektowane stałe odbudowy protetyczne można wytwarzać frezując dużą grupę materiałów niemetalicznych, w postaci: tlenku glinu, tlenku cyrkonu, dwukrzemianu litu czy polimerów kompozytowo-akrylowych. Niemniej jednak technologie CAD/CAM umożliwiają produkowanie elementów protez również ze stopów metali, w procesach: elektroiskrowego formowania tytanu (np.: Procera, Nobel Biocare) czy frezowania bloczków tytanu (np.: Everest, Kavo), frezowania wzorców w woskowych bloczkach do przetworzenia w tradycyjnych procesach odlewniczych (np.: Lava Wax, 3M ESPE), czy wytwarzania struktur ze sproszkowanych stopów metali w technologii selektywnego topienia laserem (Selective Laser Melting) (2, 3). Zaproponowane początkowo procedury erozji iskrowej (Electrical Discharge Machining, EDM) czy później frezowania bloczków ze stopów metali należą do metod kształtowania ubytkowego i były dedykowane do przetwarzania tytanu i jego stopów. Wymienione techniki nie stały się jednak powszechne, ze względu na znaczny koszt postępowania laboratoryjnego. Metoda frezowania metalowych bloczków obarczona jest powstaniem znacznej ilości odpadów obrabianych stopów. Dodatkowo długi czas skrawania wraz z szybką destrukcją narzędzi rotacyjnych oraz możliwość formowania przez frezarkę wyłącznie jednego metalowego elementu w cyklu pracy, stały się przyczyną do poszukiwań tańszych i wydajniejszych metod postępowania (1, 4). Najnowocześniejszą metodą wytwarzania elementów protetycznych ze stopów metali szlachetnych lub nieszlachetnych przy użyciu zaawansowanych technik CAD/CAM i jednoczesnym wykorzystaniu promieniowania laserowego jest technologia selektywnego topienia laserem Selective Laser Melting (SLM). W terminologii przemysłowej technologia SLM określana jest też zamiennie jako Direct Metal Laser Sintering (DMLS). Procedura SLM podobnie jak stereolitografia (SLA), drukowanie 3D oraz rapid prototyping należą do technik kształtowania warstwowego, będących przeciwieństwem metodologii kształtowania ubytkowego. Techniki kształtowania warstwowego w medycynie są wykorzystywane np.: w rekonstrukcjach ubytków kostno-szkieletowych czy defektów powłok skórnych twarzy. Natomiast w stomatologii zaadaptowanie technologii SLM w obróbce stopów dentystycznych związane jest zarówno z precyzją i szybkością procesu, jak i znaczącą redukcją zużycia materiałów w porównaniu z metodą przetwarzania stopów metali w procesach erozji iskrowej, frezowania czy standardowego odlewnictwa (1). W procedurach SLM zastosowanie mają nowo opracowane stopy metali szlachetnych np.: Au- Pt (BioPontoStar+, Bego) a także nieszlachetne np.: Cr-Co (SP2 firmy EOS, czy Wirobond C+, Bego). Przykładowy skład stopów podano w tabeli I. Minimalna grubość wytwarzanej w technologii SLM struktury metalowej ze stopów nieszlachetnych wynosi 0,35mm a ze stopów szlachetnych 0,5mm. W sterowanym komputerowo urządzeniu sproszkowany stop dentystyczny 6 PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2014, LXIV, 1

3 Protezy stałe cyfrowe technologie T a b e l a I. Skład (odsetek wagowy) stopów metali przetwarzanych w technologii SLM Stop/metal Au Pt Zn Co Cr Mo W Si Fe SP 2 (EOS) Wirobond C+ (Bego) BioPonto Star+ (Bego) 61,8 65,8 23,7 25,7 4,6 5,6 4,9 5,9 0,8 1,2 maks. 0,5 61, ,5 In, Rh, Ta Mn maks. 0, ,6 1,5 0,2 0,2 jest nakładany w kolejnych warstwach o grubości µm, a wiązka lasera (np.: CO 2 lub Nd:YAG), dzięki odpowiedniej mocy rzędu W topi cząstki stopu w osłonie gazu obojętnego i zespala je w homogenną bryłę suprastruktury. Nieprzetopiony wiązką lasera sproszkowany stop dentystyczny ponownie trafia do zasobnika urządzenia i jest używany w następnych cyklach produkcyjnych. Podbudowy protetyczne wytwarzane w technologii selektywnego topienia laserem mogą być zaprojektowane wirtualnie na podstawie cyfrowej analizy modeli roboczych lub mogą być wytworzone po zeskanowaniu wykonanych indywidualnie wzorców z materiału złożonego (2, 5, 6). Wyprodukowane w technologii SLM elementy protetyczne charakteryzują się jednorodnością strukturalną, brakiem wewnętrznych napięć, wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz odpornością na korozję. Pozytywnie oceniono również precyzję odwzorowania i szczelność brzeżną struktur koron/mostów wykonanych w technologii SLM (7). Do licowania używana jest porcelana dentystyczna lub materiał kompozytowy. Siła połączenia napalonej ceramiki z metalową powierzchnią struktury korony/mostu nie wykazuje statystycznie istotnych różnic w zależności od metod wytworzenia podbudowy w procesie traconego wosku czy SLM (8). W technologii selektywnego topienia laserem mogą być wykonywane pełne korony i mosty lub ich struktury, korony teleskopowe, indywidualne łączniki implantologiczne a także elementy protez ruchomych (9, 10). Alternatywną metodą wykorzystania technik CAD/CAM w wytwarzaniu metalowych suprastruktur jest procedura cyfrowego frezowania wosku odlewowego w bloczkach (np.: Lava Wax Block, 3M ESPE). Lava Wax to zmodyfikowany wosk odlewowy o podwyższonej do 150 C temperaturze topienia i zwiększonej wytrzymałości mechanicznej, co redukuje możliwość odkształceń podczas transportu. Wosk w bloczku jest przetwarzany w oparciu o istniejące oprogramowanie i frezarki systemu Lava. Opracowana metoda umożliwia wykonanie w konwencjonalnej technice odlewniczej (traconego wosku), metalowych elementów protetycznych o zdefiniowanej komputerowo (CAD/ CAM) grubości ścian, powierzchni przekroju przęsła czy szczelności brzeżnej podbudowy korony/mostu. Rozszerzenie zastosowania metod CAD/CAM do powszechnie dostępnych procedur odlewnictwa stopów dentystycznych uzupełnia techniki wytwarzania metalowych stałych prac protetycznych licowanych porcelaną (11). Cel pracy Celem pracy jest przedstawienie możliwości rehabilitacji protetycznej pacjentów PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2014, LXIV, 1 7

4 P. Gajdus i inni Ryc. 1. Pacjent I: Model roboczy z zindywidualizowanymi kątowymi łącznikami protetycznymi przed skanowaniem. Ryc. 2. Pacjent I: Wyfrezowany woskowy wzorzec wirtualnie zaprojektowanej struktury mostu (Lava Wax). Ryc. 3. Pacjent I: Model roboczy z strukturą mostu odlaną techniką traconego wosku ze stopu Remanium z zastosowaniem wybranych cyfrowych technik w wykonawstwie metalowych struktur protez stałych. Przypadek kliniczny I Pacjentka Z.S. lat 45 zgłosiła się do leczenia z powodu braku międzyzębowego w żuchwie po stronie lewej, obejmującego zęby 35, 36, 37. Na podstawie badania klinicznego oraz badań dodatkowych zaplanowano implantację w pozycji 35 i 37 oraz wykonanie dwubrzeżnego mostu metalowego licowanego porcelaną. W zabiegu płatowym pogrążono dwa implanty Osteoplant HEX o długości 12 mm i średnicy 3,5 mm. Po okresie integracji wszczepów oraz formowania tkanek miękkich, przeprowadzono wycisk pola protetycznego metodą łyżki otwartej z poziomu implantów masą polieterową Impregum Penta (3M ESPE). Na segmentowym modelu roboczym wykonanym z gipsu klasy IV zamontowano do analogów implantów standardowe łączniki protetyczne o nachyleniu 15 o (Osteoplant). Otwory dla śrub klinicznych zabezpieczono woskiem do blokowania podcieni Cercon eye (Degudent). Wykorzystując technologię CAD/CAM z systemu LAVA (3M ESPE) zaprojektowano i wykonano wzorzec podbudowy mostu 3-punktowego (Pacjent I, ryc. 1, 2, 3). Na metalowe filary napylono warstwę proszku antyrefleksyjnego w sprayu (Telescan, DFS). W urządzeniu Scan ST przeprowadzono skanowanie odpowiednich segmentów modelu roboczego, wraz z łącznikami i rejestratem zwarcia. Na podstawie firmowego oprogramowania wirtualnie zaprojektowano strukturę mostu dwubrzeżnego i projekt pracy przesłano drogą internetową do realizacji w centrum frezowania. W frezarce CNC 240 z bloczku wosku odlewowego Lava Wax wykonano wzorzec struktury mostu. Po otrzymaniu z centrum frezowania woskowej struktury dalsze postępowanie laboratoryjne 8 PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2014, LXIV, 1

5 Protezy stałe cyfrowe technologie Ryc. 4. Pacjent II: Opracowane zęby filarowe przed procedurą wyciskową. Ryc. 5. Pacjent II: Kliniczna kontrola struktur koron i mostów ze stopu Cr-Co wytworzonych w technologii SLM. obejmowało typowe czynności dla konwencjonalnego odlewnictwa metali w metodzie traconego wosku. Wykorzystując bezniklowy stop Remanium (Dentaurum) odlano strukturę uzupełnienia protetycznego, którą po opracowaniu oraz klinicznej kontroli w jamie ustnej wylicowano porcelaną IPS In Line (Ivoclar/ Vivadent). Skontrolowane uzupełnienie metalowo-ceramiczne osadzono na cement glassionomerowy Ketac Cem (3M ESPE) na łącznikach protetycznych przykręconych do wszczepów filarowych z siłą 35 Ncm. Przypadek kliniczny II Pacjent C.M. lat 40 zgłosił się do leczenia z powodu braków międzyzębowych w szczęce po stronie prawej i lewej, obejmujących zęby 16, 14, 24, 26. Z powodu licznych uszkodzeń odbudów kompozytowych tkanek twardych koron zębów, oraz zębów siecznych centralnych leczonych endodontycznie, zaplanowano rehabilitację protetyczną uzębienia szczęki koronami i mostami metalowo-ceramicznymi w oparciu o techniki CAD/CAM oraz technikę selektywnego topienia laserem stopów dentystycznych (SLM). Opracowane ze stopniem chamfer filary protetyczne odwzorowano przeprowadzając wycisk dwuwarstwowy dwuczasowy z zastosowaniem poliwynylosiloksanowych mas Ryc. 6. Pacjent II: Zacementowane uzupełnienia metalowo-ceramiczne. Express (3M ESPE). Model roboczy odlano z gipsu klasy IV i przygotowano do skanowania w skanerze optycznym Scan ST (LAVA, 3M ESPE). Po konwersji filarów modelu roboczego do wersji cyfrowej, wykorzystując oprogramowanie systemu LAVA wirtualnie zaprojektowano podbudowy prac stałych. Na wszystkie zęby sieczne szczęki (11, 12, 21, 22) zaprojektowano struktury pojedyncze a dla odtworzenia utraconych zębów bocznych strony prawej i lewej 5-punktowe struktury mostów dwubrzeżnych (3 X 5 X 7). Pakiet danych o zaprojektowanych cyfrowo podbudowach przesłano drogą PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2014, LXIV, 1 9

6 P. Gajdus i inni internetową do Dental Laser Center - Sinteo (Brno, Czechy). Metalowe struktury wykonano w opisanej na wstępie technologii warstwowego kształtowania z użyciem lasera (DMLS) ze stopu Cr-Co SP2 (EOS). Podmiot Sinteo wykorzystuje urządzenie laserowe EOSINT M 270 firmy Elektro Optical System (Niemcy) o możliwości produkcyjnej 480 pojedynczych struktur dziennie. Wydajny laser Yb o mocy 200 W utrwala µm warstwy sproszkowanego stopu Cr-Co z prędkością 2-25 mm 3 /sek. Urządzenie nie posiada ograniczeń co do wielkości wytwarzanego elementu protez stałych czy ruchomych. Wyprodukowane elementy po odesłaniu do lokalnego laboratorium poddano piaskowaniu (Al 2 O 3 ) i kontroli przylegania do modelu gipsowego, którą następnie powtórzono w czasie wizyty klinicznej. Ostatecznie metalowe struktury wylicowano porcelaną IPS In Line (Ivoclar/Vivadent) (Pacjent II, ryc. 4, 5, 6). Wykończone korony i mosty zacementowano stosując cement glassionomerowy Ketac Cem (3M ESPE). Podsumowanie Zastosowanie cyfrowych technik w wykonawstwie metalowych struktur protez stałych stanowi nowoczesne uzupełnienie możliwości rehabilitacji narządu żucia pacjentów. Piśmiennictwo 1. Noort R.: The future of dental divices is digital. Dent. Mater., 2012, 28, Tara M. A., Eschbach S., Bohlsen F., Kern M.: Clinical outcome of metal-ceramic crowns fabricated with laser-sintering technology. Int. J. Prosthodont., 2011, 1, Majewski S.: Nowe technologie w wytwarzaniu stałych uzupełnień zębowych: galwanoforming, technologie CAD/CAM, obróbka tytanu i współczesne systemy ceramiczne. Protet. Stomatol., 2007, 2, Jedynak B., Mierzwińska-Nastalska E.: Metody przetwarzania tytanu stosowane w protetyce stomatologicznej. Protet. Stomatol., 2013, 3, Quante K., Ludwig K., Kern M.: Marginal and internal fit of metal-ceramic crowns fabricated with a new laser melting technology. Dent. Mater., 2008, 24, Borsuk-Nastaj B., Młynarski M.: Zastosowanie technologii selektywnego topienia laserem (SLM) w wykonawstwie stałych uzupełnień protetycznych. Protet. Stomatol., 2012, 3, Ucar Y., Akova T., Akyil M. S., Brantley W. A.: Internal fit evaluation of crowns prepared using a new dental crown fabrication technique: Laser-sintered Co-Cr crowns. J. Prosthet. Dent., 2009, 102, Akova T., Ucar Y., Tukay A., Balkaya M. C., Brantley W. A.: Comparison of the bond strength of laser-sintered and cast base metal dental alloys to porcelain. Dent. Mater., 2008, 24, Domagala D. M., Waliszewski M. P.: A maxillary laser-welded component removable partial denture: A clinical report. J. Prosth. Dent., 2009, 101, Williams R. J., Bibb R., Eggbeer D., Collis J.: Use of CAD/CAM technology to fabricate a removable partial denture framework. J. Prosth. Dent., 2006, 96, Ortorpa A., Jonsson O., Mouhsen A., Steyern P. Y.: The fit of cobalt-chromium three-unit fixed dental prostheses fabricated with four different techniques: A comparative in vitro study. Dent. Mater., 2011, 27, Zaakceptowano do druku: r. Adres autorów: Poznań, ul. Bukowska 70. Zarząd Główny PTS PROTETYKA STOMATOLOGICZNA, 2014, LXIV, 1