Application of additive manufactured polymers in frameworks of full-arch implant-supported fixed prostheses

Abstract

Edentulismo, a perda irreversível de dentes naturais, é considerada uma deficiência pela Organização Mundial de Saúde (OMS) que ainda afeta uma parte significativa da população. Próteses fixas implanto-suportadas (PFIS) são um tipo de restauro indicado para tratamento de arcadas dentárias totalmente edêntulas, composto por uma subestrutura convencionalmente feita de metais ou ligas metálicas obtidas por Manufatura Subtrativa (MS). No entanto, estas estruturas possuem elevado módulo de elasticidade, aumentando o peso e a tensão na estrutura que pode vir a ser transferida para o osso e causar desconforto ao paciente. Além disso, o tempo entre o diagnóstico, o fabrico e a implementação destes restauros ainda é elevado.Com isto em mente, o presente estudo teve como objetivo comparar o comportamento de subestruturas feitas de materiais poliméricos e não-poliméricos, mas também testar dois tipos de técnicas de fabrico diferentes.Primeiro, utilizando o software ADINA®, um estudo numérico de uma subestrutura foi efetuado em dois modelos 3D melhorados para replicar o protocolo de aplicação em PFIS. Estas simulações permitiram a comparação do deslocamento e da tensão de diferentes materiais. Depois, numa análise experimental com recurso ao software VIC-3D, subestruturas e próteses completas feitas de polímeros obtidos por técnicas de Manufatura Aditiva (MA) e MS foram testados. Dois tipos de processos de MA foram utilizados: "Fused Deposition Modeling" (FDM) e "Selective Laser Sintering" (SLS). Os deslocamentos e as deformações foram obtidas.As simulações permitiram confirmar que subestruturas poliméricas apresentam valores menores de tensão, com destaque para o PMMA e o OXPEKK. No entanto, estes polímeros apresentam também os maiores valores de deslocamento. O estudo experimental sugeriu que os materiais fabricados por SLS apresentam um comportamento mais favorável do que aqueles fabricados por FDM, e próximo do comportamento dos polímeros fresados. Apesar do estudo ter dado boas indicações, são necessários estudos mais aprofundados.

Edentulism, the irreversible loss of natural teeth, is considered a disability by theWorld Health Organization (WHO) that still affects a significant part of the population. Implant-Supported Fixed Prostheses (ISFPs) are a reliable and well-accepted type of restoration to treat edentulous jaws, made of a framework conventionally of metal or metal alloys and obtained by Subtractive Manufacturing (SM). However, these structures have a high modulus of elasticity, which increases weight and stress in the structure that can be transferred to the bone and cause discomfort to the patient. In addition, the time between diagnosis, fabrication, and implementation of restorations is still high.With this in mind, the present study aimed to compare the behavior of frameworks made of polymeric and non-polymeric materials, but also to test two different types of techniques to fabricate them. First, using the software ADINA®, a numerical study of a framework was performed in two 3D models upgraded to mimic the protocol application in ISFP. These simulations allowed the comparison of the displacement and effective stress of different materials. Then, in an experimental analysis using the software VIC-3D, frameworks and complete prostheses made of polymers obtained with Additive Manufacturing and (SM) techniques were tested. Two AM processes were used: Fused Deposition Modeling and Selective Laser Sintering. The displacement and the deformations were obtained.The simulations allowed to confirm that polymeric frameworks present lower values of effective stress, highlighting the polymers PMMA and OXPEKK. However, they also display higher values of displacement. The experimental study suggested that the SLS process has a better performance when compared to the other AM technique and close to the other milled polymers. Although the experiment gave good indications, further studies are necessary.