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Jan

Etude, Laboratoire

Modèles orthodontiques: méthodes de fabrication et utilisation de matériaux à base de plâtre/résine

Un modèle est une réplique positive de la dentition et des structures environnantes, utilisé pour effectuer une étude diagnostique de la situation et comme base pour la construction d’appareils prothétiques et orthodontiques. (1)

Il existe des modèles d’étude ou diagnostiques ou préliminaires, des modèles de travail et des modèles master. (2)

Ayant des utilisations différentes, les modèles doivent offrir des propriétés physiques et mécaniques différentes. 

Caractéristiques et finalités des modèles orthodontiques

Les modèles d’étude/préliminaires/diagnostiques servent pour étudier le cas clinique ou pour produire un porte-empreinte individuel avec lequel réaliser un modèle master, qui est le modèle sur lequel est effectivement réalisé le produit prothétique. Les modèles de travail, en revanche, dépendent de l’exécution de certaines étapes techniques.

Ces différences sont liées à des nécessités différentes.

Quand on analyse un cas clinique avec un modèle d’étude/préliminaire/diagnostique, il n’est pas nécessaire d’avoir une précision absolue car le modèle sera utilisé uniquement dans un but de diagnostic préliminaire, avec la possibilité, donc, de privilégier peut-être des matériaux plus simples à utiliser, plus rapides et qui apportent un niveau de précision inférieur.

Si, au contraire, le modèle doit servir à réaliser une couronne définitive, la précision devra être maximale et il faudra utiliser un modèle master offrant des caractéristiques de reproduction des détails et une stabilité dimensionnelle élevées.

Une autre caractéristique que doit posséder un modèle, en fonction des traitements qu’il devra subir, est une propriété réfractaire, c’est-à-dire la capacité de résister aux températures élevées. Il ne faut pas oublier que dans tous les traitements traditionnels « à la cire perdue », les modèles subissent des températures extrêmement élevées.

Ensuite, s’agissant des modèles, il convient de faire une très nette distinction en fonction du type de fabrication.

Type de fabrication des modèles

Les modèles peuvent être réalisés avec des méthodes classiques/analogiques (coulage du modèle) ou avec des méthodes CAO-TAO/numériques (impression 3D ou fraisage). (3,4)

Méthode classique/analogique

Cette méthode de fabrication est la plus ancienne et couramment utilisée dans la pratique dentaire. Elle nécessite toujours un moule physique négatif des structures intra-orales concernées, c’est-à-dire l’empreinte, qui doit posséder des caractéristiques physiques et mécaniques pouvant permettre le coulage, à l’intérieur, d’un matériau fluide qui, en se solidifiant, formera le positif, c’est-à-dire la réplique exacte des structures intra-orales, à savoir le modèle.

Le matériau d’empreinte doit donc être compatible avec celui qui sera coulé à l’intérieur, offrir une bonne mouillabilité et limiter l’expansion ou la contraction du matériau du modèle pendant la phase de durcissement. (5)

L’utilisation des plâtres dentaires

Les matériaux pour modèles pouvant être utilisés avec une technique traditionnelle (coulage) se divisent en plâtres dentaires et résines pour modèles. (6)

Les plâtres dentaires sont obtenus par calcination. Il existe des plâtres β (beta) qui permettent d’obtenir des plâtres de type I et des plâtres de type II et des plâtres α (alfa) qui permettent d’obtenir des plâtres de type III. Avec l’apport d’additifs au plâtre α (alfa), il est possible d’obtenir des plâtres de types IV, IV amélioré et V.

Chacun de ces types présente des caractéristiques et des indications différentes. (7)

  • Type V : plâtre ultra-dur, convient pour la fabrication de prothèses fixes haute résistance et à expansion élevée.

L’expansion du plâtre est une caractéristique fondamentale car elle permettra de compenser d’éventuelles contractions du matériau qui sera utilisé sur le modèle.

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Si, par exemple, on souhaite réaliser la sous-structure métallique d’une prothèse amovible avec un alliage métallique non noble présentant une forte contraction volumétrique, il sera préférable de choisir un plâtre de type V à expansion élevée de manière à compenser la contraction du métal.

Le choix des matériaux à base de résine

En plus du plâtre, qui est le matériau le plus utilisé, il est possible d’utiliser, pour obtenir un modèle par coulage, également des matériaux à base de résine. Les plus utilisés sont (8-10) :

  1. résine époxy ;
  2. résine polyuréthanne.

Dans le but d’obtenir des modèles plus précis et résistants, d’autres matériaux ont été proposés comme des résines additionnées de métaux (11), des plâtres modifiés avec des résines (12), des résines polyuréthanne renforcées (13) et des modèles galvanisés (14).

Méthode CAO-TAO//numérique

Les méthodes de fabrication d’un modèle par CAO (CAM  – Computer Aided Manufacturing) peuvent globalement se diviser en deux grandes familles : impression 3D et fraisage. (4)

Chacune des deux méthodes comporte des avantages et des inconvénients concernant les coûts de gestion, le gaspillage de matière et la précision finale (15-17).

Dans les deux méthodes, le matériau le plus couramment utilisé est le polyméthacrylate de méthyle ou PMMA ; la méthode par fraisage nécessite des disques de PMMA alors que l’impression 3D polymérise couche par couche jusqu’à former le modèle final. (4)

Dans l’impression 3D, du polypropylène, du polycarbonate, de polystyrène, de l’acrylonitrile-butadiène-styrène, etc. peuvent être utilisés (18).

Alors que les matériaux à base de plâtre ont tendance, au moment du durcissement, à présenter une certaine expansion, les matériaux à base de résine ont plutôt tendance à se contracter. Ce comportement doit être pris en considération pendant l’impression 3D et il est nécessaire de prendre des mesures pour limiter ce phénomène afin de ne pas introduire d’éventuelles imprécisions.

Plusieurs types de résines sont utilisés et il existe potentiellement une large gamme de matériaux utilisables pour réaliser un modèle avec des technologies CAO-TAO//numériques, en fonction de la précision et de la résistance souhaitées.

Bibliographie

  1. https://www.dentisti-italia.it/glossario/638_modello-dentale.html
  2. https://online.scuola.zanichelli.it/labodonto/files/2018/04/Mappa_Ud9.pdf
  3. Cicciù, M., Fiorillo, L., D’Amico, C., Gambino, D., Amantia, E. M., Laino, L., … & Cervino, G. (2020). 3D digital impression systems compared with traditional techniques in dentistry: A recent data systematic review. Materials, 13(8), 1982.
  4. Jeong, Y. G., Lee, W. S., & Lee, K. B. (2018). Accuracy evaluation of dental models manufactured by CAD/CAM milling method and 3D printing method. The journal of advanced prosthodontics, 10(3), 245-251.
  5. Ragain, J. C., Grosko, M. L., Raj, M., Ryan, T. N., & Johnston, W. M. (2000). Detail reproduction, contact angles, and die hardness of elastomeric impression and gypsum die material combinations. International Journal of Prosthodontics, 13(3).
  6. https://online.scuola.zanichelli.it/labodonto/files/2018/04/Mappa_Ud6_1.pdf
  7. No, A. A. S. (2000). Dental gypsum products. Chicago: American dental association council on dental materials and equipment.
  8. Chaffee, N. R., Bailey, J. H., & Sherrard, D. J. (1997). Dimensional accuracy of improved dental stone and epoxy resin die materials. Part II: Complete arch form. The Journal of prosthetic dentistry, 77(3), 235-238.
  9. Niekawa, C. T., Kreve, S., A’vila, G. B., Godoy, G. G., da Silva, J. E. V., & Dias, S. C. (2017). Analysis of the mechanical behavior and surface rugosity of different dental die materials. Journal of International Society of Preventive & Community Dentistry, 7(1), 34
  10. Derrien, G., & Sturtz, G. (1995). Comparison of transverse strength and dimensional variations between die stone, die epoxy resin, and die polyurethane resin. The Journal of prosthetic dentistry, 74(6), 569-574.
  11. Fan, P. L., Powers, J. M., & Reid, B. C. (1981). Surface mechanical properties of stone, resin, and metal dies. Journal of the American Dental Association (1939), 103(3), 408-411.
  12. Duke, P., Moore, B. K., Haug, S. P., & Andres, C. J. (2000). Study of the physical properties of type IV gypsum, resin-containing, and epoxy die materials. The Journal of prosthetic dentistry, 83(4), 466-473.
  13. Black, E. M. E. (2015). Polyurethane research for applications in the field of dentistry: Limiting side reactions in monomer development and synthesizing N-capped polymenthide.
  14. Stackhouse Jr, J. A. (1980). Electrodeposition in dentistry. A review of the literature. The Journal of Prosthetic Dentistry, 44(3), 259-263.
  15. Van Noort, R. (2012). The future of dental devices is digital. Dental materials, 28(1), 3-12.
  16. Yau, H. T., Yang, T. J., & Lin, Y. K. (2016). Comparison of 3-D Printing and 5-axis Milling for the Production of Dental e-models from Intra-oral Scanning. Computer-aided design and applications, 13(1), 32-38.
  17. Kasparova, M., Grafova, L., Dvorak, P., Dostalova, T., Prochazka, A., Eliasova, H., … & Kakawand, S. (2013). Possibility of reconstruction of dental plaster cast from 3D digital study models. Biomedical engineering online, 12(1), 1-11.

Jockusch, J., & Özcan, M. (2020). Additive manufacturing of dental polymers: An overview on processes, materials and applications. Dental Materials Journal, 2019

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