Modelli ortodontici: metodologie di realizzazione e impiego di materiali gessosi/resinosi

Un modello è una replica positiva della dentizione e delle strutture circostanti, usato per lo studio diagnostico della situazione e come base per la costruzione di apparecchi protesici e ortodontici. (1)

Esistono modelli studio o diagnostici o preliminari, modelli lavoro e modelli master. (2)

I modelli, finalizzati a impieghi diversi, hanno la necessità di offrire proprietà fisico-meccaniche diverse. 

Caratteristiche e finalità dei modelli ortodontici

I modelli studio/preliminari/diagnostici servono per studiare il caso o per produrre un porta impronta individuale con il quale realizzare un modello master, che è invece il modello sul quale viene effettivamente realizzato un manufatto protesico. I modelli lavoro, invece, sono funzionali all’ esecuzione di alcuni passaggi tecnici.

Queste differenze sottendono diverse necessità.

Quando si analizza un caso clinico con un modello studio/diagnostico/preliminare non ci sarà bisogno di avere un’accuratezza assoluta poiché sarà utilizzato al solo scopo diagnostico preliminare e con la possibilità quindi di prediligere materiali magari più semplici da utilizzare, più veloci e che assicurino un livello di accuratezza inferiore.

Se invece il modello servirà per realizzare una corona definitiva, l’accuratezza dovrà essere massima e utilizzeremo un modello master con caratteristiche di riproduzione del dettaglio, di stabilità dimensionale elevate.

Altra caratteristica che deve possedere un modello, rispetto alle lavorazioni che dovrà subire, è la refrattarietà, cioè la capacità di resistere alle alte temperature. Si ricordi come in tutte le lavorazioni tradizionali a “a cera persa” i modelli subiscano temperature estremamente elevate.

Poi, quando si parla di modelli, occorre fare un’altra importante distinzione sulla base della tipologia di realizzazione.

Tipologie di realizzazione dei modelli

I modelli possono essere realizzati con metodologie classiche/analogiche (colatura del modello) o con metodologie cad-cam/digitali (stampa 3D o fresatura). (3,4)

Metodologia classica/analogica

Questa metodologia di realizzazione è la più comunemente utilizzata e quella di più lunga data nella pratica odontoiatrica. Essa richiede sempre uno stampo fisico in negativo delle strutture intraorali di nostro interesse, ovvero l’impronta, la quale deve possedere caratteristiche fisiche e meccaniche tali da permettere al suo interno la colatura di un materiale fluido che, solidificandosi, andrà a formare il positivo, cioè la replica esatta delle strutture intra-orali ovvero il modello.

Il materiale da impronta deve essere quindi compatibile con quello del materiale che verrà colato al suo interno, offrire una buona bagnabilità e contrastare l’espansione o la contrazione del materiale del modello durante la fase di indurimento. (5)

L’utilizzo dei gessi dentali

I materiali per modelli utilizzabili con una tecnica tradizionale (colatura) sono divisi in gessi dentali e in resine per modelli. (6)

I gessi dentali sono ottenuti per calcinazione e abbiamo gessi β (beta) da cui si ottengono gessi di tipo I e gessi di tipo II e gessi α (alfa) da cui si ottiene il gesso di tipo III, se vengono aggiunti degli additivi al gesso α (alfa), si possono ottenere gessi di tipo IV, IV migliorato e gessi di tipo V.

Le varie tipologie presentano diverse caratteristiche e indicazioni. (7)

• Tipo I: gesso tenero, da impronta, anche detto Pasta di Parigi.
• Tipo II: gesso tenero per modelli, adatto per modelli studio o per il montaggio di modelli in articolatore
• Tipo III: gesso duro, per la realizzazione di modelli a elevata resistenza
• Tipo IV: gesso extra-duro, adatto a realizzazione di protesi fisse, ad alta resistenza e a bassa espansione
• Tipo V: gesso extra-duro, adatto a realizzazione di protesi fisse, ad alta resistenza e ad alta espansione

L’espansione del gesso è una caratteristica fondamentale in quanto andrà a compensare eventuali contrazioni del materiale che verrà realizzato sul modello.

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Se, per esempio, si intende realizzare la sottostruttura metallica di una protesi removibile con una lega metallica non nobile e che presenta un’importante contrazione volumetrica, sarà preferibile scegliere un gesso di tipo V ad elevata espansione in modo da compensare la contrazione del materiale metallico.

La scelta dei materiali resinosi

Oltre al gesso, che è il materiale più utilizzato, possiamo utilizzare per ottenere un modello attraverso la colatura anche dei materiali resinosi, i più utilizzati sono (8-10):

1. resina epossidica;
2. resina poliuretanica.

Con l’obiettivo di ottenere modelli più accurati e resistenti, sono stati proposti anche altri materiali come resine addizionate con metalli (11), gessi modificati con resine (12), resine poliuretaniche rinforzate (13) e modelli elettrodeposti (14).

Metodologia CAD-CAM/digitale

Le metodologie di realizzazione di un modello in CAM (Computer Aided Manufacturing) si possono sostanzialmente riassumere in due grandi famiglie: stampaggio 3D e fresatura. (4)

Ognuna delle due metodologie porta con sé vantaggi e svantaggi riguardo a costi di gestione, spreco di materiali ed accuratezza finale (15-17).

In entrambe le metodologie, il materiale più diffusamente utilizzato è il polimetilmetacrilato o PMMA; nella metodica a fresatura si utilizzano dei dischi di PMMA, mentre nella stampa 3D si polimerizza layer su layer fino a formare il modello finale. (4)

Nella stampa 3D può essere utilizzato polipropilene, policarbonato, polistirene, acrilonitrile butadiene stirene ecc. (18)

Mentre i materiali gessosi tendono in fase di indurimento ad esprimere un certo grado di espansione, i materiali resinosi tendono al contrario a contrarsi. Questo comportamento va tenuto in considerazione durante la stampa 3D ed è necessario utilizzare alcuni accorgimenti per limitare questo fenomeno e quindi non introdurre eventuali imprecisioni.

Vengono utilizzate diverse tipologie di resine e, potenzialmente, esiste un ampio spettro di materiali utilizzabili per realizzare un modello con tecnologie CAD-CAM/digitali, a seconda dell’accuratezza e della resistenza desiderate.

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Bibliografia

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.
18. Jockusch, J., & Özcan, M. (2020). Additive manufacturing of dental polymers: An overview on processes, materials and applications. Dental Materials Journal, 2019-123.