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Test Meccanici

BTLock S.r.l. ha richiesto al Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano la valutazione meccanica dei suoi impianti dentali in titanio. I test meccanici sono stati eseguiti come segue:

I test statici sono stati eseguiti secondo gli standards ISO 14801:2003 “Dentistry – Test di affaticamento per impianti dentali endo-ossei”.

 

Materiali utilizzati:

Sistema T
Fixture 375115 BTICV1 (diametro 3.75mm ; lunghezza 11.5mm; titanio grado 4)
Moncone 375 BTIPML(diametro 3.75mm; lunghezza 11mm; lega di titanio grado 5)
Vite di connessione BTIVPC (diametro del filetto 1.8mm; lega di titanio grado 5)

Sistema S
Fixture 375115 BTIVSM (diametro 3.75mm; lunghezza 11.5mm; titanio grado 4)
Moncone 375 BTIPML(diametro 3.75mm; lunghezza 11mm; lega di titanio grado 5)
Vite di connessione BTIVPC (diametro del filetto 1.8mm; lega di titanio grado 5)

Sistema A
Fixture 375115 BTICV1 (diametro 3.75mm; lunghezza 11.5mm; titanio grado 4)
Moncone 375 BTIPMLI (diametro 3.75mm; lunghezza 11mm; lega di titanio grado 5)
Vite di connessione BTIVPC (diametro del filetto 1.8mm; lega di titanio grado 5)

 

 

 

Prima di procedere con i test statici e di affaticamento, ciascuna fixture è stata connessa al relativo abutment utilizzando la sua vite di connessione, applicando una forza di 30 N x cm, come prescritto dal produttore, attraverso una specifica chiave dinamometrica.

Metodo dei test:
I test meccanici sono stati eseguiti utilizzando due macchinari Instron: uno elettromeccanico per test statici e uno servo idraulico per i test dinamici di affaticamento.

 

Risultati dei test statici
Risultati dei test di affaticamento (Sistema T)
Risultati dei test di torsione (Sistema T)
Risultati dei test di compressione (Sistema T)
Misurazione del gap tra fixture e abutment (sistema T)
Misurazione della ruvidità

 

 

Risultati dei test statici

I test statici sono stati eseguiti applicando una rampa al ritmo costante di 0.03mm/s e misurando il carico di resistenza. I test sono stati eseguiti su 5 campioni. Durante il test il livello di carico è stato acquisito ogni secondo. I test sono stati conclusi in caso di failure oppure in caso di deformazione di curvatura maggiore di 5mm (4mm per il Sistema A)

Curve di carico contro posizione per il
“sistema T”
Curve di carico contro posizione per il
“sistema S ”
Curve di carico contro posizione per il
“sistema A ”

Il momento medio di massima curvatura è stato calcolato come:

M=0.5 x F x L

Dove L è la distanza del piano di chiusura dal centro di carico. Considerando che l’emisfero ha un raggio di 5mm e che è posizionato sporgente dall’abutment di 2.8 mm, il centro di carico è posizionato 2.2 mm sotto la misura di lunghezza L.

I risultati sono i seguenti:

Sistema T
Massimo carico medio calcolato 591 ±52 N
Momento medio di massima curvatura 220 ±11 (N x cm)

Sistema S
Massimo carico medio calcolato 774 ±67 N
Momento medio di massima curvatura 337 ±20 (N x cm)

Sistema A
Massimo carico medio calcolato 393 ±47 N
Momento medio di massima curvatura 213 ±28 (N x cm)

N.B: tutti i campioni (Sistema T) hanno dimostrato una grande deformazione plastica. Solo uno si è fratturato al massimo livello di deformazione.

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Risultati dei test di affaticamento (Sistema T)

È stato applicato un carico unidirezionale ciclico sinusoidale . Il carico minimo del ciclo sinusoidale è stato selezionato al 10% del carico massimo nominale. La frequenza di carico è stata pari a 10 Hz.
L’80% del massimo carico medio, calcolato con i test statici descritti in precedenza, è stato utilizzato per i test di affaticamento. Tutti i test sono stati eseguiti in aria a 22 ±3 °C.

Fatigue test results

Sample
Ltot (mm)
Cycle
Max Load (N)
Max bending
moment
(Ncm)
Failure
1
8.6
428,000
472
203
Yes
2
8.7
358,000
472
205
Yes
3
8.7
173,000
413
180
Yes
4
8.5
5.62E+06
413
176
No
5
8.9
570,000
413
184
Yes
6
9.0
5.14E+06
384
173
No
7
8.5
4.20E+06
384
163
Yes
8
8.8
5.92E+06
354
156
No
9
8.7
7.48E+06
354
154
No
10
8.6
5.01E+06
354
152
No

Il limite di affaticamento a 5 milioni di cicli è stato identificato a 354 N, corrispondente ad un momento massimo dicurvatura di 154 N x cm.

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Risultati dei test di torsione (Sistema T)

I test meccanici sono stati eseguiti sul sistema T per valutare la resistenza di torsione della connessione tra fixture e abutment. Cinque campioni sono stati acquisiti e registrati come riportato dal successivo diagramma:

   

Il massimo momento di torsione medio è stato di 366.5 ±32 (N x cm).

N.B: il fallimento di quattro dei cinque campioni si è verificato dentro la svasatura dell’abutment e la connessione tra fixture e abutment non è fallita per niente.

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Risultati dei test di compressione (Sistema T)

I test di compressione meccanica sono stati eseguiti sul Sistema T per valutare la resistenza di compressione del sistema.

Il massimo carico di compressione medio è stato di 6625 ±377 N.

N.B: lo spostamento dei campioni durante i test di compressione è relativo al fallimento graduale della fixture nel meccanismo di bloccaggio e non è in alcun modo correlato alla performance meccanica della connessione fixture-abutment.

   

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Misurazione del gap tra fixture e abutment (Sistema T)

Il gap tra fixture e abutment è stato misurato sul Sistema T, sia su campioni non testati, sia su campioni sopravvissuti ai test di affaticamento (5 milioni di cicli a 354 N).

N.B: il gap misurato per campioni testati e non testati è sempre molto basso e comunque ben inferiore a 10 µm.

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Misurazione della Ruvidità

La ruvidità è stata misurata sulla superficie dell’impianto utilizzando un profilometro laser tridimensionale.
Le superfici analizzate sono tre:

  • BT-Tite (sabbiata e mordenzata in acido)
  • Acid-Etched (mordenzata in acido)
  • HA Coated (rivestimento in idrossiapatite)

Rmax ha fornito i seguenti risultati:

  • BT-Tite:
    Ra = 2.13 ±0.31
    Rmax = 16.9 ±1.6

  • Acid-Etched:
    Ra = 1.77 ±0.16
    Rmax = 15.18 ±0.66

  • HACoated:
    Ra = 0.58 ±0.13
    Rmax = 4.68 ±2.21

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