Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica Giulio Natta. Politecnico di Milano

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1 LaBS Laboratorio di Meccanica delle Strutture Biologiche Laboratorio di Meccanica delle Strutture Biologiche PROVE MECCANICHE SU IMPIANTI DENTALI DI F.M.D. SRL Data: 16/03/2016 Tel Fax

2 PROVE MECCANICHE SU IMPIANTI DENTALI DI F.M.D.SRL 1. Obiettivo della ricerca L obiettivo delle prove meccaniche è quello di determinare sperimentalmente la resistenza meccanica statica e a fatica di impianti dentali prodotti da F.M.D.SRL Le prove sono state svolte secondo la procedura descritta nell articolo Optimization of implantabutment connection in electro-welded implantology: study and mechanical characterization di Fanali S, Villa T, Fanali D, Carinci F pubblicato su European Journal of Inflammation, 2011, Vol. 9, I(S), ISSN: X. 2. Materiali 2.1 Campioni di prova Le prove sono state svolte utilizzando le tipologie di impianto descritte in Tabella 1. Esse sono composte per le prove di compressione statiche e a fatica da un componente endosseo a vite sommersa di due diversi diametri (3.4 mm e 5.2 mm) e da un moncone inclinato a 25 : i campioni sono stati forniti con la parte endossea inserita in un foro ricavato in un cilindro di alluminio adatto a poter essere afferrato nelle ganasce della macchina di prova. La configurazione di prova prevede di vincolare il campione come illustrato in Figura 1. Per le prove di torsione statica i campioni sono stati forniti con la parte endossea inserita in un foro ricavato in un cilindro di alluminio adatto a poter essere afferrato nelle ganasce della macchina di prova. La configurazione di prova prevede di vincolare il campione come illustrato in Figura 2 2/11

3 Identificativo LaBS Descrizione del sistema d impianto Prove eseguite 3.4-1, 3.4-2, 3.4-3, ,5.2-2,5.2-3, , 3.4-6, 3.4-7, ,5.2-6,5.2-7,5.2-8 Impianto uniqo NQ Ø 3.4 mm con moncone angolato 25 Ø 3.4 mm e vite uniqo NQ Impianto uniqo NQ Ø 5.2 mm con moncone angolato 25 Ø 5.2 mm e vite uniqo NQ Impianto uniqo NQ Ø 3.4 mm con moncone angolato 25 Ø 3.4 mm e vite uniqo NQ Impianto uniqo NQ Ø 5.2 mm con moncone angolato 25 Ø 5.2 mm e vite uniqo NQ statiche statiche statiche statiche 3.4-9, , ,5.2-6,5.2-7,5.2-8 Impianto uniqo NQ Ø 3.4 mm con inserto avvitatore Impianto uniqo NQ Ø 5.2 mm con inserto avvitatore torsioni torsioni Tabella 1 Campioni di prova utilizzati. Figura 1 Configurazione di prova a compressione statica e a fatica. 3/11

4 Figura 2 Configurazione di prova a torsione statica. 2.2 Apparecchiatura di prova E' stato utilizzato un sistema di prova MTS 858 Bionix da 25 kn assiali-200 Nm torsionali. Il sistema di prova MTS Bionix comprende un telaio con un attuatore idraulico assiale da ± 25 kn a doppio effetto e torsionale da ±200 Nm, un trasduttore di spostamento LVDT con corsa massima 100 mm montato in parallelo all attuatore per misurarne la corsa e un trasduttore di angolo ADT con escursione massima di 140, una cella di carico MTS modello D-04, in asse all attuatore, con scale da 2.5 e 25 kn assiali e 20 e 200 Nm torsionali. La macchina è guidata da un controllore digitale Test Star /11

5 3. Procedura di prova 3.1 Prove di resistenza al carico statico Criteri Per le prove di compressione, la sollecitazione più gravosa per l impianto è quella di flessione, che nasce quando il carico masticatorio agisce non parallelamente all asse dell impianto, ma con una certa inclinazione. Per riprodurre tale situazione, l impianto viene montato sulla macchina di prova con l asse dell impianto parallelo alla direzione verticale del carico. In tal senso si ottiene una situazione di carico gravosa per il sistema impianto-moncone che produce il cedimento meccanico dell impianto a causa della flessione di tutto il sistema. Le prove prevedono di applicare un carico crescente fino al cedimento del sistema. Attrezzatura di prova Per la prova di compressione il campione viene inserito in un attrezzatura in grado di vincolare il complesso campione-supporto all afferraggio inferiore della macchina di prova il cui disegno complessivo è riportato in Figura 3. Per la prova di torsione l impianto viene afferrato nelle ganasce inferiori della macchina di prova e il cacciavite in quelle superiori: un immagine è riportata in Figura 4. Figura 3 - Attrezzatura per le prove di compressione. 5/11

6 Figura 4 - Attrezzatura per le prove di torsione. Condizioni di prova La prova di compressione viene condotta comprimendo il campione in controllo di spostamento, con una velocità di abbassamento dell'attuatore pari a 2 mm/min. La compressione viene arrestata dopo la rottura del campione. Vengono acquisiti, tramite il software di controllo della macchina di prova, i valori di spostamento dell'attuatore e di forza misurati dalla cella di carico. La prova di torsione viene condotta ruotando la testa superiore alla velocità di 20 /min. La torsione viene arrestata dopo la rottura del campione. Vengono acquisiti, tramite il software di controllo della macchina di prova, i valori di angolo dell'attuatore e di coppia misurati dalla cella di carico 3.2 Prove di resistenza a fatica Criteri Le prove di resistenza alla sollecitazione ciclica (fatica) sono eseguite applicando il carico con la stessa direzione utilizzata per le prove di compressione statica. Attrezzatura di prova L attrezzatura utilizzata per le prove a fatica è la stessa utilizzata per le prove di compressione statica (Figura 3). Il carico segue un andamento periodico di legge sinusoidale con frequenza pari a 10 cicli al secondo. Considerando i risultati ottenuti nell articolo Optimization of implant-abutment connection in electro-welded implantology: study and mechanical characterization di Fanali S, Villa T, Fanali D, Carinci F pubblicato su European Journal of Inflammation, 2011, Vol. 9, I(S), ISSN: X si è deciso dapprima di testare gli impianti tra 108 e 1080 N ma, raggiunti i cinque 6/11

7 milioni di cicli sia per il campione di diametro maggiore che per quello di diametro minore, si è deciso di incrementare il carico su altri tre campioni per tipologia di impianto fino ad un carico variabile tra 125 e 1250 N. Le prove vengono eseguite a temperatura ed umidità ambiente; durante il periodo di prova la temperatura si è mantenuta nell intervallo 25±2 C e l umidità nell intervallo 60±5%. Condizioni di prova La prova viene condotta in controllo di forza e poiché nella prova a fatica dei materiali metallici non ha alcuna influenza la frequenza di prova (conta infatti solo il numero di cicli), si utilizza la frequenza massima compatibile con le capacità di controllo della macchina (ossia con l'ottenimento della corretta forma d'onda e dei valori limite di carico imposti). Si imposta il valore zero dello spostamento dell'attuatore in corrispondenza della posizione in cui vi è contatto fra il piano di carico superiore ed il tampone che interfaccia la parte superiore dell impianto. Viene impostato un valore limite per lo spostamento, pari a 0.5 mm. Se tale valore viene superato, fatto che indica l avvenuta rottura dell impianto, la macchina arresta automaticamente la prova bloccando la posizione dell'attuatore e viene registrato il numero di cicli alla rottura. 7/11

8 4. Risultati delle prove 4.1 Prove di resistenza a carico statico La Tabella 2 riporta i valori registrati durante le prove di compressione per i diversi campioni, mentre i grafici sono allegati in coda alla relazione (Figure 5 e 6). I due gruppi confrontati attraverso un test di Student risultano statisticamente differenti sia per quanto riguarda il carico di snervamento (p< 0.001) che quello a rottura (p<0.001). La Tabella 3 riporta i valori registrati durante le prove di compressione a fatica per i diversi campion. I due gruppi confrontati attraverso un test di Student risultano statisticamente differenti per quanto riguarda il numero di cicli a rottura (p<0.01). La Tabella 4 riporta i valori registrati durante le prove di torsione per i diversi campioni, mentre i grafici sono allegati in coda alla relazione (Figure 7 e 8). I due gruppi confrontati attraverso un test di Student non risultano statisticamente differenti per quanto riguarda la coppia massima (p>0.05). Identificativo LaBS Carico Snervamento [N] Carico Massimo [N] Figura media dev.std media dev.std Tabella 2: Risultati delle prove statiche di compressione. 8/11

9 Identificativo LaBS Carico appilcato [N] Cicli a rottura > media dev.std > media dev.std Tabella 3: Risultati delle prove a fatica. Identificativo LaBS Coppia Massima [Ncm] Figura media 210 dev.std media 243 dev.std 7.21 Tabella 4: Risultati delle prove statiche di torsione. Milano, Ing. Tomaso Villa 9/11

10 Figura 5 Figura 6 10/11

11 Figura 7 Figura 8 11/11