Nuova generazione di frese diamantate al rodio-platino

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1 Materiali e strumenti LAVORO ORIGINALE TEMPO MEDIO DI LETTURA: 20 minuti R. Gerosa, S. Morelli, M. Albanese, F. Ferrari, G. Gambarini Università degli Studi di Verona Istituto di Odontoiatria e Chirurgia Maxillo-Facciale Direttore: prof. P.F. Nocini Dipartimento di Odontoiatria Conservatrice Responsabile: prof. G. Cavalleri Nuova generazione di frese diamantate al rodio-platino 1. Introduzione Gli strumenti abrasivi costituiscono un importante gruppo di strumenti rotanti da taglio impiegati in campo odontoiatrico. Fra questi di grande rilevanza clinica è lo strumento diamantato, sia per la sua lunga durata sia per la sua grande efficacia nel taglio dello smalto e della dentina (1). Il termine frese indica gli strumenti in acciaio o in carburo di tungsteno provvisti di un disegno primario, come quello a palla, cilindrico ecc. e di uno secondario, rappresentato dalle lame. Gli strumenti o punte abrasive sono invece quegli strumenti rotanti che posseggono soltanto un disegno primario e sono ricoperti di materiali atti ad asportare tessuto dentario per attrito (carburo di silicio, diamante in cristalli ecc.) (2). Le teste degli strumenti abrasivi sono formate da tante piccole particelle spigolose di una sostanza dura, applicate a un substrato (o matrice) di materiale più tenero. Il loro meccanismo di taglio avviene per mezzo di tante punte separate di particelle dure, che sporgono dal substrato e vengono portate a contatto con il dente. Questa frammentazione dell azione di taglio su un grande numero di punte isolate, anziché su un solo bordo continuo, costituisce la differenza fondamentale fra gli strumenti a lama e quelli abrasivi. La diversità di forma di questi due tipi di strumenti comporta anche delle differenze ben definite nel loro meccanismo di taglio, come pure nel loro campo specifico di applicazione. Gli strumenti abrasivi infatti danno delle prestazioni molto più vantaggiose rispetto alle frese, sia nel taglio di materiali fragili sia quando vengono impiegati con le alte velocità (da a giri) (3). 2. Caratteristiche tecnologiche degli strumenti abrasivi Sono numerose le caratteristiche sia tecniche sia d utilizzo che influenzano l efficacia degli strumenti abrasivi. Ricordiamo che il calore generato dagli strumenti rotanti è la prima causa Abstract Characteristics of a new generation of rhodiumplatinum diamond burs The main characteristics of a new generation of burs are evaluated and compared with traditional burs. There are significant qualitative and quantitative improvements in chemical composition and surface morphology. According to most of literature failure in restorative dentistry are due to operator s mistakes and low burs quality. In these new burs the diamond granules are linked together by a rhodiumplatinum alloy. The technical characteristics of this new abrasive instrument are much better than in traditional burs: high cutting speed, low heating, long endurance; they are also relatively cheap and not toxic. Key words Diamond granules Abrasive burs Rotating instruments DENTAL CADMOS 4/

2 della reazione pulpare ai procedimenti restaurativi (4). Si è dimostrato che un aumento della temperatura pulpare di 10 Fahrenheit (5,5 C) causa il 15% di perdita di vitalità nella polpa stessa, e un aumento di 30 Fahrenheit (16,7 C) induce necrosi della polpa nel 100% dei casi. Sono numerosi gli studi che hanno portato a mettere in relazione il trauma termico con determinati tipi di procedimenti restaurativi. I valori di temperatura rilevati nella camera pulpare oscillano tra un minimo di 23,4 C e un massimo di 27,2 C; queste variazioni sono probabilmente imputabili al fatto che lo strato di dentina residua risulta di volta in volta leggermente diverso così come leggermente diversa è la composizione media dei tessuti trattati e, di conseguenza, la conducibilità termica. L efficacia di taglio, il corretto raffreddamento e il corretto utilizzo dello strumento abrasivo sono di fondamentale importanza per la salute pulpare. Determinanti in tal senso sono le caratteristiche riportate di seguito (5). Caratteri della diamantatura Le principali ceratteristiche della diamantatura sono: natura del diamante: l associazione migliore è, secondo i tecnici, quella tra diamante naturale e artificiale; dimensioni dei granuli: vanno scelte in base all uso; comunque, sia le grane di dimensioni maggiori, che tendono a formare superfici piatte per scheggiamento durante l abrasione, sia le grane eccessivamente fini, portano a un aumento della temperatura pulpare durante la preparazione; forma dei granuli: la migliore è quella regolare con alto numero di spigoli e poche superfici piatte; in pratica, la forma di riscontro più naturale del diamante (6-8); disposizione e densità dei granuli: per evitare aumenti di calore durante l abrasione non vanno usati strumenti diamantati con: - assenza di spazi di scarico per eccessiva densità del diamante, - scarsa densità del diamante, che porta a frizione da parte di zone del legante, - distribuzione irregolare in toto, cioè con zone a densità variabile dei cristalli sullo strumento; natura del legante: si tratta solitamente di nichel o nichel-cromo o rodio-platino (introdotto recentemente); spessore del legante: occorre evitare sia uno spessore eccessivo, con diamantatura immersa nel legante e frizionamento da parte di quest ultimo, sia uno spessore esiguo con diamantatura aggettante e rischio di distacco dei cristalli (9). Caratteristiche del manico I requisiti principali del manico o supporto degli strumenti diamantati sono: durezza associata a potere di allungamento tale da evitare fratture in fase rotazionale; massima precisione nella costituzione meccanica a evitare ovalizzazione, triangolazione e conicità del gambo; calcolato rapporto tra lunghezza del manico e lunghezza/volume della testa rotante, a evitare fratture da sforzo. Velocità di rotazione e velocità periferica La velocità di rotazione assume importanza nei confronti: dell efficacia di taglio (tabella I), del calore suscitato, che tendono ad aumentare con l aumentare di questa. Tuttavia la velocità dichiarata a vuoto, cioè non a contatto col dente, non corrisponde a quella durante il lavoro che è invece funzione della: pressione esercitata dall operatore, superficie attiva dello strumento rotante usato, potenza e meccanica dell attrezzatura (così, un micromotore elettrico premuto con forza sulla superficie dentale sprigiona una potenza ancora notevole, laddove una turbina ad aria, nelle stesse condizioni, tende a fermarsi) (10). Raffreddamento Lo scopo del raffreddamento è quello di allontanare i detriti e dominare il notevole calore intrapulpare suscitato dall abrasione. Il raffreddamento può essere attuato mediante: getto d aria, getto d acqua, getto di aria-ac- Tabella I Efficacia di taglio a parità di strumento abrasivo in rapporto alla velocità di rotazione espressa considerando unitaria l efficacia di taglio a una velocità di rotazione pari a 4000 giri/minuto Velocità di rotazione (giri/minuto) Efficacia di taglio /2006 DENTAL CADMOS

3 qua nebulizzate (spray). Il miglior sistema di raffreddamento si ha mediante spray: per un raffreddamento adeguato è importante la quantità di acqua che esce dal sistema di raffreddamento. In un getto d acqua è necessario che escano un minimo di 40 cc/min. In uno spray bastano 5 cc/min (11). Pressione L aumento di pressione durante l abrasione aumenta la temperatura del dente con la conclusione di un aumento della risposta flogistica della polpa. È accettato che la pressione da esercitare con punte diamantate dovrebbe oscillare tra un minimo di grammi a un massimo di 200 grammi, con un range ottimale compreso tra i grammi e gli grammi, in dipendenza della velocità di rotazione. Un aumento di velocità o di pressione non comportano necessariamente una maggiore efficienza di taglio: una pressione eccessiva, una velocità troppo alta (e una granulometria inadatta) comportano soltanto intasamento e conseguente surriscaldamento (12). Tempo Anche il tempo di preparazione, che va inteso come il periodo in cui le superfici abrasiva e dentale sono in contatto è un parametro che influisce sull elevazione termica. Alcuni Autori (13) concordano sull efficacia e sull innocuità della cosiddetta tecnica del pennello che prevede contatti brevi, con intervalli di 1-2 secondi. Un contatto superiore a 3-4 secondi comporta notevole aumento di temperatura anche con pressioni ridotte. 3. Morfologia di superficie intergranulare e composizione chimica del legante Come è noto lo smalto e la dentina posseggono struttura diversa. Da ciò ne consegue che il loro taglio, mediante materiale rotante, deve realizzarsi con materiale diverso. Abitualmente lo smalto viene aggredito per mezzo di punte diamantate mentre la dentina andrebbe affrontata con frese al carburo di tungsteno ovvero di acciaio. Le punte diamantate sono poco traumatiche nei confronti dei tessuti sani. Le frese al carburo di tungsteno provocano microincrinature sulla superficie dello smalto sano con conseguente compromissione dell adesione dei microprismi alla dentina. Una caratteristica ulteriore da considerare riguarda la natura del legante che può influire marcatamente sulle proprietà tecniche e di biocompatibilità degli strumenti abrasivi (13). Il legante I granuli di diamante vengono fissati al supporto per mezzo del legante permettendo una certa elasticità ai granuli stessi unita a una buona resistenza all usura e consentendo al materiale abraso di allontanarsi velocemente dalla punta in azione. Le particelle di diamante vengono fissate al supporto elettrodepositandovi uno strato di metallo, mentre sono tenute aderenti a esso. Normalmente si procede in questo modo: s inserisce la testa del supporto in un recipiente pieno di polvere di diamante della grana scelta, i cui interspazi sono riempiti da una soluzione galvanoplastica del legante desiderato. Si applica poi la corrente fra il supporto e l anodo, costituito dal metallo di elettrodeposizione, che viene pure inserito nel recipiente. Il flusso elettrico determina sulla superficie del supporto un accumulo di metallo attorno alle particelle diamantate che vi aderiscono. Le caratteristiche di questa elettrodeposizione costituiscono un importantissimo fattore nel determinare la qualità dello strumento finito. La placcatura metallica deve formare un legame solido con il supporto in modo che il rivestimento abrasivo non si stacchi via; analogamente essa deve trattenere strettamente agganciate le singole particelle di diamante per impedire che vengano strappate dallo strato abrasivo. Generalmente il processo della elettrodeposizione non è costituito da una sola fase. Possono venire impiegate polveri di diamante di grane differenti, ciascuna di esse applicata con un bagno galvanico separato, per cui non è infrequente constatare che la placcatura metallica è formata da diversi strati di composizione e caratteristiche diverse. Date le difficoltà di questa fase del processo di fabbricazione e dati i numerosi sistemi con cui essa si può effettuare, ciascuna industria mira a sviluppare un suo proprio procedimento tecnico e a custodirlo come segreto di fabbrica, per cui scarse sono le informazioni dettagliate su questi metodi. Abitualmente viene usato, come legante, il nichel perché ha favorevoli caratteristiche di resistenza e fluidità ma determina anche una superficie ruvida e irregolare che, in opera, diminuisce la capacità di autodetersione con conseguente accumulo di detriti. Tali detriti causano in- DENTAL CADMOS 4/

4 Fig. 1 Frese al rodio-platino tasamento della superficie intergranulare con conseguente riduzione della capacità abrasiva e innalzamento della temperatura durante l utilizzo. Tali inconvenienti vengono ridotti usando come legante il cromo che ha proprietà tali da rendere la superficie intergranulare più liscia. Quindi si può fissare il granulo di diamante al supporto con il nichel (legante morbido ed elastico) e successivamente usare un deposito galvanico al cromo per rendere la superficie più resistente all erosione. Recentemente sono stati introdotti in commercio strumenti diamantati contenenti un legante di qualità superiore a base di rodio e platino (fig. 1) che si presentano migliori dal punto di vista tecnico e della biocompatibilità. L intera superficie viene ricoperta da uno strato di alcuni micron di una speciale lega metallica preziosa al rodio-platino. Questo strato viene elettrodeposto sulla superficie della fresa attraverso uno speciale bombardamento ionico che ne garantisce una perfetta adesione e un assoluta uniformità. 4. Frese diamantate al rodio-platino: caratteristiche tecniche Legante metallico Tutte le frese diamantate tradizionali sono prodotte utilizzando il nichel come metallo legante fra i cristalli di diamante e lo stelo della fresa. La durezza espressa in coefficiente Vickers presenta per il rodio-platino valori pari a tre volte quelli del nichel (tabella II). Tale eccezionale durezza impedisce ai cristalli di diamante di staccarsi dallo stelo durante l utilizzo della fresa, per cui la durata risulta almeno triplicata rispetto a una diamantata tradizionale. Coefficiente di attrito Il coefficiente di attrito espresso dal rodio-platino è considerevolmente inferiore rispetto a cromo e nichel (tabella III). Poiché l attrito genera calore e il legante, insieme ai cristalli di diamante, contribuisce notevolmente alla generazione di calore, è evidente che una fresa legata al rodio-platino produrrà durante l utilizzo una quantità di calore nettamente inferiore (circa un terzo), rispetto a una fresa tradizionale. Inoltre le frese al rodio-platino sono esclusivamente in diamante naturale, che al contrario del diamante sintetico non si surriscalda, questo è di fondamentale importanza per ridurre considerevolmente il rischio di danno pulpare. Caratteristica metallografica e temperatura Una fresa diamantata può raggiungere durante l uso temperature molto elevate (specialmente se si esclude lo spray di raffreddamento, nel qual caso la temperatura può superare i 600 ). A 400 il nichel perde le sue caratteristiche metallografiche, assume un colore scuro e diventa molle, provocando il distacco totale dei cristalli di diamante. La lega al rodio-platino ha il punto di fusione a 1970 C e conserva inalterate le proprie caratteristiche metallografiche fino a 560 C: è praticamente indistruttibile. Compattezza e resistenza La lega rodio-platino vanta una compattezza molecolare, deducibile dai valori di peso atomico e specifico espressi nella tabella 48 4/2006 DENTAL CADMOS

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6 con acqua oscilla fra i 300 e i 400 C. A queste temperature abbiamo proprio il Calore di vaporizzazione del cromo a e del nichel a che è tossico soprattutto per il dentista, ma anche per l assistente e per il paziente. Il Calore di atomizzazione con la relativa disgregazione della materia della molecola di nichel e di cromo avviene attorno ai 400, mentre sia il rodio che il platino possono arrivare oltre i 550 (fig. 4), temperatura a cui un dentista non arriverà mai con una fresa raffreddata ad acqua (ma se anche la raggiungesse non correrebbe alcun rischio perché la vaporizzazione della lega rodio-platino non è tossica). 5. Vantaggi clinici delle frese al rodio-platino Idrorepellenza: le frese sono autopulenti in quanto, grazie alla lega al rodio-platino, durante la rotazione ad alta velocità respingono i detriti che normalmente si depositano sulla superficie abrasiva, intasando gli spazi fra i cristalli di diamante e causando la riduzione in breve tempo del potere di taglio. Velocità di taglio doppia: poiché gli spazi fra i cristalli di diamante rimangono costantemente liberi, la velocità di taglio risulta circa doppia rispetto a quella delle migliori frese diamantate tradizionali e rimane costante fino all esaurimento completo del diamante. Avendo un potere di taglio maggiore il dentista farà una pressione minore sulla fresa provocando meno attrito, meno surriscaldamento e meno usura per la turbina, riduzione dei tempi di preparazione delle cavità e dei monconi e aumento della precisione di taglio. Temperatura di vaporizzazione C Basso sviluppo di calore: per merito dell elevato potere abrasivo delle frese al rodio-platino prodotte solo ed esclusivamente in diamante naturale (che al contrario del diamante sintetico non si surriscalda) e del bassissimo indice di attrito della nuova lega metallica, lo sviluppo di calore risulta minimo, garantendo in tal modo una maggiore sicurezza contro il rischio di danni pulpari. Durata: la qualità dei cristalli di diamante naturale impiegati e Temperatura di atomizzazione C Platino Rodio Nichel Cromo Fig. 3 Calore di vaporizzazione di platino, rodio, nichel e cromo e relativa tossicità 0,01 Platino 0, Rodio Nichel Cromo le eccezionali caratteristiche di resistenza della speciale lega al rodio-platino fanno sì che la durata delle nuove frese risulti triplicata rispetto a quella delle frese tradizionali. Assenza di vibrazioni: lo stelo in acciaio inox ad altissima resistenza (180/200kg/mm 2 ), calibrato elettronicamente per ottenere la migliore concentricità rotativa, e la superficie abrasiva senza scanalature escludono la possibilità di vibrazioni dannose per la turbina 122 Fascia della temperatura normalmente raggiunta durante l utilizzo della fresa Fascia della temperatura normalmente raggiunta durante l utilizzo della fresa Fig. 4 Calore di atomizzazione di platino, rodio, nichel e cromo e relativa tossicità 52 4/2006 DENTAL CADMOS