Nuova generazione di frese diamantate al rodio

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 20.000 a
80.000 giri) (3).
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.
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
LAVORO ORIGINALE MATERIALI E STRUMENTI
Key words
Diamond granules
Abrasive burs
Rotating instruments
DENTAL CADMOS 4/2006 45
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 nume46 4/2006 DENTAL CADMOS
ro 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
10.000
3
20.000
5
30.000
6
45.000
7
100.000-200.000
20-30
LAVORO ORIGINALE MATERIALI E STRUMENTI
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 15-20 grammi a un
massimo di 200 grammi, con
un range ottimale compreso
tra i 30-40 grammi e gli 80-90
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
LAVORO ORIGINALE MATERIALI E STRUMENTI
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 inDENTAL CADMOS 4/2006 47
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 mi-
cron 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’u-
tilizzo 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.
Fig. 1 Frese al rodio-platino
48 4/2006 DENTAL CADMOS
Compattezza e resistenza
La lega rodio-platino vanta una
compattezza molecolare, deducibile dai valori di peso atomico
e specifico espressi nella tabella
LAVORO ORIGINALE MATERIALI E STRUMENTI
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.
52 4/2006 DENTAL CADMOS
Temperatura di vaporizzazione °C
600
■ Elementi atossici
■ Elementi atossici
■ Fascia della temperatura
normalmente raggiunta
durante l’utilizzo
della fresa
500
400
300
200
100
0
Platino
Rodio
Nichel
Cromo
Fig. 3 Calore di vaporizzazione di platino, rodio, nichel e cromo e
relativa tossicità
• 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
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/mm2),
calibrato elettronicamente per
ottenere la migliore concentricità rotativa, e la superficie
abrasiva senza scanalature
escludono la possibilità di vibrazioni dannose per la turbina
600
Temperatura di atomizzazione °C
con acqua oscilla fra i 300° e i
400°C. A queste temperature abbiamo proprio il Calore di vaporizzazione del cromo a 344.4° e
del nichel a 370.4° 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).
■ Elementi atossici
■ Elementi atossici
■ Fascia della temperatura
normalmente raggiunta
durante l’utilizzo
della fresa
500
400
300
200
100
0,01
g/ton
0,0001
g/ton
99
g/ton
122
g/ton
Platino
Rodio
Nichel
Cromo
0
Fig. 4 Calore di atomizzazione di platino, rodio, nichel e cromo
e relativa tossicità
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