PEEK vs Cr-Co : comparaison de deux types de châssis de

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PEEK vs Cr-Co : comparaison de deux types
de châssis de prothèse amovible partielle
B. PICART, J. MARGERIT, M. FAGES
Chirurgiens-dentistes
E. LAMBERT, E.M. CHANSAVANG,
R. SOUVAIRAN, A. BONZOM
Prothésistes CFAO
Quelles sont les propriétés
du matériau PEEK ?
Quels en sont les procédés
de conception et de fabrication
en prothèse amovible partielle ?
Quelles peuvent être les difficultés
rencontrées et l’avenir du matériau ?
Les auteurs déclarent
ne pas avoir de lien d’intérêt
Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3
L
a prothèse amovible partielle fait l’objet
depuis quelques années de recherches sur
l’utilisation de nouveaux matériaux. Les
données acquises sur la conception des
châssis sont en partie remises en question
ou modifiées afin de s’adapter à l’évolution
des matériaux et des techniques. Le champ d’application de ces derniers est-il aussi étendu que celui des
châssis métalliques ? Pour répondre à ces questions,
une première étude a été entreprise pour comparer la
qualité d’adaptation de deux châssis, l’un en chromecobalt, l’autre en polymère haute performance, sur un
modèle de travail unique.
205
Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll.
1. Formule chimique
du PEEK.
2. La pyramide de performance des matériaux
thermoplastiques actuels (4, 5).
1
2
Bien que le disque en PEEK doit être
manipulé et transformé selon les instructions du guide de transformation et du
mode d’emploi, et sans avoir bénéficié de
la formation spécifique à l’utilisation de
ce matériau, l’objectif de ce travail étant
de comparer les matériaux en employant
la technique actuelle de conception et
fabrication utilisée dans les laboratoires
Tableau 1 - Tableau comparatif de différents matériaux
de prothèses, il a été convenu de respecter les règles de conception d’un châssis
métallique.
Afin d’affiner le comparatif, il est demandé
aux prothésistes dentaires d’émettre un
avis sur le modèle qui leur est fourni, sur
la conception théorique effectuée et sur
la validation du tracé et de logettes préparées en fonction des châssis demandés.
Lors de la réception des pièces prothétiques, deux praticiens évaluent le travail
réalisé sur le maître modèle.
PROPRIÉTÉS DU PEEK
Le PEEK, polyétheréthercétone, est le
matériau le plus connu de ces dernières
années de la famille des PAEK, polyaryléthercétones. Les PAEK, matériaux thermoplastiques à hautes performances, ont
entre autres qualités une grande résistance mécanique, une bonne rigidité et
une excellente résistance à l’hydrolyse.
Ce polymère haute performance, utilisé
depuis de nombreuses années en médecine pour mettre en œuvre des plaques
206
Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3
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crâniennes artificielles, remplacer des éléments d’articulation au niveau des doigts,
des genoux ou d’espaces intervertébraux,
a trouvé sa place en médecine dentaire.
Ce matériau d’une grande pureté exempt
de charges présente une élasticité équivalente à l’os. Dix années d’expérience
implantaire au niveau mondial n’ont pas
permis, pour le moment, de démontrer
de cas avérés de réaction allergique à ce
matériau (fig. 1, tableau 1) (1-4).
La structure chimique du PEEK lui assure
à l’heure actuelle l’une des meilleures
propriétés mécaniques de tous les polymères hautes performances (fig. 2).
Prothèse amovible partielle
et PEEK
Ces dernières années ont connu une
évolution globale des solutions thérapeutiques dans le domaine de la prothèse
dentaire. La prothèse amovible partielle
n’échappe pas à cette progression (6).
Dans les laboratoires, la CFAO (Conception et Fabrication Assistées par
Ordinateur) s’impose de plus en plus, raccourcissant les délais de fabrication, amenant plus de confort et de précision pour
les prothésistes qui progressivement,
remplacent la spatule et la cire par des
logiciels de modélisation. Les chaînes de
production changent aussi, tout comme la
qualité et la nature même des matériaux
mis en œuvre.
La fabrication assistée par ordina teur (FAO) peut se subdiviser en deux
méthodes, une additive et une soustractive (tableau 2).
3
La méthode additive est le prototypage
rapide (7, 8), qui permet par addition de
matière de créer, soit des éléments calcinables destinés à la fonderie, soit des
éléments métalliques (9, 10).
La méthode soustractive elle, est l’usinage (11). Dans des disques d’épaisseurs
variables de matériaux déterminés, la
machine va usiner aussi des maquettes
destinées à la fonderie, en cire ou en
résine, ou des éléments directement finis
en métal ou en PEEK (fig. 3).
L’usinage du métal pour la prothèse amovible est peu utilisé, en effet la perte de
matériau est considérable et l’usinage
de matériaux « durs » demande des
machines spécifiques, plutôt dédiées
à des centres de production. Le frittage laser pour prothèse amovible partielle donne d’excellents résultats, mais
demande l’utilisation d’un alliage spécifique et une expertise particulière qui
aujourd’hui n’est pas encore largement
3. Disques de PEEK
destinés à l’usinage
et l’usineuse utilisée
pour l’article : la Pro expert
5 ® (Opera system® ).
Tableau 2 - Les différentes méthodes de production de châssis pour prothèse amovible partielle en CFAO.
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207
Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll.
4ab
5ab
c
d
4a. Modèle passé au paralléliseur et ligne guide tracée.
b. Indices anatomo-physiologiques tracés.
5a. Repères, limite inférieure et départs de connexion.
b. Tracé du châssis.
c, d. Détails du tracé (vues vestibulaire et linguale, secteur gauche).
e. Modèle de travail envoyé au laboratoire.
208
e
diffusée. Outre Atlantique toutefois, les
résultats obtenus semblent prometteurs.
La méthode la plus employée aujourd’hui
en France reste l’impression 3D de
maquettes calcinables, ou leur usinage
par des machines dites usineuses d’établi
à la portée de n‘importe quel laboratoire
de taille moyenne (12). Les maquettes
obtenues sont destinées à la fonderie
Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3
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67a
par méthode de coulée conventionnelle,
souvent abusivement appelées « coulée
numérique » car issue d’une conception
par CFAO. Le PEEK, lui reste un matériau
facilement usinable dans des machines
d’établi et présente l’avantage par rapport
aux maquettes de fournir le châssis sous
sa forme définitive. Aucun traitement
post-usinage n’est nécessaire.
Le PEEK est un matériau de plus en plus
utilisé en odontologie.
b
Comparaison de différents types de
prothèses partielles amovibles
Objectifs - Préparation du modèle
Avant de pouvoir réaliser un comparatif
clinique, un comparatif « technique » a
été réalisé. Pour ce faire, un modèle mandibulaire a été préparé afin de présenter
une configuration mixte d’édentement
encastré et d’édentement terminal. Une
étude du modèle sur paralléliseur a permis de tracer une ligne-guide en relation
avec l’axe d’insertion choisi (fig. 4). Puis
le tracé prospectif de l’armature du châssis a été dessiné (fig. 5) (13-17) avant
de demander au laboratoire de prothèse
la réalisation de deux châssis, respectivement en chrome-cobalt par coulée
classique à partir d’un châssis réalisé
en PMMA par usinage et en PEEK, par
méthode soustractive de CFAO.
Le maître modèle en plâtre Fujirock ®
(fig. 6) servira de test pour le contrôle
d’ajustage, d’insertion et de désinsertion
des divers châssis.
c
Conception des châssis
Après avoir scanné le modèle envoyé,
le prothésiste dentaire utilise le logiciel
Opera system® pour modéliser le châssis
prothétique (fig. 7 ) avant de procéder à
son usinage.
Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3
6. Modèle coulé
en Fujirock® pour
comparaison.
7a. Le logiciel Opera
system® utilisé pour la
modélisation du châssis.
b. Vue 3D du châssis.
c. Vue de face du châssis
avec les cotes.
209
Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll.
Fabrication Assistée
par Ordinateur
L’usineuse d’établi supportant jusqu’à
huit disques est mise en route une fois
l’ensemble des éléments modélisés afin
d’optimiser l’utilisation de la machine
(fig. 8) (18-27).
Trois disques, en cire, en PMMA (polyméthylméthacrylate) et en PEEK, sont utilisés
pour la fabrication des différents châssis
(fig. 9). La relative fragilité de la cire et du
8a
b
9ab c
e
d
f
8a, b. Les différents disques supportés (à G) et vue agrandie du support de
disque et des fraises (à D).
9a. Châssis usiné dans le disque en cire.
b. Châssis usiné et découpé dans un disque en PMMA.
c, d. Châssis usiné dans le disque en PEEK - vues de dessus et de dessous.
e, f. Châssis original (à gauche) et châssis épaissi (à droite) découpés en
PEEK.
210
PMMA oblige le prothésiste à épaissir les
secteurs les plus sujets à déformation ou
fracture.
Coulée métal du châssis en PMMA Le
châssis en PMMA est coulé en chrome
cobalt après mise en cylindre et fourni à
l’état brut afin de respecter les mêmes
conditions que pour le châssis en PEEK
(fig. 10).
Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3
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COMPARAISON DES CHÂSSIS
Pesée
Les différents châssis reçus du laboratoire
sont tout d’abord pesés sur une balance
de précision (fig. 11).
Le résultat de ces pesées est le suivant :
Châssis Cr-Co : 6,8 g
Châssis PMMA : 0,8 g
Châssis PEEK : 1 g
Les châssis en cire et en PMMA étant
strictement identiques au sortir de l’usi-
1011
10. Châssis coulé
en chrome cobalt issus
de la maquette
en PMMA.
11. Les châssis sont
pesés sur une balance
de précision.
12ab
12a. Mise en place
du châssis Cr-Co
sur le modèle.
b. Mise en place
du châssis PEEK
sur le modèle.
13a. Désinsertion du
châssis Cr-Co du modèle.
b. Désinsertion
du châssis PEEK
du modèle.
13ab
nage, il a été décidé de couler seulement
le châssis en PMMA. La comparaison
de deux châssis métalliques strictement
identiques n’aurait eu aucun intérêt pour
cette étude. Il est intéressant de noter
qu’il est possible de faire un essai en
bouche de la maquette en PMMA pour
vérifier son adaptation avant la coulée.
Un tel essai est impossible avec un châssis en cire du fait de sa grande fragilité,
notamment au niveau des crochets.
Insertion sur le maître-modèle
çant dans un premier temps une pression
bilatérale très légère sur l’armature afin de
tester la facilité d’insertion (fig. 12). Puis
la pression est augmentée pour vérifier
une éventuelle bascule et/ou résistance à
la mise en place complète.
Désinsertion du maître modèle
La désinsertion est testée en exerçant
une traction bilatérale sur les bras de
rétention des crochets jusqu’à l’obtention d’une décoaptation de l’armature du
modèle (fig. 13).
La mise en place des châssis sur le
modèle en Fujirock® est réalisée en exerStratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3
211
Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll.
POINT DE VUE
DU PROTHÉSISTE
DE LABORATOIRE
14a, b. Comparaison des
châssis en PEEK (originel
à gauche, épaissi à droite)
sur le modèle.
c, d. Comparaison des
châssis Cr-Co et PEEK
épaissi sur le modèle.
Les prothésistes, habitués aux réalisations de prothèses fixées par CFAO ont
rencontré des difficultés dans la réalisation des châssis amovibles en PEEK et en
PMMA du fait de la flexibilité du matériau.
Il a semblé nécessaire de majorer la section de certains éléments de ces châssis
afin d’éviter les éventuels risques de fractures. Des tests mécaniques seraient à
prévoir pour évaluer les épaisseurs minimales de châssis soumis à la contrainte.
La coulée en Cr-Co n’a quant à elle posé
aucun problème. Les prothésistes ont
insisté sur le fait que la conception doit
être particulièrement adaptée à la flexibilité du matériau, d’où la nécessité d’une
parfaite coordination entre nos deux professions.
Ce travail a été réalisé de façon routinière,
sans un spécialiste du PEEK pour guider les prothésistes dans leur construction. Les industriels fournissant le PEEK
avec lequel a été réalisée cette étude
proposent une formation pas à pas pour
optimiser les propriétés physiques du
matériau. Pour les prothésistes cette for-
mation semble absolument nécessaire,
elle devrait permettre d’améliorer les procédures et d’agrandir la gamme des indications.
POINT DE VUE
DU PRATICIEN
L’insertion sur le modèle du châssis en
PEEK est plus douce que pour le châssis
en chrome cobalt. La mise en place de ce
dernier a nécessité quelques retouches
de la face interne, étape de travail qui
incombe habituellement au prothésiste
dentaire. De même, la désinsertion est
plus facile pour l’armature en PEEK. Ces
observations sont à mettre en corrélation
avec la flexibilité plus importante du PEEK
par rapport au métal.
Selon les données des fabricants, le châssis mandibulaire en PEEK exclut la réalisation d’une barre linguale trop flexible,
donc trop fragile, au bénéfice d’un bandeau lingual. Le guide de transformation
du disque dentaire (28) indique d’ailleurs
une épaisseur minimale de l’armature
de 2 mm pour une largeur minimale de
8 mm. C’est pour répondre à ce cahier
des charges que le châssis en PEEK a été
14ab
cd
212
Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3
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épaissi par rapport au tracé original, tout
en respectant la forme globale du tracé
proposé (fig. 14) et est par conséquent
plus volumineux que le châssis en Cr-Co.
L’extension des selles aux limites physiologiques, notamment l’investissement
des tubercules rétro-molaires, est un
impératif permettant d’optimiser la stabilité de la plaque.
À l’instar des crochets en acétal, les bras
de rétention en PEEK doivent également
être épaissis pour améliorer la stabilisation
et la rétention de la plaque (29-32). De ce
fait, leur encombrement plus important
peut représenter une gêne pour le patient.
L’absence de métal apporterait certainement un confort accru pour le patient du
fait d’un poids beaucoup plus faible, d’un
rendu esthétique moins aléatoire, bien
que la couleur actuelle du matériau ne se
rapproche pas tout à fait de la couleur des
dents naturelles.
Associées au choix judicieux des appuis
directs et indirects, une surface d’appui
ostéomuqueuse optimisée à l’arcade
maxillaire ou une extension maximale de
la surface d’appui mandibulaire, devraient
participer aux critères de réussite et de
pérennité de ce type de châssis.
La rétention moins importante du châssis en PEEK est susceptible d’autoriser
des mouvements prothétiques amplifiés. Cependant, la flexibilité du matériau
pourrait engendrer moins d’effets scoliodontiques sur les dents support.
d’édentement les plus fréquemment
rencontrés, mais surtout de quantifier la
différence de sustentation et de rétention
de ces châssis qui ne répondent plus aux
principes habituellement admis de rigidité
des armatures métalliques.
De même l’association plus systématique
d’un châssis PEEK et d’attachements
supra - radiculaires ou supra - implan taires pourrait apporter une solution plus
pérenne dans le cas de restauration prothétique de grande étendue.
La maîtrise du frittage laser, technique
de FAO présente quant à elle l’avantage
d’une précision de l’ordre de 0,3 mm
(données fabricant), d’une perte très
faible de matériau comparativement aux
techniques d’usinage et permet de réaliser simultanément plusieurs châssis, ce
qui représente en plus un gain de temps.
Toutefois, son utilisation en France n’est
pas encore répandue comme c’est le cas
au Canada ou aux USA, où des travaux
importants sur les alliages ont permis l’utilisation routinière de cette méthode.
Actuellement en France le procédé de
coulée à partir d’une confection conventionnelle à la cire et à la spatule reste
majoritaire. Toutefois, l’expansion de la
CFAO et de nouveaux matériaux usinables
devrait changer radicalement le mode de
production des prothèses amovibles partielles et peut-être même permettre de
repenser leur architecture.
CONCLUSION
Il pourrait être intéressant de modifier les
règles de confection des châssis métalliques pour les adapter à l’élaboration de
châssis en PEEK. De cette manière, il
devrait pouvoir être possible d’adapter les
propriétés de ces polymères haute performance à des règles de confection particulières de châssis utilisant davantage les
propriétés de friction de ce matériau, par
exemple en modifiant la forme des appuis
afin de leur associer la friction par rétention à la seule sustentation-stabilisation.
Il serait intéressant, au-delà de cette première approche, de tester différentes
formes de châssis en fonction des cas
Auto-évaluation
1. La méthode additive de F.A.O. est l’usinage
n Vrai n Faux
2. Le prototypage rapide se fait à partir des disques de matériaux
d’épaisseurs variables
n Vrai n Faux
3. La perte de matériau est plus importante avec l’usinage qu’avec le
frittage laser
n Vrai n Faux
4. Le frittage laser ne permet de réaliser qu’un seul châssis de prothèse
amovible partielle à la fois
n Vrai n Faux
5. La F.A.O. d’un châssis en PEEK nécessite un accroissement de section
de matériau par rapport au Cr-Co
n Vrai n Faux
6. Le PEEK contient des solvants
Stratégie prothétique mai-juin 2016 • vol 16, n° 3
n Vrai n Faux
213
Châssis de prothèse partielle en PEEK - M. Fages et coll.
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COORDONNÉES DES AUTEURS :
Bruno PICART, Jacques MARGERIT, Michel FAGES
U.F.R. d’Odontologie de MONTPELLIER, 545 Av. du Professeur Jean-Louis VIALA 34193 Montpellier Cedex 5
Elodie LAMBERT, Eric M. CHANSAVANG, Richard SOUVAIRAN, Alain BONZOM
Laboratoire DTS, 22 rue de l’Agenais, 34080 Montpellier
214
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