DETERMINATION OF MINIMUM PERMISSIBLE PARAMETERS OF METAL-CERAMIC BRIDGES DENTURES FROM A NEW RUSSIAN ALLOY BASED ON PALLADIUM PALLADENT UNI BY MATHEMATICAL MODELING

Full Text

Введение В рамках реализации стратегии развития отечественного стоматологического материаловедения в об ласти благородных металлов сотрудниками ЦНИИС и ЧЛХ и АО «НПК «Суперметалл» создан новый усовершенствованный сплав на основе палладия для металлокерамических зубных протезов Палладент УНИ [1, 2]. Изучены основные физико-механические, коррозионные и технологические свойства нового сплава [3]. Возросшие эстетические требования приводят к созданию ажурных каркасов металлокерамических зубных протезов. Это может быть причиной поломки каркасов и сколов керамической облицовки. В ряде работ, посвящённым золотым и палладиевым сплавам для профилактики поломок мостовидных протезов из сплавов благородных металлов в клинической практике указано, что необходимо использовать научно обоснованные минимально допустимые размеры соединений опорных коронок и промежуточных фасеток. Известны такие работы по сплавам Суперпал (Палладент), Супер КМ (Плагодент) и Плагодент Плюс (все работы выполнены в России) [4]. Цель настоящей работы - определение минимально допустимых размеров соединений элементов мостовидного протеза из сплава Палладент УНИ в зависимости от протяжённости замещённого дефекта. Материал и методы Объект исследования - новый сплав на основе палладия Палладент УНИ для металлокерамических зубных протезов, состоящий из 50,9% палладия, 23,4% золота, 21,7% меди и 4% олова. Для проведения математического анализа методом конечных элементов нам были необходимы значения модуля Юнга, коэффициента Пуассона и условного предела текучести при изгибе образцов из сплава Палладент УНИ после литья и керамических покрытий. В качестве средних значений модуля Юнга, коэффициента Пуассона и условного предела текучести при изгибе керамических покрытий мы взяли значения, определённые ранее и описанные в работе Па-рунова В.А с соавт. [4], которые составили E=70,58, ц =0,21 и 80 МПа соответственно. Для проведения экспериментов в лаборатории «Стильдент» методом литья по выплавляемым восковым моделям подготовлено 6 образцов из сплава Палладент УНИ в виде плоскопараллельных пластин размером 5х5х0,3 мм для сканирующей микроскопии и 6 образцов цилиндрической формы из того же сплава длиной 22 мм и диаметром 2,5 мм. Изучение модуля Юнга и коэффициента Пуассона сплава Палладент УНИ выполняли при помощи сканирующей импульсной акустической микроскопии (СИАМ) в лаборатории акустической микроскопии института биохимической физики им. Н.М. Эммануэля РАН (ИБХФ РАН). Сканирующую микроскопию плоских образцов сплава Палладент УНИ выполняли на аппарате СИАМ-1 (Россия), который сканировал образцы ультракороткими импульсами высокочастотного фокусированного пучка ультразвука. Программное обеспечение микроскопа позволило зафиксировать и разделить эхо-сигналы, отражённые на разной глубине образцов, определить временные задержки продольных, продольно-поперечных и поперечных волн. Из вычисленных средних скоростных характеристик сплава и керамических масс были найдены модули Юнга (E) и коэффициенты Пуассона (ц) для всех 6 образцов. Изучение предела текучести при изгибе сплава Палладент УНИ проводили механическим способом в лаборатории механических испытаний Центра коллективного пользования «Материаловедение и металлургия» НИТУ МИСиС на универсальной испытательной машине Z250 (Германия). В качестве программного обеспечения использовали программу Test Xpert v12.2. Исследование выполняли под постоянной скоростью нагружения (2 мм/мин), сосредоточенной нагрузкой посередине между неподвижными опорами. Расстояние между опорами составляло 14,5 мм. Полученные значения модулей Юнга, коэффициента Пуассона и предела текучести при изгибе статистически обработаны и получены средние значения. Для определения напряженно-деформированного состояния и минимально допустимых размерных параметров металлокерамических мостовидных зубных протезов мы использовали метод математического моделирования конечных элементов. В качестве виртуальной модели применяли модель, описанную в работе В.А. Парунова с соавт. [4] и доработанную в программе Geomagic Design X. Изучено 4 варианта мостовидных протезов различной протяженности: 1) мостовидный протез из трёх единиц с фасеткой вместо премоляра; 2) мостовидный протез из трёх единиц с фасеткой вместо моляра; 3) мостовидный протез из четырёх единиц с фасетками вместо двух премоляров; 4) мостовидный протез из четырёх единиц с фасетками вместо премоляра и моляра. Исследование напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов проводили в программе Ansys R 18.0, в которую загрузили виртуальную модель, и свойства материалов, найденные ранее (модуль Юнга, коэффициент Пуассона и предел текучести при изгибе). Задали граничные условия и нагрузку. Виртуальную модель нагружали вертикально в середине окклюзионной поверхности (90° к окклюзионной поверхности) и под углом 45° к окклюзионной плоскости в области язычных бугров с силой, равной 300 H (ссылки). Подвижность опорных зубов не учитывали. Размеры соединений в мостовидном протезе, при которых возникали напряжения, превышающие условный предел текучести при изгибе сплава Палла-дент УНИ, считали непригодными. Полученные результаты математического моделирования и изучения напряжённо-деформированного состояния позволили создать таблицы минимально-допустимых размерных параметров соединений опорных коронок и фасеток металлокерамических мостовидных протезов из сплава на основе палладия Палладент УНИ. Результаты По результатам импульсной акустической микроскопии образцов из сплава Палладент УНИ определены средние значения модуля Юнга (Е) и коэффициента Пуассона (ц), которые составили 172,25 ±11,20 ГПа и 0,31 ± 0,023 соответственно. По результатам механических испытаний предел текучести при изгибе образцов из сплава Палладент УНИ составил 440±34,38 МПа. Полученные значения упругих свойств сплава Палладент УНИ и керамических покрытий использовали при дальнейших расчётах. В результате математического моделирования мы получили картину распределения напряжений в объёме металлокерамического протеза с возможностью оценки произвольного сечения модели см. рисунок на вклейке). Наиболее деформируемые участки мостовидных зубных протезов находятся в местах соединения опорных коронок и промежуточных частей (фасеток), что было установлено ранее в диссертации А.И. Лебеденко. Применение металлокерамических зубных протезов на каркасах из золотого сплава «Супер КМ» подтверждено в работе В.А. Парунова с соавт. [4]. В отличие от золотых сплавов Плагодент и Плагодент Плюс, когда напряжения при нагрузке в 45° всегда превышали напряжения при нагрузке в 90° для всех вариантов фасеток, у палладиевого сплава Палладент УНИ в случае применения одиночных фасеток (премоляров и моляров) напряжения при нагрузке в 90° превышали напряжения при нагрузке в 45°. Это, по-видимому, связано с тем, что при меньших размерах сечения соединений фасеток и коронок, которые определяются высокими физикомеханическими свойствами палладиевых сплавов, основным видом напряжения при нагрузке становится напряжение сдвига и кручения, а влияние изгиба становится меньше. Поэтому для определения минимальных значений размерных параметров каркасов металлокерамических мостовидных протезов из сплава Палладент УНИ мы использовали значения напряжений, полученные при нагрузке в 90° для одиночных фасеток (премоляр или моляр) и при нагрузке в 45° для двойных фасеток (премоляр/премоляр и премоляр/моляр). Полученные минимально допустимые размеры каркасов металлокерамических протезов из сплава Палладент УНИ мы свели в единую таблицу. Заключение. Проведение физико-механических испытаний и математического моделирования методом конечных элементов позволило определить минимально допустимые параметры размеров соединения опорных коронок и промежуточных частей каркасов из нового отечественного сплава на основе палладия Палладент УНИ для металлокерамических мостовидных зубных протезов и рекомендовать их использование для клинического использования.

About the authors

Vitaly A. Parunov

Central research Institute of dentistry and maxillofacial surgery, Ministry of health of Russia

Email: vparunov@mail.ru
Cand. Med. Sci., senior researcher of the laboratory of materials science “Central research Institute of dentistry and maxillofacial surgery” of the Ministry of health of Russia 119991, Moscow

I. Yu Lebedenko

Federal state Autonomous educational institution of higher education “peoples' friendship University of Russia»

A. A Druzhinin

A.I. Evdokimov Moscow state medical and dental University. Ministry of Health of Russia

A. Yu Yakovchuk

E. A Morokov

N.M. Emanuel Institute of biochemical physics. RAS

References

Supplementary files