Qual è lo scopo della sinterizzazione in odontoiatria?

 

Se non conosci la zirconia dentale, spesso sorge una domanda:

Perché un restauro in zirconio deve essere sinterizzato dopo la fresatura?

Dopo che un blocco di zirconio è stato fresato per dargli la forma di una corona, di un ponte o di un altro restauro, potrebbe già sembrare vicino al restauro finale. Tuttavia, il materiale è ancora allo stato pre-sinterizzato. La sua densità, resistenza, dimensioni e aspetto non sono ancora gli stessi di quelli dopo il ciclo di sinterizzazione consigliato.

È qui che la sinterizzazione diventa una parte importante della lavorazione della zirconia.

Dal punto di vista produttivo la sinterizzazione è molto più che un semplice riscaldamento del restauro ad alta temperatura. La velocità di riscaldamento, la temperatura target, il tempo di mantenimento, la fase di raffreddamento, le condizioni del forno, la disposizione di caricamento e le caratteristiche del materiale in zirconio possono tutti influenzare il risultato.

Per un laboratorio odontotecnico, comprendere questo processo può anche rendere più semplice identificare il punto in cui potrebbe aver avuto origine un problema quando il restauro finale non risulta come previsto.

Cosa succede prima della sinterizzazione?

La maggior parte dei blocchi dentali in zirconio CAD/CAM vengono forniti in condizioni parzialmente sinterizzate o pre-sinterizzate.

In questa fase, la zirconia ha abbastanza forza per essere maneggiata e fresata, ma non ha raggiunto la densità della zirconia completamente sinterizzata.

Questa differenza è importante per la lavorazione CAD/CAM.

La zirconia completamente sinterizzata è molto più difficile da lavorare. La zirconia pre-sinterizzata è più facile da tagliare per una fresatrice, il che può ridurre l'usura dell'utensile e i tempi di lavorazione.

C'è un altro punto importante: il restauro viene fresato intenzionalmente più grande della sua dimensione finale.

Questo perché il materiale si restringerà durante la sinterizzazione.

Ad esempio, se un blocco di zirconio ha un ritiro lineare specificato di circa il 20%, il sistema CAD/CAM deve compensare questo cambiamento durante il calcolo delle dimensioni di fresatura. Il valore di ritiro effettivo varia a seconda del materiale in zirconio e del produttore, pertanto è necessario utilizzare il valore fornito per il blocco specifico.

Questo è anche il motivo per cui cambiare marca di zirconia senza controllare le informazioni sulla contrazione del nuovo materiale può causare problemi dimensionali.

Il restauro può apparire corretto subito dopo la fresatura, ma si tratta pur sempre di un prodotto intermedio.

Qual è lo scopo della sinterizzazione?

Lo scopo principale della sinterizzazione è aumentare la densità della zirconia riscaldando il materiale sotto un ciclo a temperatura controllata.

All’aumentare della temperatura, le particelle di zirconio si legano gradualmente e gli spazi tra loro si riducono. La materia diventa più densa e il restauro si contrae.

Questa contrazione è il motivo per cui il restauro fresato sovradimensionato può raggiungere le dimensioni previste dopo la sinterizzazione.

In termini semplici:

La fresatura modella il restauro.
La sinterizzazione sviluppa la densa struttura della zirconia.

I due processi sono strettamente collegati quando si lavora con la zirconia dentale pre-sinterizzata.

La sinterizzazione influisce anche sulla microstruttura finale del materiale. Le caratteristiche meccaniche e ottiche risultanti dipendono dalla formulazione della zirconia, dalle sue condizioni di partenza e dalle condizioni di sinterizzazione utilizzate.

È più corretto pensare alla sinterizzazione come parte del processo di lavorazione del materiale piuttosto che semplicemente come fase finale di riscaldamento.

Perché la zirconio si restringe durante la sinterizzazione?

Questo è un punto importante sia per i tecnici di laboratorio che per i distributori di materiale dentale.

Un blocco di zirconio pre-sinterizzato contiene spazi tra le particelle di zirconio. Durante la sinterizzazione, il legame e la diffusione delle particelle riducono questi spazi.

Man mano che la struttura diventa più densa, le dimensioni complessive diminuiscono.

L'entità della contrazione non è necessariamente la stessa per i diversi prodotti in zirconio.

Le differenze nella composizione della polvere, nelle caratteristiche delle particelle, nel processo di formatura, nella densità pre-sinterizzata e nelle condizioni di produzione possono influenzare il ritiro specificato.

Per questo motivo non esiste un unico valore di contrazione che possa essere applicato a ogni blocchetto di zirconio dentale.

Se un laboratorio cambia da una marca di zirconia a un'altra, prima della fresatura è necessario verificare il fattore di contrazione fornito con il nuovo materiale. Potrebbe essere necessario aggiornare anche le impostazioni CAD/CAM corrispondenti.

Una piccola differenza nel fattore di compensazione può diventare evidente dopo la sinterizzazione, soprattutto quando il restauro richiede un adattamento stretto.

Cosa cambia durante la sinterizzazione?

Durante il processo di sinterizzazione avvengono diversi cambiamenti.

1. La densità aumenta

La zirconia pre-sinterizzata ha una struttura relativamente porosa. Quando le particelle si legano durante il riscaldamento, gli spazi all'interno del materiale diminuiscono e la densità aumenta.

La densità finale dipende dal materiale di zirconio e dalle condizioni di lavorazione.

2. Il restauro diventa più piccolo

Il restauro si contrae man mano che il materiale diventa più denso.

Il sistema CAD/CAM tiene conto di questo cambiamento dimensionale prima della fresatura applicando le informazioni sulla contrazione fornite per il blocco in zirconio.

3. Si sviluppa la microstruttura

La sinterizzazione modifica la microstruttura della zirconia.

La composizione, la struttura del grano, la densità e le condizioni di sinterizzazione hanno tutti un ruolo nelle proprietà meccaniche finali della zirconia.

Questo è uno dei motivi per cui è importante il ciclo di sinterizzazione consigliato dal produttore. Una fornace che raggiunge la temperatura target non racconta tutta la storia.

4. L'aspetto cambia

Anche l'aspetto della zirconia può cambiare durante la sinterizzazione.

Per la zirconia precolorata e multistrato, la tonalità finale e la traslucenza dipendono dalla formulazione del materiale e dalle condizioni di lavorazione. L'aspetto prima della sinterizzazione non deve essere considerato un'indicazione esatta dell'aspetto finale.

Quando si confrontano due prodotti in zirconio, è utile consultare le relative istruzioni per l'uso piuttosto che dare per scontato che lo stesso programma del forno produrrà lo stesso risultato.

Perché la temperatura di sinterizzazione è così elevata?

La zirconia dentale richiede una sinterizzazione ad alta-temperatura perché le particelle necessitano di energia termica sufficiente affinché avvenga la diffusione e la densificazione.

Molti materiali dentali in zirconio utilizzano temperature di sinterizzazione intorno ai 1.500 gradi o superiori, sebbene la temperatura consigliata dipenda dal materiale specifico.

Ad esempio, un forno può avere una temperatura nominale massima di 1.600 gradi o 1.650 gradi.

Tale specifica indica la capacità di temperatura massima del forno. Ciò non significa che la zirconia debba normalmente essere sinterizzata a quella temperatura.

La temperatura di sinterizzazione consigliata proviene dal produttore dello zirconio.

Vale la pena tenere presente questa distinzione quando si confrontano i forni di sinterizzazione dentale:

Temperatura massima del forno ≠ temperatura di sinterizzazione della zirconia.

Un laboratorio potrebbe aver bisogno di un forno con un intervallo di temperatura adeguato, ma il programma effettivo dovrebbe essere selezionato in base alla zirconia da lavorare.

Una temperatura più elevata significa una migliore sinterizzazione?

Non necessariamente.

Una temperatura massima più elevata può essere un'utile specifica del forno, ma è solo una parte della valutazione.

Un ciclo di sinterizzazione della zirconia coinvolge diversi parametri:

Velocità di riscaldamento

Temperatura target

Tempo di attesa

Uniformità della temperatura

Velocità di raffreddamento

Caricamento del forno

Posizione dei restauri

Programma consigliato per il materiale in zirconio

Ad esempio, se un produttore di zirconia consiglia la sinterizzazione a una temperatura particolare per un tempo di mantenimento specificato, l'aumento della temperatura semplicemente perché il forno può raggiungerla può modificare la microstruttura del materiale.

Lo stesso vale per il tempo di attesa.

Un ciclo più lungo o più caldo non è automaticamente un ciclo migliore.

Quando valuto un forno, guarderei a quanto bene riesce a riprodurre il ciclo di temperatura richiesto dai materiali utilizzati in laboratorio, piuttosto che concentrarmi solo sulla temperatura massima.

Perché è importante il programma di sinterizzazione?

Il programma di sinterizzazione determina il modo in cui il forno si muove attraverso le fasi di riscaldamento, mantenimento e raffreddamento.

Un semplice programma può essere descritto come:

Riscaldamento → Mantenimento → Raffreddamento

Nelle applicazioni dentali reali, il programma può contenere diversi livelli di temperatura e diverse velocità di riscaldamento.

Ad esempio, un ciclo convenzionale all'ossido di zirconio può richiedere diverse ore. Alcuni materiali in zirconia sono progettati anche per cicli di sinterizzazione-veloci più brevi.

Un ciclo di sinterizzazione veloce-non è semplicemente una versione più breve di un ciclo convenzionale.

Un programma di sinterizzazione-veloce cambia il modo in cui il materiale viene riscaldato e raffreddato. L'idoneità dipende dalla formulazione della zirconia e dalle raccomandazioni fornite dal produttore del materiale.

Per questo motivo, un laboratorio non dovrebbe dare per scontato che un programma veloce adatto per una zirconia debba essere utilizzato direttamente per un’altra marca di zirconia.

Quando viene introdotto un nuovo materiale in zirconio, ne controllo il ciclo consigliato e lo confronto con i programmi del forno disponibili prima di utilizzarlo per la produzione regolare.

Cosa succede se le condizioni di sinterizzazione sono sbagliate?

Il risultato dipende da quale parametro rientra nell'intervallo consigliato e di quanto.

I possibili problemi includono:

Dimensioni finali che differiscono dal risultato atteso

Cambiamenti nelle proprietà meccaniche

Differenze di tonalità o traslucenza

Variazione tra i lotti di sinterizzazione

Distorsione in alcuni restauri

Tempo di elaborazione più lungo

Ulteriori aggiustamenti o rifacimenti

Non tutti i problemi che si presentano dopo la sinterizzazione sono causati dal forno.

Ad esempio, un fattore di ritiro errato nel software CAD/CAM può influenzare le dimensioni finali anche quando il forno funziona normalmente.

Lo stesso vale per la fresatura.

Anche le condizioni dello strumento, la precisione della fresatura, la progettazione del restauro e le condizioni del blocco di zirconio possono influenzare il risultato finale.

Quando si studia un problema di sinterizzazione, è utile considerare l’intera catena di lavorazione piuttosto che modificare immediatamente la temperatura del forno.

Cosa dovrebbe controllare un laboratorio prima della sinterizzazione?

Quando si utilizza un nuovo materiale in zirconio, controllare prima le seguenti informazioni:

1. Temperatura di sinterizzazione consigliata

Controllare la temperatura target specificata dal produttore dell'ossido di zirconio.

2. Velocità di riscaldamento

Alcuni materiali hanno una velocità di riscaldamento specifica o un programma consigliato con più fasi di riscaldamento.

3. Tempo di attesa

Controllare per quanto tempo il materiale deve rimanere alla temperatura target.

4. Requisiti di sinterizzazione-rapida

Se il laboratorio desidera utilizzare un ciclo più breve, verificare che la zirconia sia adatta a quel tipo di programma.

5. Fattore di restringimento

Verificare il valore da inserire nel software CAD/CAM.

6. Requisiti di raffreddamento

Alcuni materiali potrebbero avere raccomandazioni specifiche per la fase di raffreddamento. Il raffreddamento rapido e il raffreddamento naturale non dovrebbero essere trattati come processi intercambiabili.

7. Compatibilità del forno

Controllare se il forno disponibile può eseguire l'intervallo di temperature e il programma richiesti.

Questi punti sono generalmente più utili rispetto al confronto dei forni solo in base alla loro temperatura massima.

Cosa dovrebbero sapere i distributori sulla sinterizzazione?

Anche i distributori che vendono zirconia dentale o apparecchiature per laboratori odontotecnici possono ricevere domande sulla sinterizzazione.

Per esempio:

Perché il restauro è diventato più piccolo?

Perché la dimensione finale è diversa dal progetto CAD?

Questa zirconia può essere sinterizzata velocemente?

Perché questa zirconia richiede un programma diverso?

È possibile utilizzare lo stesso programma per un'altra marca di zirconia?

Perché il colore appare diverso dopo la sinterizzazione?

Perché due materiali in zirconio si comportano diversamente nello stesso forno?

Non è necessario essere un ingegnere della sinterizzazione per rispondere a queste domande.

Una conoscenza di base della relazione tra materiale di zirconio, compensazione della contrazione, processo di fresatura, programma di sinterizzazione e restauro finale è utile quando si comunica con i laboratori odontotecnici.

Aiuta anche quando si confrontano prodotti di diversi produttori.

Ad esempio, se due blocchi di zirconio hanno fattori di contrazione o cicli di sinterizzazione consigliati diversi, non dovrebbero essere valutati solo in base alla resistenza o alla traslucenza dichiarata. Anche i requisiti di lavorazione fanno parte delle informazioni sul materiale.

La sinterizzazione fa parte dell'intero processo CAD/CAM

È più facile comprendere la lavorazione dell'ossido di zirconio quando le fasi sono considerate come un processo continuo:

Blocco di zirconio → Progettazione CAD → Fresatura → Sinterizzazione → Finitura

Ogni fase ha le sue esigenze.

Il software CAD necessita delle informazioni corrette sul ritiro.

La fresatrice deve elaborare il blocco secondo le specifiche del materiale.

Il forno deve eseguire un ciclo di sinterizzazione adeguato.

Dopo la sinterizzazione, il restauro deve essere ispezionato per dimensioni, adattamento, colore, condizioni della superficie e altri requisiti rilevanti per il caso.

Questo è anche il modo in cui affronterei un problema di sinterizzazione in un laboratorio.

Se ad esempio esce una corona di dimensioni inaspettate, non darei subito per scontato che la responsabilità sia del forno. Per prima cosa controllerei il lotto di zirconio, il fattore di contrazione, le impostazioni CAD/CAM, il processo di fresatura, il programma di sinterizzazione, il caricamento del forno e i registri della temperatura.

L'esame combinato di questi fattori fornisce un punto di partenza pratico per la risoluzione dei problemi.

Cosa significa questo quando si sceglie un forno di sinterizzazione dentale?

Per un laboratorio, il forno dovrebbe essere considerato in relazione ai materiali di zirconio utilizzati.

Specifiche importanti possono includere:

Temperatura massima di esercizio

Velocità di riscaldamento

Precisione del controllo della temperatura

Uniformità della temperatura

Programmi di sinterizzazione disponibili

Fasi di riscaldamento e raffreddamento programmabili

Capacità della camera

Numero e tipo di contenitori per sinterizzazione

Supporto per cicli di sinterizzazione convenzionali e veloci-

Memorizzazione e modifica del programma

Monitoraggio e controllo della temperatura

L'effettiva importanza di ciascuna specifica dipende dal flusso di lavoro del laboratorio.

Un piccolo laboratorio che elabora un numero limitato di corone può avere requisiti diversi rispetto a un laboratorio più grande che produce più ponti e restauri-dell'intera arcata ogni giorno.

Lo stesso principio vale per la sinterizzazione rapida. Un ciclo più breve può essere utile per determinati flussi di lavoro, ma è comunque necessario considerare prima i requisiti di lavorazione del produttore di zirconia.

Considerazioni finali

La sinterizzazione è la fase in cui la zirconia pre-sinterizzata viene riscaldata per sviluppare una struttura più densa e raggiungere le dimensioni e le caratteristiche del materiale previste dopo la lavorazione.

Dall'esterno il procedimento può sembrare semplice: posizionare il restauro nel forno, avviare il programma e attendere che si raffreddi.

In pratica, sono coinvolte diverse variabili.

Il materiale di zirconio, il fattore di contrazione, le impostazioni CAD/CAM, il processo di fresatura, la curva di riscaldamento, la temperatura target, il tempo di mantenimento, il processo di raffreddamento e le condizioni del forno hanno tutti un ruolo nel risultato finale.

Per i laboratori, non inizierei col chiedere soltanto:

"Quanto può scaldare questa fornace?"

Una domanda più utile è:

"Questo forno può eseguire il ciclo di temperatura richiesto dai materiali in zirconio che utilizzo?"

Questa domanda fornisce un punto di partenza migliore quando si confrontano i forni di sinterizzazione dentale e quando si decide se un forno è adatto per un particolare flusso di lavoro di laboratorio.