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Técnica
Estructuras para prótesis implanto soportadas de fibra de carbono
Fibra de carbono: material
para el siglo XXI. Parte I
Josep torrents, técnico dental
Palabras clave
Soporte
Fibra de carbono
Carga de fibra de carbono
Fig. 1. Lamina fibra carbono
entrecruzada.
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Han transcurrido ocho años,
aproximadamente, desde que
realizamos nuestra primera estructura de soporte para una
prótesis híbrida o de Toronto
con fibra de carbono.
El auge de los grandes centros
de fresado nos generó la inquietud por encontrar un material
capaz de ser procesado fácilmente, de una dureza suficiente
a la vez que biocompatible, en
sustitución del Cr. Co. y que además pudiéramos procesar en
nuestros laboratorios con procesos manuales o mecanizado
con pequeñas fresadoras.
Nuestra pretensión era, sencillamente, intentar recuperar
una parte del trabajo que veíamos desaparecer y llegamos a la
fibra de carbono (figura 1).
La fibra de carbono es uno de
los desarrollos más recientes en
el campo de los materiales compuestos. Se basa en la idea que
uniendo fibras sintéticas con resinas se pueden lograr materiales de baja densidad muy resistentes y duros.
La fibra de carbono tiene amplias aplicaciones en muy distintos ámbitos. Tales como la
aeronáutica, donde un porcentaje muy elevado de los aviones
están realizados en fibra de
carbono.
En la construcción, en Japón se
emplea ordinariamente como
relleno del hormigón, reduciendo su peso en un 50 % a la vez
que aumenta su elasticidad. Por
este motivo resulta ideal en la
construcción de edificios y
obras públicas para intentar
evitar los efectos destructivos
de los fenómenos sísmicos, muy
frecuentes en ese país.
Fig. 2. Fibra de Carbono deshilachada después del corte.
En el deporte de élite, para confeccionar distintos elementos
deportivos: bicicletas, bastones
para senderismo... También en
medicina, en especial en el ámbito de la cirugía traumatológica, para la confección de prótesis corporales.
Atendiendo a las propiedades y
aplicaciones de la fibra de carbono, creímos que podría ser
aplicable para confeccionar estructuras implantoretenidas.
Iniciamos el procesado de la
primera estructura después de
recibir la información necesaria
por parte de un ingeniero.
En una primera fase realizamos
el soporte con tela de fibra de
carbono entrecruzada y rellenada con resina epoxi e irremediablemente aparecieron importantes dificultades.
En primer lugar, su procesamiento resultó tremendamente
complicado por el deshilachado
de la tela al realizar el corte con
la forma deseada a moldear (figura 2)
En segundo lugar, constatamos
que el número de capas superpuestas debía ser de una cantidad importante, teniendo además muy en cuenta la obligada
colocación de éstas en un escrupuloso orden para mantener intactas todas sus propiedades mecánicas (figura 3).
Decíamos que el número de capas de tela entrecruzada debería ser importante, ya que si es
en pequeña cantidad quedan
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Fig. 3. Ejemplo de posicionamiento direccional correcto de
fibras entrecruzadas.
Fig. 4. Corte sagital de refuerzo
de fibra entrecruzada donde se
observa la fibra de carbono únicamente en su parte inferior.
Fig. 5. Estructura mecanizada
de fibra de carbono utilizada en
la construcción del AIRBUS año
2007.
situadas en la parte inferior del
molde debido a la presión ejercida durante el proceso de enmuflado; y quedando en la porción media superior solo resina
epoxi de relleno. Ello comporta
una merma significativa en las
propiedades mecánicas de la
estructura resultante (figura 4).
Debe recordarse que la fibra de
carbono está compuesta por
una parte de material denominada fase dispersante, que es la
resina. Ésta nos da la forma.
Contiene un refuerzo que es la
fase dispersa constituida por a
fibras, en este caso de carbono;
por tanto, en este proceso, una
parte importante de la estructura carecería de la fase dispersa
o de refuerzo.
Superadas estas dificultades
apareció una nueva, la de poder
ubicar y cementar las interfases
de Ti, que nos permiten la conexión de la estructura con los implantes. El simple cortado supondría cortar un gran número
de fibras, debilitando peligrosamente la zona de conexión con
la interfase. Sin embargo, esto
se solvento.
Resuelto todo ello, se logró llevar a termino la idea de realizar
una estructura para una prótesis de Toronto en fibra de carbono y colocarla en boca
Comprendimos que el tiempo,
las dificultades y esfuerzo empleado hacían que este proyecto tuviera una dudosa viabilidad comercial y una elevada
complejidad desde una perspectiva técnica. Por todo ello
pensamos que una buena solu-
ción podría ser el mecanizado
de un bloque compacto de fibra
de carbono. Para este fin se obtuvo una plancha de 120 mm de
fibra de carbono usada para la
construcción de una parte del
avión AIRBUS, concretamente
de la parte de la cola.
Gracias al apoyo de la empresa
IPD, dedicada a la fabricación
de aditamentos protésicos para
prótesis implantológicas, se
consiguió mecanizar la plancha,
obteniendo un resultado verdaderamente esperanzador. Se logró una estructura de fibra de
carbono que creíamos podría
ser comercializada y apta para
su uso en la fabricación de prótesis dentales (figura 5).
Quedaba en manos de la industria conseguir una resina biocompatible para el relleno. La fibra no nos suponía preocupación, pues el carbono es sin duda el más versátil de los elementos que conoce el hombre,
por el hecho de que es la base
de la vida en el planeta.
El carbono forma parte de toda
la química orgánica y de 20 millones de moléculas conocidas,
de las cuales el 79 % las clasificamos como orgánicas.
Quedando evidenciada la viabilidad que la industria odontológica consiguiera una fibra de
carbono apta para sustituir al
Cr. Co.
Nosotros no pudimos llevar a
término el proyecto, pero, si la
empresa MICRO MEDICA Microque unos años después ha
conseguido materializar nues-
tra perspectiva con un meritorio procesado, desde un punto
de vista técnico por la técnica
de prensado.
MICRO MEDICA ha presentado
recientemente un disco de fibra
de carbono para ser mecanizado, fabricado con más de 200
capas de fibra que será motivo
de otro artículo (figura 6).
Detallaremos a continuación el
proceso de fabricación, en este
caso de un refuerzo para una
prótesis inferior removible implanto retenida y una estructura de soporte de fibra de carbono con carga de composite para
prótesis hibrida o de Toronto
en el maxilar superior.
Actualmente diferentes materiales utilizados en las prótesis
odontológicas como son el zirconio, disilicato de litio, Peek, fibra de vidrio, etc., y la propia fibra de carbono no permiten soldaduras. Por consiguiente, es
importante seguir un protocolo
preciso de toma de impresiones
por parte del clínico y realizar
las pruebas necesarias para garantizar al máximo el ajuste, así
como un conocimiento profundo de los procesos por parte del
técnico dental a fin de evitar desajustes, inviables de solventar
por soldadura (figura 7)
Con este fin, en el caso que presentamos se realizó en primer
lugar un diseño digital de la
prótesis del maxilar superior
que mecanizamos con PMM al
que se cementaron interfases
de Ti, en unos modelos obtenidos mediante una técnica convencional de toma de impresio-
Técnica
Fig. 6. Disco de fibra de carbono.
Fig. 7. Discos de diferentes materiales donde
Fig.9/10. Patrón de cera inferior. Mecanizado reducido del maxilar superior.
Fig. 12. Retirando con el bisturí los ribetes.
nes. En el maxilar inferior realizamos la prueba estética mediante encerado, a modo convencional. Una vez realizada la
oportuna comprobación en boca del paciente, se realizó una
reducción digital del diseño de
la prótesis superior. En el maxilar inferior se modeló un patrón
en cera que posteriormente
convertiríamos también en fibra de carbono.
Procesos de
elaboración
Para el vaciado de las impresiones es suficiente usar un yeso tipo III siguiendo las instrucciones del fabricante
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Fig. 8. Montaje preparado para realizar una
Fig. 11. estructura PMM afirmada al modelo
maestro, totalmente cubierto por la silicona,
Fig. 13. Interfases de Ti arenadas, taponando la cabeza del tornillo para evitar una posible
entrada de resina. Los pins de plástico se abrirán camino atravesando la fibra sin romperla.
Se colocó falsa encía con generosidad, alrededor de los implantes, con una anchura vestíbulo-lingual total de unos 10
mm; en los implantes más posteriores de cada arcada se extendió la encía unos 10 mm hacia distal, y se le dio una altura
de unos 10 mm, por que la replica del implante lo permitió
cuando se garantizó su amovilidad. Esto es necesario porque el
proceso de enmuflado lo realizamos siempre en el modelo
maestro, sustituyendo la falsa
encía por silicona de adición.
Para la relación intermaxilar se
utilizaron las interfaces de Ti ferulizadas a un refuerzo acrílico
o PMM, recubierto en cera y dejando en el maxilar superior
una altura de 22 mm y, en el
maxilar inferior, 18 mm.
En el maxilar inferior realizamos un montaje convencional
mientras que en el maxilar superior usamos diseño digital
(figura 8).
Una vez aceptada la prueba funcional y estética iniciamos el
proceso de enmuflado del refuerzo inferior y el soporte superior en fibra de carbono para
posterior carga en composite.
En el caso del refuerzo inferior
realizamos el encerado sobre
una base de material acrílico;
para el maxilar superior reali-
zamos una reducción del diseño
digital usado en la prueba estética, mecanizado en un material
de PMM al que afirmamos interfases de Ti con cianocrilato (figuras 9 y 10).
Para el proceso de prensado de
la fibra de carbono se utilizó silicona de dos componentes y de
unos 90 shorts de dureza; en este caso el encerado del refuerzo
inferior se colocó directamente
sobre la silicona de la mufla sin
usar el modelo maestro.
En el caso del maxilar superior,
después de retirar la falsa encía
del modelo como anteriormente mencionamos, se recolocó el
prototipo de la estructura que
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Fig. 14. El Kit de fibra monouso facilita enormemente el proceso, reduciendo el tiempo
Fig. 15. Rellenando el molde con la mezcla de partículas de fibra de carbono al que llamo
“chapapote”
Fig. 16. Mezcla del kit identificado en color azul para humedecer las fibras unidireccionales.
se iba a realizar en fibra de carbono, asegurándose que las interfases estaban bien afirmadas
a la estructura de PMM, atornillándola cuidadosamente al modelo maestro.
Es del todo imprescindible el
uso de tornillos y destornilladores en perfecto estado, sino
se podría generar un serio problema en el momento de retirar
la estructura de fibra de carbono del modelo maestro. También es recomendable el uso de
interfases lo más largas posibles: cuanto mayor sea la superficie abrazada por la fibra de
carbono mayor será la resistencia a la tracción.
Recuérdese que anteriormente
se había retirado la falsa encía
del modelo maestro. El hueco
dejado se rellenó cuidadosamente con la silicona de doble
adición que se había utilizado
para el proceso de enmuflado.
Es conveniente, al iniciar este
proceso, en primer lugar, rociar
con un spray a base de siliconas
e impregnar la mufla de aluminio en su interior.
Se colocó la silicona de adición
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para el enmuflado del modelo
en dos o tres capas sobrepuestas y se puso vaselina entre
ellas para facilitar su extracción
posterior. Recuérdese que estamos usando una silicona de adición de unos 90 shorts de dureza. Se colocó silicona hasta cubrir el modelo maestro, dejando únicamente a la vista el refuerzo en PMM. Es decir, el modelo maestro quedó totalmente
cubierto por la silicona de adición para evitar el contacto con
la resina (figura 11).
Adaptamos los pivotes de plástico a cada interfase y los afirmamos con una fina capa de cera, se pintan con vaselina antes
de colocar la contramufla, que
se rellena con silicona de dos
componentes y apretando los
tornillos; esta operación se puede realizar manualmente (figura 11)
Carga de fibra de
carbono
Abrimos la mufla y retiramos la
estructura. Cuidadosamente,
con un bisturí iremos recortando todos los ribetes que han
Fig. 17. Colación de las fibras de carbono
impregnadas de resina.
quedado en la silicona de adición para evitar que estos acaben en el interior de la estructura de carbono (figura 12).
Las interfases de Ti han de ser
chorreadas con óxido de aluminio 125/150 micras a 2/3 atmósferas de presión en ángulo
de 45º a unos 10 cm de distancia y limpiarlas con chorro de
vapor (figura 22). Taponamos
con una mezcla de silicona cuidadosamente la cabeza de los
tornillos que inmovilizan las interfases al modelo maestro para evitar la entrada de la resina
(figura 13).
Seguidamente reubicamos los
pivotes de plástico sobre cada
una de las interfases, siempre
terminadas, en su parte superior, en ángulo recto para permitir un encaje perfecto del pin
de plástico, fijándose entre sí
con cianocrilato. Todo ello, después de verificar un ajuste visual perfecto entre ellos y comprobar manualmente que permanecen perfectamente unidas
(figura 13).
La función de estos arietes es
sobresaliente; se abrirán paso
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Fig. 18. Colocación en el horno
de la mufla para el proceso de
curación con un tiempo aproximado de 3 horas.
entre los hilos de fibra de carbono unidireccionales separándolos, sin romperlos, durante el
cierre de la mufla y permitiendo
abrazar, apresar, envolver las
interfases y mantener intactas
todas las fibras, las características físicas y mecánicas, formando un único cuerpo y garantizando la distribución de las
fuerzas masticatorias entre todos los implantes. La mufla ya
está dispuesta para recibir la fase dispersante y el refuerzo de
fibra de carbono.
Es esencial pintar con vaselina
todo el contorno metálico de la
mufla que contiene la silicona
así como los espárragos y orificios, la adhesión de la resina al
metal es significativa.
La fibra de carbono “Bio Carbón
Bridge” viene preparada en monodosis, lo cual facilita y agiliza
el trabajo. Mezclamos los componentes del preparado identificados en color rojo y obtendremos una mezcla viscosa de
color negro, después de remover, a la que cariñosamente llamo “chapapote”. La colocamos
cuidadosamente en la parte basal rodeando las interfases de
unos 2 a 3 mm de espesor, aproximadamente. Repetimos el
mismo procedimiento en la
contramufla, rellenando cuidadosamente todo el hueco (figura 14).
Mezclamos los tres componentes de la monodosis identificada
en azul y la vertimos en un cristal. Con la ayuda de un pincel
preferiblemente plano y de pelo
sintético empapamos las fibras
unidireccionales retirando los
excesos (figura 16).
Las colas de hilos de fibra de
carbono humedecido, las colocamos en el hueco dejado por el
prototipo en la contramufla,
ejerciendo longitudinalmente
una ligera presión intermitente
con el pincel e intentando empapar los hilos con las partículas viscosas de fibra de carbono
“chapapote” que previamente
habíamos depositado en el fondo. Seguidamente sobreponemos la siguiente capa de cola,
pero en dirección contraria; es
decir, si la primera la colocamos
Fig. 19. En la imagen podemos observar loas distintas secuencias que nos indican la posición de la interfase.
en dirección N/S, la siguiente la
colocamos en dirección opuesta
S/N. Podemos sobreponer más
colas siembre variando las direcciones y cerrar la mufla
apretando las tuercas y en esta
ocasión podremos ayudarnos
de una llave (figura 17).
Un buen truco para facilitar el
corte del exceso longitudinal de
las colas de fibra de carbono
que vamos sobreponiendo, es
realizar unos cortes con las tijeras en una hoja de papel de vidrio; esto origina pequeñas
muescas en las hojas de las tijeras, evitando que resbalen los
hilos y facilitando mucho el corte.
Colocamos las muflas en el horno y automáticamente éste realiza el proceso de curación, terminando en 180/190 minutos,
aproximadamente; debe enfriar a temperatura ambiente.
La fibra de carbono consigue su
mayor dureza transcurridos 10
días, aproximadamente (figura
18).
Una vez enfriado y abierta la
mufla, observamos las marcas
Técnica
sobresalientes en la estructura
de fibra de carbono, originadas
por los pivotes de plástico, que
facilitan la ubicación de la interfase. Se rebajan con fresa de doble corte para Cr. Co. Distinguiremos sutilmente el color rosado de la silicona de adición que
colocamos anteriormente para
evitar la entrada de la resina en
el tornillo que afirma la interfase al modelo. Conforme vayamos retirando el plástico transparente del pin, ahora ya con
una fresa redonda de 0,5mm,
veremos intensificar el color rosa hasta llegar al tapón de silicona, el cual lo retiraremos fácilmente con un punzón muy fino
o una aguja empleada en marroquinería. Una vez retirados
todos los tornillos, iniciamos el
desbastado con fresas que usamos normalmente para el desbastado del metal; proteger las
interfases con réplicas de implante es una buena medida de
seguridad (figuras 19 a 20).
Aunque la fibra de carbono es
completamente biocompatible,
debe evitarse el contacto directo con la encía por el probable
depósito de placa dental que
podría producirse debido a los
nanotubos de carbono existentes en la superficie. Por consiguiente, ésta siempre estará recubierta de material acrílico o
composite.
Comprobado el ajuste de la estructura en boca del paciente
procedemos a la carga estética;
para la preparación usaremos
el “Nanocolor gel”, un opaquer a
base de purísima resina cargada con nanorelleno de cerámica. Adecuado para el tratamiento superficial de estructuras en
fibra de carbono o de fibra de
vidrio, también para estructuras de metal, lo consideramos
insustituible por la gran adhesión sobre la superficie de cualquier material.
Se chorrea la estructura de fibra
de carbono con oxido de aluminio de 60/240 micras a una
presión máxima de 3 atm; se112
guidamente se desengrasa la
estructura con mucho cuidado
y se prepara la cantidad necesaria utilizando el dosificador. Es
necesario realizar una dosis
precisa, de lo contrario alteraría las características del producto o impediría el endurecimiento.
El producto es muy líquido. Se
dosifica prestando mucha atención y siguiendo escrupulosamente las instrucciones del fabricante; para aplicarlo sobre la
estructura de fibra de carbono
se utiliza un pincel sintético plano; es con el que nos hemos
sentido mas cómodos. Probablemente deberemos dar dos
capas; una vez aplicadas, colocar la estructura pintada con
opacador en el horno donde anteriormente realizamos el curado de la fibra de carbón; seleccionar el programa 2, step 1, y
dejar el tiempo en 30 min.
Al terminar la cocción, se deja
enfriar la estructura completamente; está preparada para recibir la carga acrílica o de composite siguiendo las instrucciones de cada fabricante, pero antes de proceder a la carga del
composite o de la resina acrílica
es necesario chorrear el opacador (con oxido de aluminio
máx. 2/3 atm a unos 10cm de
distancia de la estructura).
Fig. 20. El recubrimiento de nano gel garantiza una unión química
perfecta.
permitían pasar horas y más
horas con la fibra de carbono. A
mi esposa, a mis hijas y a mis
nietos por el tiempo que les robé. Al Prof. Dr. Miquel Cortada,
sin duda alguna mi maestro
(faltó poco, maestro, para conseguirlo, pero sabes muy bien
que abrimos otro camino con
un nuevo material). Al Prof. Dr.
Magi Brufau por su apoyo y ánimo constante. Al Dr. Oriol Canto
con el cual llevamos realizadas
un número considerable de
prótesis en fibra de carbono. A
la Universidad Internacional de
Catalunya y al Prof. Dr. Josep
Cabratosa, extraordinaria persona con la que tengo el privilegio de poder compartir todas
mis inquietudes profesionales y
de investigación; gracias, maestro, podemos decir que creamos la madre de las estructuras
en fibra de carbono.
Agradecimientos
A todas las personas que forman el equipo de “@Dental” por
la confianza depositada en mi
persona, por la amistad, a Micro
Medica por conseguir un material fantástico con un protocolo
tan sencillo, rápido, seguro y
verdaderamente genial. Sin duda, significa un avance importantísimo para nuestra profesión; gracias Giuseppe, gracias
Michele, gracias por la amistad.
Felicidades por haber conseguido acabar con éxito algo que nosotros no fuimos capaces de finalizar. A la empresa IPD por su
apoyo en el proyecto inicial.
A mis colaboradores que me
correspondencia
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íÉÅÜåçëíçêêÉåíëKïÉÉÄäóKÅçã
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