Les fraisages en prothèse composite

Le terme « surcoulée » s'adresse aux techniques consistant à réaliser la coulée d'un alliage directement sur une pièce prothétique. Elles permettent d'obtenir une grande précision, mais nécessitent un travail rigoureux. Il est possible de les employer en prothèse fixée pour éviter des brasures ; on les nomme alors « coulées de raccord ». Il existe un autre champ d'application en prothèse composite pour la réalisation des fraisages mâles constituant les éléments de stabilisation de la prothèse amovible, mais avec l'objectif d'obtenir une absence de liaison de l'alliage surcoulé avec son support.

Cet article a pour objectif de décrire et de comparer trois méthodes de réalisation de fraisages et de surcoulées. Pour rester proche de la réalité clinique, les moulages de travail d'un cas clinique réellement traité ont été utilisés.

Fraisages

Ces éléments sont essentiels pour la stabilisation des prothèses composites, en neutralisant la majorité des mouvements de rotation et en éliminant ainsi des contraintes nocives sur les attachements. On distingue les fraisages principaux, sous forme de cannelure, et les fraisages secondaires qui sont des préparations pour barres cingulaires ou coronaires et pour bras de calage. Pour être efficaces, les fraisages principaux doivent avoir une forme de cylindre, en présentant éventuellement une légère conicité sur leur tiers occlusal.

Pour leur réalisation sur la prothèse fixée, deux méthodes sont employées :

- réalisation par fraisage de la maquette en cire de la prothèse fixée, à l'aide d'une fraise à cire à deux ou trois lames, puis coulée de l'armature de prothèse fixée et rectification de celle-ci à la fraiseuse. Il est essentiel de conserver toujours le même axe d'insertion ;

- réalisation des fraisages à partir de préformes de glissières calcinables, du type Plasta^® par exemple, puis coulée de la maquette (Cendres et Métaux) de l'armature fixée dans laquelle sont incluses ces préformes.

Reproduction des fraisages sur le châssis métallique

Les techniques de duplication conventionnelles induisent des imprécisions. En effet, une reproduction par empreinte avec une gélatine présente plusieurs écueils :

- la gélatine entraîne des déformations au niveau des surfaces en rapport avec les fraisages liées aux phénomènes de tension superficielle qui se produisent entre la gélatine et l'alliage métallique de la prothèse fixée ;

- la fragilité des gélatines peut entraîner des déformations, voire des déchirures, sur les zones les plus fines et, en particulier, sur les limites des fraisages ;

- les limites des fraisages comportent des reliefs saillants qui, une fois dupliqués en revêtement réfractaire, sont très fragiles et peuvent s'éroder, voire se briser lors de la coulée du châssis.

Pour pallier ces difficultés, plusieurs méthodologies ont été proposées :

- utiliser des matériaux de duplication plus résistants tels que les polyéthers et les silicones, qui sont en outre moins sensibles aux phénomènes de tension superficielle évoqués ci-dessus ;

- préchauffer le moulage de travail qui supporte la prothèse fixée à l'aide d'un rayonnement infrarouge.

Cependant aucun de ces palliatifs ne résout l'écueil de la fragilité du revêtement.

Principe de la surcoulée

Pour s'affranchir du problème posé par la fragilité du revêtement, les prothésistes ont pensé couler l'alliage du châssis métallique directement sur l'armature de la prothèse fixée. Cette méthode soulève un certain nombre de difficultés :

- la chauffe du cylindre, à laquelle s'ajoute l'élévation de température induite par l'injection de l'alliage en fusion, peut entraîner une fusion plus ou moins partielle de l'armature de la prothèse fixée ;

- les intervalles de fusion des alliages de la prothèse fixée et de la prothèse amovible sont relativement proches et, lors de la coulée, il peut se produire une liaison entre les deux ;

- l'adaptation des deux pièces prothétiques est extrêmement précise et il est difficile de les désinsérer ;

- les alliages constitutifs de la prothèse fixée et de la prothèse amovible doivent être choisis précisément, ce qui contre-indique les alliages d'or pour la prothèse fixée.

Ces techniques restent donc relativement délicates (^{fig. 1}), tant pour la réalisation des fraisages que pour la coulée du châssis. C'est pour cela qu'il s'est révélé souhaitable de les confronter à d'autres solutions.

Principes de l'étude

En se fondant sur le traitement d'un cas clinique réel (classeV de Kennedy-Applegate), 3 techniques différentes sont comparées. Pour chacune des pièces prothétiques obtenues, des mesures de précision d'adaptation des fraisages et des mesures de mobilisation des pièces prothétiques sont effectuées :

- technique d'obtention des fraisages femelles par usinage de la cire, rectification après coulée et surcoulée conventionnelle ;

- technique d'obtention des fraisages femelles par préformes graphites et surcoulée conventionnelle ;

- technique d'obtention des fraisages femelles par préformes calcinables, coulée séparée des fraisages mâles et brasure au châssis.

Chaîne de fonderie

L'alliage métallique utilisé pour la prothèse fixée est l'Ugirex III^® (Ugin Dentaire). C'est un alliage pour céramo-métallique comprenant 62 % de nickel, 26 % de chrome, 9,4 % de molybdène et 2,4 % de silicium. Son liquidus est à 1 425 °C et son solidus à 1 230 °C. Cet alliage est coulé après mise en revêtement Ugicast^® (Ugin Dentaire).

L'alliage métallique destiné à la coulée du châssis métallique est le Stellugine P^® (Ugin Dentaire). Il s'agit d'un alliage chrome-cobalt comprenant de 20 à 22 % de chrome. Son liquidus est à 1 280 °C et son solidus à 1 150 °C. Cet alliage est coulé après mise en revêtement Ugivest^® (Ugin Dentaire) en utilisant le protocole suivant :

- palier de 30 minutes à 300 °C ;

- palier de 30 minutes à 600 °C ;

- palier de 45 minutes à 950 °C ;

- refroidissement du four à 700 °C et coulée.

Cas clinique

Il s'agit d'une patiente de 40 ans présentant un édentement encastré bilatéral de très grande étendue, limité dans la zone antérieure par des incisives. Le traitement prothétique consiste en la réalisation de 4 éléments céramo-métalliques de 12 à 21 avec 22 en extension comportant 2 fraisages principaux et 1 fraisage secondaire pour barre cingulaire (^{fig. 2}). La rétention est obtenue par 2 attachements partiellement calcinables Micro2^® (SODIMEB). Une coiffe est réalisée sur 17 avec les aménagements nécessaires à l'intégration d'un crochet d'Ackers n° 1. Le châssis comporte 1 plaque palatine pleine et 2 dents contreplaquées en regard de 13 et 23. L'extension réalisée sur 22 se justifie par le souci de placer l'attachement dans une zone où l'on dispose de suffisamment de place dans le sens vestibulo-palatin.

On remarque une précision médiocre de l'adaptation des fraisages du châssis qui n'a pas été réalisé par une méthode de surcoulée (^{fig. 3}).

Une empreinte au silicone du moulage de travail est réalisée pour permettre d'en faire 3 répliques ; 4 moulages sont obtenus pour expérimenter 3 techniques différentes.

Fraisages femelles par usinage de la cire, rectification après coulée et surcoulée conventionnelle

La maquette en cire de la prothèse fixée antérieure est obtenue à partir d'une clef de la prothèse provisoire de deuxième génération. Elle est usinée à la fraiseuse à l'aide d'une fraise à cire de 2 ou 3 lames, à 300 tr/min (^{fig. 4}).

L'armature est fixée, après coulée, et rectifiée à l'aide de fraises en carbure de tungstène (^{fig. 5} et ⁶). La forme des fraisages principaux est peaufinée pour obtenir un profil en oméga permettant d'assurer la fonction de stabilisation tridimensionnelle.

Les contre-dépouilles sont comblées à la cire (^{fig. 7}) et une réplique est réalisée à partir d'une empreinte en matériau silicone qui doit « emporter » l'armature fixée. La réplique est coulée en revêtement grain fin, spatulé sous vide. Un moulage en revêtement est ainsi obtenu, sur lequel est mise en place l'armature de la prothèse fixée préalablement traitée par un dépôt de carbone (^{fig. 8}). On évite ainsi que, lors de la surcoulée, l'alliage de la prothèse amovible ne se solidarise à celui de la prothèse fixée. Ce dépôt de carbone peut être obtenu par différentes méthodes :

- par crayonnage des surfaces fraisées à l'aide d'un crayon à mine grasse ;

- par passage de l'armature sur une flamme carburante (lampe à alcool ou flamme de bougie) ;

- par utilisation de poudre de carbone. Le dépôt doit être très fin pour ne pas provoquer de porosités lors de la coulée du châssis métallique. Un bon résultat est obtenu quand l'armature prend une teinte gris foncé légèrement bleutée.

Avant de réaliser la maquette du châssis, la réplique en matériau réfractaire doit être traitée. Elle est d'abord déshydratée à 250 °C pendant 20 minutes, puis trempée dans un bain durcisseur et, enfin, chauffée une nouvelle fois à 250 °C pendant 5 minutes. Ce traitement a aussi pour effet de renforcer le traitement de surface de l'armature de la prothèse fixée.

La maquette du châssis est montée classiquement ; au niveau des attachements, les gaines femelles des Micro2^® sont utilisées en tant que préformes pour ménager l'emplacement dans les dents contreplaquées (^{fig. 9}). Celles-ci ont été remplacées par le revêtement lors de la réalisation de la réplique.

Le positionnement de la tige de coulée est original car situé sur le bord postérieur de la plaque palatine, ce qui assure un écoulement continu et laminaire de l'alliage lors de la coulée. Des évents massifs sont réalisés en regard des fraisages afin, d'une part, de collecter les éventuelles impuretés et, d'autre part, de servir de tiges de préhension lors de la désinsertion des deux pièces prothétiques (^{fig. 10}).

Avant investissement dans le cylindre de coulée, la réplique réfractaire est « dégazée » par trempage dans de l'eau tiède, puis un revêtement grain fin est badigeonné sur la maquette.

Le cylindre est chauffé à 980 °C et la coulée de l'alliage est réalisée. Après refroidissement à l'air libre, les pièces prothétiques sont nettoyées par sablage puis trempées dans une cuve à ultrasons pour favoriser la désinsertion. En cas de difficulté, il est possible de tremper les pièces prothétiques dans une solution d'acide sulfurique puis de s'aider des évents pour exercer une traction. Le grattage et la finition du châssis doivent se faire en le laissant en place sur la prothèse fixée. Pour optimiser la qualité de la coulée, la cire en regard des fraisages est laissée en légère surépaisseur et les fraisages mâles se trouvent donc en surcontour. On élimine ce dernier par usinage en s'appuyant à la fois sur l'armature fixée et sur l'armature amovible (^{fig. 11} et ¹²).

Fraisages femelles par préformes en graphite rectifiées après coulée et surcoulée conventionnelle

Cette technique est voisine de la précédente pour ce qui est de la réalisation du châssis métallique. En revanche, les fraisages principaux sont obtenus à partir de préformes en graphite. On utilise pour cela des mines de crayon de 2 mm de diamètre qui sont mises en place selon l'axe d'insertion de la prothèse partielle à l'aide d'un paralléliseur, puis elles sont coupées de telle sorte qu'elles dépassent de 4 ou 5 mm de la maquette de la prothèse fixée (^{fig. 13}).

L'armature est coulée classiquement, les mines en graphite restant dans le revêtement. Après coulée, le graphite est éliminé par sablage et l'armature est rectifiée à la fraiseuse (^{fig. 14}). Le fraisage entre 11 et 21 n'est pas nécessaire, mais il a été décidé de l'utiliser pour augmenter la difficulté liée au parallélisme de ces préparations.

La vérification des possibilités de désinsertion s'effectue par l'injection dans les préparations d'un composite photo-polymérisable calcinable 3MSPE^® (Dental Product, Saint-Paul): elle met en évidence toute contre-dépouille ou tout défaut de parallélisme. Cette procédure permet d'avoir la certitude de pouvoir séparer les deux pièces prothétiques après la surcoulée (^{fig. 15}).

Après comblement des contre-dépouilles, la réplique réfractaire est réalisée à l'aide d'un silicone.

La maquette du châssis est construite (^{fig. 16}) et, après mise en cylindre, coulée selon la méthode décrite précédemment.

La désinsertion des pièces prothétiques s'est révélée aisée pour la coiffe isolée, mais en revanche plus difficile au niveau du bridge antérieur en raison d'un léger éclatement du revêtement : un peu d'alliage métallique était passé sous les attachements. Ce problème a été résolu par meulage des excédents de métal.

Les pièces prothétiques sont ensuite fraisées sur le moulage (^{fig. 17}).

Fraisages femelles par préformes en résine calcinable et par coulée partielle, brasée secondairement

Cette technique est originale à double titre : d'une part, les fraisages principaux femelles sont obtenus à partir de glissières en résine calcinable et, d'autre part, afin de résoudre les difficultés de coulée, les parties mâles des fraisages sont obtenues à partir d'une coulée partielle qui utilise tout à la fois les glissières mâles et un composite photo-polymérisable calcinable.

La maquette de la prothèse fixée est réalisée de manière classique, les emplacements sont aménagés dans la cire et les glissières sont mises en place à l'aide d'un paralléliseur (^{fig. 18}).

L'armature de prothèse fixée est coulée et, pour ce qui est des fraisages secondaires (barres cingulaires), rectifiée à la fraiseuse (^{fig. 19}).

Les parties mâles des fraisages secondaires et principaux sont réalisées en utilisant, d'une part, les pré-formes calcinables et, d'autre part, un composite photo-polymérisable calcinable 3MSPE^® (^{fig. 20}). Lors de la mise en revêtement, des évents volumineux sont prévus en regard des glissières. De plus, une tige transversale est mise en place pour rigidifier la maquette et éviter tout vrillage ultérieur. Elle sera coupée après brasure avec le châssis.

La contreplaque est coulée en alliage chrome-cobalt après chauffe du cylindre à 980 °C (^{fig. 21}). Elle est sablée et essayée. Après sa mise en place sur le moulage de travail, la réplique réfractaire est réalisée en utilisant un silicone (^{fig. 22}).

La maquette du châssis est montée sur la réplique réfractaire (^{fig. 23}). Le châssis métallique est ensuite coulé selon la méthode précédemment décrite.

Un chanfrein est réalisé entre les deux éléments à braser (les fraisages mâles et le reste du châssis). Cette préparation est nécessaire pour permettre à la brasure de bien couler entre les deux bords à assembler (^{fig. 24}). Les pièces sont ensuite solidarisées à l'aide de cire collante à base de colophane, en prenant garde de protéger les bords à souder avec une cire traditionnelle pour éviter que les résidus de colophane ne provoquent des porosités dans la brasure (^{fig. 25}). De même, un peu de cire est déposée sur l'intrados de la jonction pour ménager un espace entre le revêtement et les pièces métalliques.

Les pièces sont enfin brasées (^{fig. 26}), la longueur de la brasure garantit sa résistance mécanique optimale.

Une attention toute particulière doit être accordée au polissage électrolytique. En effet, pour éviter de nuire à la précision, il faut protéger, soit avec de la cire soit avec un verni, toutes les zones en regard des fraisages.

Comparaison des 3 techniques

Matériel et méthodes

Les mesures portent sur la précision de l'adaptation des parties mâles des fraisages dans les parties femelles.

Pour compléter cette étude, un second article mettra en évidence l'intérêt de la mesure du jeu mécanique de ces pièces, pour s'approcher de la réalité clinique d'un châssis soumis aux différentes contraintes occlusales.

Mesure de la précision d'adaptation

Un silicone de consistance très fluide est injecté dans les fraisages et le châssis est mis en place. Pour que le silicone adhère à l'armature fixée, les surfaces sont préalablement enduites d'un adhésif. Une fois la polymérisation terminée, le châssis est retiré et un silicone de consistance putty est injecté. Les répliques en silicone sont alors coupées et examinées au microscope. Celui-ci est couplé à une caméra numérique, ce qui permet d'obtenir immédiatement l'image sur ordinateur et de réaliser les mesures. Le grossissement de 308 obtenu permet de réaliser des mesures à 0,5 μm de précision. Un chariot micrométrique y est adjoint pour faciliter les manipulations.

Les mesures sont effectuées sur 2 fraisages et en 3 points (1 vestibulaire et 2 proximaux), elles sont exprimées en micromètres (^{tabl. I}).

Discussion

Les valeurs moyennes sont proches de 50 μm. Il convient de noter que quelle que soit la méthode, l'imprécision dans le sens antéro-postérieur (vestibulaire) est plus importante que dans le sens mésio-distal (proximal). Le jeu le plus important est relevé sur l'échantillon qui n'est pas réalisé par surcoulée (V1).

La localisation antéro-postérieure de l'imprécision la plus importante implique un comportement différent des fraisages selon leur localisation. Dans le cas où ils sont disposés dans la région incisive, le jeu mécanique est plus important et moindre dans la région prémolaire. Il est donc nécessaire, dans la région antérieure, d'élaborer des fraisages en forme d'oméga pour minimiser ce jeu, alors que dans les régions prémolaires, des formes en « demi-cylindre » suffisent à donner satisfaction.

Conclusion

À l'issue de cette expérimentation, il est difficile de tirer des conclusions statistiquement valables dans la mesure où un seul échantillon a été réalisé pour chaque protocole de laboratoire. Cependant, au vu de ces résultats, il semble que la technique des cires fraisées associée à une surcoulée donne les meilleurs résultats. La technique des préformes graphites associées à une surcoulée permet d'obtenir des résultats satisfaisants. Par ailleurs, notre expérience montre que ces techniques demandent une excellente communication entre le praticien et le laboratoire et qu'elles ne peuvent être réalisées que par des prothésistes expérimentés.

bibliographie

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