Intérêts du prototypage de maquettes en résine pour l’élaboration d’éléments coulés

Les progrès de l’informatique et le développement de matériaux usinables, esthétiques et biocompatibles ont permis la mise en place des techniques de conception et de fabrication assistées par ordinateur (CFAO). La CFAO existe depuis plus de 20 ans, mais aujourd’hui ces techniques se développent très vite et de nombreux systèmes sont commercialisés [¹-³]. Les praticiens comme les prothésistes doivent se familiariser avec cette nouvelle technologie qui permet de rationaliser la fabrication de chapes ou d’armatures de bridge ayant des caractéristiques mécaniques prévisibles et reproductibles.

La CFAO est un ensemble de procédés industriels qui ont été développés pour simplifier et standardiser des tâches répétitives [⁴]. D’une manière générale, elle comprend trois éléments : un système d’acquisition des données, un ensemble de traitement de l’information et une machine outil à commande numérique [¹, ⁵]. Actuellement, deux types de procédés numériques sont proposés pour la fabrication de restaurations prothétiques [⁵, ⁶].

Le premier procédé permet, à partir du modèle numérique, la fabrication directe de chapes et d’armatures par usinage ou par frittage laser. Lors de l’usinage, les machines-outils sont pilotées par un ordinateur qui commande un moteur entraînant une fraise qui découpe et sculpte la prothèse dans un bloc de matériau choisi. Les matériaux usinés sont le plus souvent le titane et la zircone alumine à infiltrer secondairement, à maquiller ou à fritter. Plusieurs solutions « tout en un » sont disponibles comprenant le scanner, les logiciels de CAO et de FAO, la machine-outil à commande numérique : Cercon (Dentsply, États-Unis), Cerec (Sirona, Allemagne), Everest (Kavo, Allemagne), Precident (DSC Dental, Suisse). D’autres solutions existent. Par exemple, Nobel Biocare (Suède) et Etkon (Allemagne) mettent à disposition le scanner et le logiciel mais la fabrication est assurée dans leurs ateliers (Procera® de Nobel Biocare). Cynovad (Canada) propose aussi des services de production réservés aux prothésistes équipés de son système scanner/CAO, PRO50. Le frittage laser de poudres consiste à produire directement des chapes ou des bridges par fabrication additive. Il s’agit d’une technologie de prototypage rapide qui consiste à fabriquer des pièces directement à partir d’un fichier 3D. Pour le frittage laser, des couches de poudre sont déposées les unes sur les autres et à chaque passage, un faisceau laser vient fusionner la matière [⁵].

Le second procédé permet la fabrication d’éléments prothétiques en résine calcinable qui seront coulés de manière conventionnelle : cette technique est souvent indiquée par l’appellation « coulée numérique » [⁷]. Il s’agit également d’un système de prototypage rapide, mais, dans ce cas, un système de fabrication additive permet, à partir du modèle numérique, la réalisation de maquettes pour la fonderie ou « prototypes ». Ces prototypes sont des éléments prothétiques en résine polyacrylate fabriqués par une imprimante qui travaille dans les trois dimensions de l’espace à partir de la conception 3D à l’échelle 1:1. Quatre systèmes sont actuellement disponibles dont l’offre de la société franco-canadienne Cynovad et plus récemment celle d’Henry Schein, de Laserdenta (Suisse) et de MB Dental (États-Unis). Le principe de fonctionnement est identique, seuls les scanners sont différents.

Cet article présente la technique de coulée numérique dont le principe se situe entre les systèmes de CFAO complets et la technique traditionnelle de coulée à cire perdue. L’énumération des avantages et des désavantages permet de positionner ce procédé dans l’arsenal techniquo-prothétique. Certaines applications seront illustrées à travers quelques cas cliniques.

La coulée numérique

Les techniques de CFAO font en général appel à un moulage en plâtre qui est scanné pour permettre la conception assistée par ordinateur (CAO) de la prothèse, puis sa fabrication assistée par ordinateur (FAO). De la même manière, la réalisation d’une prothèse par coulée numérique passe par l’acquisition digitale du moulage préparé comme pour la méthode conventionnelle [⁸] : les empreintes sont coulées et le moulage est préparé afin d’obtenir les MPU (moulages positifs unitaires). La numérisation des MPU se fait à l’aide d’un scanner laser ou optique. Les informations recueillies lors du scannage sont transmises à l’ordinateur et leur représentation apparaît à l’écran. L’anatomie de l’arcade antagoniste est généralement enregistrée à l’aide d’un mordu en silicone, puis numérisée en position sur le moulage. Le modèle virtuel ainsi obtenu, un logiciel de conception détecte la ligne de finition de la prothèse et permet la fabrication virtuelle de la future prothèse. Les données numériques issues de la conception à l’écran sont transmises à l’unité de production. Pour la coulée numérique, la machine-outil est une imprimante « 3D » qui élabore par prototypage rapide la prothèse en résine calcinable. Ce prototype en résine peut être essayé en bouche et, secondairement, mis en revêtement et coulé.

Le système NEO® de Cynovad, décrit ici, est utilisé au sein du service du CHU de Clermont-Ferrand. Ce fut le premier système à proposer la coulée numérique [⁹, ¹⁰]. Il permet, d’une part, la fabrication directe de la prothèse par usinage dans le centre de production de Dijon (site pour la France) et, d’autre part, l’élaboration d’un prototype ou maquette en résine calcinable au laboratoire grâce à son imprimante à commande numérique. Ce système est composé de trois éléments [¹¹] :

– le lecteur optique 3D (Neoscan™) qui permet de digitaliser le moulage en plâtre. La numérisation se fait grâce à un capteur optique qui mesure le relief du moulage par un codage chromatique reposant sur le principe de diffraction de la lumière. L’arcade complète, l’antagoniste et les rapports d’occlusion sont numérisés par scanner optique sans contact (^fig. 1) ;

– le logiciel de conception (Neodesign™) (^fig. 2, ³ et ⁴) qui permet la visualisation en 3D. Il détermine les limites de préparations et l’axe d’insertion. Il permet de prendre en compte l’espace nécessaire au ciment, détecte et comble automatiquement les contre-dépouilles. Il propose une multitude de choix prothétiques : de la simple couronne jusqu’au bridge de 12 éléments par arcade. Enfin, il permet la personnalisation de la prothèse. Une sculpture virtuelle est possible en fonction de la morphologie des dents adjacentes et antagonistes ;

– l’imprimante 3D (Neoprint™) (^fig. 5) de haute productivité qui permet la fabrication durant 6 et 9 heures d’un prototype en résine (diméthacrylate 2-2 éthyle). Il peut configurer soit l’élément fini, d’une couronne simple au bridge complet, soit la chape, soit l’armature de bridge. Les données de la prothèse sont transmises de l’ordinateur à l’appareil de montage de la résine qui se charge de sa fabrication.

Applications cliniques

Validation des modèles de travail : limites, occlusion, esthétique

Cas clinique n° 1 : réalisation d’un bridge céramo-métallique (base chrome-cobalt) 14-16

L’empreinte est réalisée en un temps et le moulage est préparé, puis numérisé (^fig. 6). Le modèle en 3D ainsi obtenu, les limites de préparations sont délimitées, l’épaisseur du ciment de scellement est déterminée (^fig. 7) et la phase de CAO peut débuter. Une fois la conception validée, le fichier est transmis à l’imprimante qui réalise le prototype en résine calcinable. Dans ce cas, le prototype préfigure l’armature du bridge pour être directement mis en revêtement et coulé. Cette armature de bridge tient compte de l’épaisseur « idéale » de céramique et est obtenue par une réduction homothétique du modèle virtuel complet. Le prototype est essayé en bouche et permet de valider les limites de préparations (^fig. 8). Un défaut d’adaptation marginal peut être corrigé par soustraction ou par ajout de résine calcinable puisqu’il est directement mis en revêtement (^fig. 9). Il permet un enregistrement précis de l’occlusion en interposant une cire entre le prototype et les dents antagonistes.

Au laboratoire, l’armature est coulée et la céramique est montée par le prothésiste (^fig. 10 et ¹¹).

Cas clinique n° 2 : réalisation d’un bridge céramo-métallique de 13 à 26

L’essayage du prototype qui préfigure ici le bridge final permet de vérifier l’ajustage sur les limites et de régler l’occlusion statique et surtout dynamique (propulsion, latéralités) par soustraction de résine (^fig. 12 et ¹³). Il est alors préférable d’enregistrer la position du moulage maxillaire, prototype en place, à l’aide d’un arc facial. Les moulages sont transférés sur articulateur programmé (pente incisive, pente condylienne) pour la réalisation du bridge définitif (^fig. 14).

Le prototype permet aussi de visualiser la longueur des dents, leur forme. Il donne une idée des volumes (dents, soutien de lèvre).

Cas clinique n° 3 : réalisation d’un bridge céramo-métallique de 13 à 24

Le prototype a été recouvert d’une pellicule blanche pour éviter la couleur bleue d’origine mais le résultat esthétique final reste difficile à évaluer (^fig. 15).

L’essayage du prototype permet ici d’ajuster le guide antérieur directement en bouche avant la réalisation du bridge définitif (^fig. 16 et ¹⁷). Là encore, l’utilisation de l’arc facial est conseillée. Une fois les moulages transférés sur l’articulateur, la pente incisive est enregistrée et l’articulateur programmé.

Élaboration d’une couronne sous châssis sans déposséder le patient de sa prothèse partielle amovible

Cas clinique n° 4

Le moulage de travail issu d’une empreinte de l’arcade est numérisé, le prototype est fabriqué en tenant compte seulement des dents antagonistes.

En bouche, le prototype est retouché (par soustraction) pour permettre la mise en place de la prothèse amovible. Une résine chémopolymérisable (Duralay™, Reliance Dental LMG) ou photopolymérisable (Visioform™) permet d’ajuster le prototype à l’appareil amovible du patient (^fig. 18 et ¹⁹). Il est ensuite directement mis en revêtement et coulé (^fig. 20 et ²¹). Quelle que soit l’étape de réalisation, le patient peut conserver sa prothèse entre deux rendez-vous.

Avantages et inconvénients

Avantages par rapport à la méthode traditionnelle de coulée

Vérification clinique

La coulée numérique peut être, au moyen du prototype, un élément de vérification clinique et ce, dans les cas les plus complexes. Elle permet, grâce à l’essayage du prototype, de valider les moulages de travail et donc de s’assurer de l’intégration fonctionnelle de la future prothèse. Il n’est pas utile d’essayer un prototype pour des cas simples d’élaboration de couronne coulée unitaire. Il reste alors un outil de commodité pour le prothésiste de laboratoire. L’essayage du prototype permet de s’assurer de l’intégration esthétique d’une prothèse antérieure en donnant une idée des volumes. Il permet de contrôler la forme, la longueur des dents, le soutien des lèvres.

Pour les prothèses antérieures de grande étendue, l’étape de l’essayage du prototype permet d’ajuster le guide antérieur de manière simple et rapide et de régler l’occlusion aussi bien en statique qu’en dynamique directement en bouche à l’aide d’un instrument diamanté monté sur turbine. Il peut être un outil pédagogique dans les centres de soins dentaires. Les étudiants peuvent ainsi vérifier la qualité de leur travail (limites de préparation, enregistrement de l’occlusion, qualité de leur empreinte, axe d’insertion) avant la réalisation d’une armature. Il permet aussi de valider un moulage de travail avant la réalisation d’une prothèse usinée.

Avantages liés à la CAO

Le logiciel permet d’obtenir une certaine harmonie de formes entre la chape et la forme finale de la prothèse. Ceci permet d’obtenir une épaisseur de céramique uniforme et suffisante pour préserver ses qualités mécaniques et esthétiques et d’éviter ainsi les volumes de céramique non soutenue.

Avantages liés à la FAO

L’automatisation de la fabrication et le nombre d’unités produites jour et nuit par la machine réduisent le délai de laboratoire.

Coût

Ce système, grâce au prototypage rapide, permettrait d’obtenir des coûts de production comparables, voire inférieurs à la méthode conventionnelle, puisque le scanner et l’imprimante seraient plus économiques que la main-d’œuvre nécessaire pour fournir la même quantité de travail [¹², ¹³]. Cependant une étude médico-économique contrôlée (conventionnel versus prototypage) devrait permettre de déterminer quel est le seuil de productivité minimale pour que ce procédé soit économiquement plus intéressant.

Particularité

Il est possible grâce à cette technique de réaliser une couronne coulée sous un châssis de PAP en permettant au patient de conserver sa prothèse amovible pendant toute la durée du traitement. À noter que pour le laboratoire, cette technique est plus rapide, que ce soit à l’exécution des tâches (meilleure productivité) qu’à celle des finitions et retouches finales (temps de finition réduit). Le coût de production peut devenir inférieur à ceux des procédés conventionnels pour un grand nombre d’unités produites quotidiennement.

Inconvénients liés aux limites du système

• La couleur bleue de la résine nuit à l’évaluation du résultat esthétique final surtout pour le patient et rend impossible son utilisation en prothèse provisoire.

• La flexibilité de la résine pour les armatures de grande étendue autorise plusieurs axes d’insertion (préjudiciable surtout en prothèse implantaire) et un défaut de parallélisme peut passer inaperçu lors de l’essayage du prototype qui est plus tolérant, car déformable.

• Pour des bridges céramo-métalliques, le réglage de l’occlusion sur le prototype configurant les éléments prothétiques finaux permet de programmer l’articulateur. Il ne peut pas être mis en revêtement tel quel. Le technicien doit rééditer l’armature du bridge en résine avant de la couler.

• Enfin, ce procédé de CAO reste dépendant des techniques de mise en revêtement et de coulée des métaux.

Conclusion

La coulée numérique semble intéressante par rapport à la coulée traditionnelle, d’une part, par la validation clinique possible avec l’essayage du prototype et, d’autre part, par la précision, la reproductibilité, la rapidité qu’apporte la CFAO [⁵]. Elle peut également se présenter comme une alternative à l’usinage qui ne serait pas encore compétitif en termes de coût en raison du recours à la sous-traitance ou de l’utilisation d’une machine d’usinage [²]. Toutes retouches demeurent par la suite impossibles. Cependant, elle réintroduit une part d’imprécision du fait de l’intervention du prothésiste de laboratoire au moment de la fabrication finale des éléments prothétiques. L’intervention humaine semble indispensable puisque aucun des systèmes numériques n’est encore entièrement automatisé. Les systèmes de CFAO peuvent donc être améliorés. Par exemple, l’intervention et l’interprétation du clinicien et du technicien pourraient être diminuées si les données étaient automatiquement transmises au système de CAO en améliorant l’acquisition directement en bouche (empreinte optique). De même, l’utilisation d’un articulateur virtuel permettrait d’améliorer le réglage de l’occlusion, sous réserve qu’il permette de déterminer la situation spatiale des modèles virtuels.

Par ailleurs, aucune information sur la qualité d’adaptation des éléments coulés à partir d’un prototype n’est disponible. De plus, des études comparatives avec d’autres procédés seraient nécessaires pour permettre d’évaluer les qualités biomécaniques obtenues.

Remerciements à M. Philippe Clément pour ses conseils et sa collaboration dans les différentes étapes de laboratoire.

bibliographie

• 1 Palin WM, Burke FTJT. rends in indirect dentistry : 8. CAD/CAM technology. Dent Update 2005;32:566-572.
• 2 Liu PR. A panorama of dental CAD/CAM restorative systems. Compend Contin Educ Dent 2005;26(7):507-508,510,512.
• 3 Giordano R. Materials for chairside CAD/CAM produced restorations. J Am Dent Assoc 2006;137:14-21.
• 4 Fasbinder DJ. Clinical performance of chairside CAD/CAM restorations. J Am Dent Assoc 2006;137:22-31.
• 5 Strub JR, Rekow ED, Witkowski S. Computer-aided design and fabrication of dental restorations : current systems and futures possibilities. J Am Dent Assoc 2006;137(9):1289-1296.
• 6 Art Of Design. Un regard nouveau sur la CFAO dentaire [consulté le 11/10/07]. Disponible à partir de http://www.art-of-design.com.
• 7 Zehler MA. La CFAO en odontologie : illustration clinique à travers le système PRO 50™ et NEO™ de Cynovad. Thèse pour le diplôme de docteur en chirurgie dentaire, Clermont-Ferrand, 2007;34.
• 8 Cynovad. Consignes pour la préparation des modèles – vol . 3, juillet 2001.
• 9 Cynovad. Manuel de référence technique Pro 50 – vol . 1, juillet 2001.
• 10 Cynovad. Manuel d’utilisation des logiciels – vol . 2, juillet 2001.
• 11 Bennasar B, Fages M, Margerit J. La CFAO pour la réalisation des maquettes de fonderie en prothèse fixée : application clinique. Cah Prothèse 2009;146.23-31.
• 12 Sicard V. Conception et fabrication assistée par ordinateur ou CFAO : sa pratique dans le département du Puy-de-Dôme. Thèse pour le diplôme de docteur en chirurgie dentaire, Clermont-Ferrand, 2007 ; n° 26.
• 13 Unger F. La CFAO dentaire. Stratégie Prothet 2003;5:327-341.