Estudo Numérico da Influência da geometria, do Carregamento Aplicado e da Fase na Resistência à Fratura de Limas Endodônticas

Abstract

As ligas de Ni-Ti são um dos materiais escolhidos para as limas endodônticas rotativas que preparam canais apicais devido às suas propriedades de superelasticidade e de memória de forma. As limas disponíveis no mercado têm inúmeras configurações geométricas e dife- rentes tratamentos térmicos aplicados. Estas limas durante o seu uso clínico estão sujeitas a diferentes tipos de carregamento que podem provocar a sua fratura, nomeadamente: flexão, devido à curvatura imposta pelos canais apicais; e torção, quando a ponta da lima bloqueia nas paredes do canal apical, mas esta continua a girar. O principal objetivo deste estudo consistiu em compreender a contribuição de vários fatores na fratura das limas através da criação de modelos tridimensionais funcionais de limas endodônticas que pudessem ser testados computacionalmente. Deste modo, três limas distintas, e com diferentes geometrias da secção transversal (tri- angular simples, triangular convexo e retangular), foram digitalizadas e convertidas em mo- delos tridimensionais, os quais foram analisados computacionalmente através da aplicação do Método dos Elementos Finitos (MEF) com um programa computacional comercial: SolidWorks Simulation. Aos modelos de limas estudados corresponderam diferentes características, tendo sido divididos em 4 grupos: no Grupo 1, os 3 modelos de limas consideraram-se fabricados em ligas Ni-Ti na sua configuração de austenite; no Grupo 2, os modelos foram considerados constituídos por austenite tendo sido sujeitos a um aumento do seu tamanho em 1,15 vezes; no Grupo 3, os modelos foram estudados admitindo serem constituídas por uma mistura de fase-R e austenite; no Grupo 4, consideraram-se os 3 modelos constituídos por fase-R e sujeitos a um aumento do seu tamanho em 1,15 vezes. Cada modelo de lima destes grupos foi sujeito a condições de flexão e torção. De uma forma geral, para qualquer geometria da secção reta, a introdução de fase-R e/ou o aumento do tamanho do modelo provoca uma diminuição da tensão máxima de von Mises nas limas; a relevância de um fator sobre o outro depende de cada situação. Foi também observado que a geometria de secção reta triangular convexa produz menores valores de ten- são máxima.

Ni-Ti alloys are one of the materials chosen to manufacture rotary endodontic files, these files are used to prepare root canals, due to the super elasticity and shape memory prop- erties of the alloy. The files that are available on the market have various configurations of cross section and heat treatment. During their clinical use, these files are subject to different kinds of loading which can lead to fracture, in particular: bending, due to the root canal cur- vature; and torque, when the tip of the file gets blocked in the root canal walls but the file continues to rotate. The main objective of this study is to understand the contribution of various factors to the files fracture, this is accomplished by creating three dimensional functional models of files that will be numerically tested. Thereafter, three distinct files, with different cross-sectional design (triangular, convex triangular and rectangular) were scanned and converted to three dimensional models that will be mathematically analysed through the FEM by a commercial software package, SolidWorks Simulation. These models have various features that can be divided in 4 different groups: in Group 1 the 3 file models are considered to be manufactured with Ni-Ti alloys in its austenitic phase; in Group 2, the models were considered being constituted by austenite and subject to a size increase of 1,15 times; in Group 3 the models were analysed assuming a mix of R-phase and austenite; in Group 4 is considered that the 3 models have a constitution of R-phase are subject to a size increase of 1,15 times. Each model is tested under bending and torsional con- ditions. All models (to every cross-sectional design) show a decrease of their maximum von Mises stress if R-phase is applied and/or they're subject to an increase in size, the degree of influence of each factor is relative to each individual model. It was also observed that the cross- sectional geometry that produces the best decrease in the maximum stress is the convex trian- gle.