CAD-FEA modeling and fracture resistance of bilayer zirconia crowns manufactured by the rapid layer technology

Abstract In the RLT (Rapid Layer Technology), veneering ceramic and framework are fabricated by computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) and then cemented to obtain the restoration. This study aimed to evaluate the effect of the thickness of veneering ceramic manufactured by the RLT technique on the fracture resistance (FR) of bilayer crowns with zirconia frameworks. Twenty zirconia frameworks and twenty feldspathic posterior crowns with two different veneering ceramic occlusal thicknesses (1mm=TF1; 2mm=TF2) were manufactured using CAD/CAM system. The specimens were luted to an epoxy resin abutment with resin cement and mechanically cycled (200N and 4.5×105 Pa, 37°C, 2×106 cycles, 3Hz). The FR test was performed (10kN, 0.5mm/min), and the specimens were analyzed in a stereomicroscope. For the stress analysis (finite element analysis, FEA), a 10kN load was equal to the in vitro test, and the principal stress was evaluated. The FR data were analyzed by Student's t-test and Weibull's analysis. The thickness influenced the FR of bilayer crowns. The FR was higher in the TF2 than in the TF1 group. The TF2 group presented the highest characteristic strength compared to the group TF1. The predominant type of failure was delamination. The FEA showed higher stress concentrations below the loading application point at the veneering cement interface in the 1-mm-thick model. The bilayer crowns manufactured using the approach of 2mm of veneering ceramic promoted higher FR compared to the group with 1mm veneering ceramic. Also, the FEA showed that the veneer ceramic thickness has an effect on stress distribution in zirconia-based bilayer crowns.

Resumo Na RLT (Rapid Layer Technology), a cerâmica de cobertura e infraestrutura são fabricados pelo Computer-Aided Design / Computer-Aided Manufacturing (CAD / CAM) e cimentados para obter a restauração. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito da espessura da cerâmica de cobertura fabricada pela técnica RLT na resistência à fratura (RF) de coroas bilaminadas com infraestrutura de zircônia. Vinte infraestruturas de zircônia e vinte coroas posteriores feldspáticas com duas espessuras oclusais da cerâmica de cobertura (1mm = TF1; 2mm = TF2) foram fabricadas usando o sistema CAD / CAM. Os espécimes foram cimentados em preparos de resina epóxi com cimento resinoso dual e ciclados mecanicamente (200N e 4,5×105 Pa, 37° C, 2×106 ciclos, 3Hz). O teste de RF foi realizado (10kN, 0,5mm / min) e, posteriormente, os espécimes foram analisados em estereomicroscópio. Para a análise de tensão (análise de elementos finitos, FEA), uma carga de 10kN foi aplicada igual ao teste in vitro, e a tensão principal foi avaliada. Os dados de RF foram analisados pelo teste t de Student e análise de Weibull. A espessura mostrou forte influência na RF das coroas bilaminadas. A RF foi maior em TF2 do que no grupo TF1. O grupo TF2 apresentou a maior resistência característica em relação ao grupo TF1. O tipo de falha predominante foi a delaminação. O FEA mostrou maiores concentrações de tensões abaixo do ponto de aplicação da carga, na interface cimento e cerâmica de cobertura no modelo de coroa de 1 mm de espessura. As coroas de bilaminadas confeccionadas com 2 mm de cerâmica de cobertura promoveram maior RF em comparação ao grupo com cerâmica de cobertura de 1 mm. Além disso, a FEA mostrou que a espessura da cerâmica de cobertura tem um efeito na distribuição de tensões em coroas bilaminadas à base de zircônia.

Effect of age-related alterations on the biomechanics of teeth affected by non-carious cervical lesions / Efeito de alterações relacionadas à idade na biomecânica de dentes afetados por lesões cervicais não-cariosas

Objective: The prevalence of non-carious cervical lesions (NCCLs) has increased in the recent years, especially in the elderly population. The successful prevention and treatment of those lesions requires an understanding of the biomechanics of aged teeth. Considering the importance of such aspect, the impact of the age-related dentin deposition on the stress distribution of NCCLs was evaluated by means of finite element analysis. Material and Methods: A 2-dimensional model of a sound maxillary first premolar was created using CAD software. Two tooth geometries (sound, aged) and two lesion shapes (wedge, saucer) were simulated to the model. The mesh was built with 35,000 triangle and square elements of 0.1 mm in length. All tissues were considered isotropic, homogeneous and linear. Occlusal surfaces were loaded with 300 N for simulating normal chewing forces. The stress distribution was analyzed by a color scale and by the maximum principal stress at the cavosurface line angle. Results: The aged models presented lower stress concentration in the overall system in comparison to sound models. The sharp angle of wedge shaped lesions promoted higher stress concentration at the center of cavosurface angle, favoring the lesions progression. Conclusion: Considering the limitations of the current methodology, it is possible to conclude that aged tooth is a more compact structure that can better respond to stress loadings. This protective intrinsic mechanism should be considered when adopting preventive and restorative measures for NCCLs for the elderly. (AU)

Objetivo: A prevalência de lesões cervicais nãocariosas (NCCLs) tem aumentado nos últimos anos, especialmente em idosos. A prevenção e o tratamento bem-sucedidos dessas lesões requerem um entendimento da biomecânica dos dentes envelhecidos. Considerando a importância de tal aspecto, o impacto da deposição de dentina que ocorre com a idade na distribuição de estresse de NCCLs foi avaliado por meio da análise de elementos finitos. Material e Métodos: Um modelo bidimensional de um primeiro pré-molar superior foi criado usando o software CAD. Duas geometrias de dentes (padrão, envelhecido) e duas formas de lesão (cunha, pires) foram simuladas ao modelo. A malha foi construída com 35.000 elementos triangulares e quadrados de 0,1 mm de comprimento. Todos os tecidos foram considerados isotrópicos, homogêneos e lineares. Superfícies oclusais foram carregadas com 300 N para simular forças normais de mastigação. A distribuição das tensões foi analisada por uma escala de cores e pela tensão principal no ângulo da linha cavo-superficial. Resultados: Os modelos envelhecidos apresentaram menor concentração de tensão no sistema geral em comparação aos modelos padrão. O ângulo agudo das lesões em cunha promoveu maior concentração de tensão no centro do ângulo cavo-superficial, favorecendo a progressão das lesões. Conclusão: Considerando as limitações da metodologia atual, é possível concluir que o dente envelhecido é uma estrutura mais compacta que pode responder melhor às cargas de estresse. Este mecanismo intrínseco de proteção deve ser considerado ao adotar medidas preventivas e restaurativas para as NCCLs em idosos. (AU)

Influence of glass fiber reinforcement and resin viscosity on the resistance to fracture of Adhesive Partial Fixed Prostheses / Influência do reforço de fibra de vidro e viscosidade da resina sobre a resistência a fratura de Prótese Parciais Fixas Adesivas

Objective: The aim of this study was to evaluate the influence of glass fiber reinforcement and resin viscosity on the resistance to fracture of adhesive fixed partial prosthesis (AFPP). Materials & Methods: A stainless steel molding was constructed simulating oclusal preparation for AFPP on a maxillary first pre-molar (4 x 4 x 2 mm) and molar (6 x 4 x 2 mm), with a proximal slot (2 x 1 x 4 mm) and with 7 mm of distance between them. These moldings were duplicated in polyurethane (n = 60) and divided into two groups according to the resin viscosity: G - Grandio SO (VOCO) (n = 30) and GHF – Grandio SO Heavy flow (VOCO) (n= 30). These groups were subdivided into three subgroups according to the glass fiber reinforcement used (n = 10): Subgroup N – without glass fiber reinforcement; Subgroup V – GRANDTEC (VOCO); subgroup S – everStick C & B (Stick Tech). Four increments divided into 2 layers, 2 in the lower part and 2 in the upper part of the preparations were light-cured according to the manufacturers’ instructions. A vertical load was applied on the center of the pieces at a speed of 1mm/min. Data were obtained in Kgf and submitted to two-way ANOVA and Tukey test (α = 0.05). Results: ANOVA showed significant differences for glass fiber reinforcement. Subgroup N (24.45 ± 3.60)a was significantly different from subgroup S (32.54 ± 6.94) b and subgroup V (37.18 ± 5.33) c. Conclusion: The glass fibers tested were capable of improving the resistance to fracture of AFPP. GRANDTEC fiber exhibited the greatest values of resistance to fracture and for the resins studied the viscosity did not influence on the resistance to fracture of AFPP.

Objetivo: O objetivo deste estudo foi avaliar a influência do reforço com fibra de vidro e viscosidade da resina na resistência à fratura de prótese parcial fixa adesiva (PPFA). Material e Método: Um molde de aço inoxidável foi confeccionado simulando preparos oclusais para PPFA em primeiro pré-molar superior (4 x 4 x 2 mm) e molar (6 x 4 x 2 mm), com uma caixa proximal (2 x 1 x 4 mm) e 7 mm de distância entre eles. Esses moldes foram duplicados em poliuretano (n = 60) e divididos em dois grupos de acordo com a viscosidade da resina: G – Grandio SO (VOCO) (n = 30) e GHF - Grandio SO Heavy flow (VOCO) (n = 30). Estes grupos foram subdivididos em três subgrupos de acordo com o reforço de fibra de vidro utilizado (n = 10): Subgrupo N - sem reforço de fibra de vidro; Subgrupo V - GRANDTEC (VOCO); subgrupo S – everStick C & B (Stick Tech). Quatro incrementos divididos em 2 camadas, 2 na parte inferior e 2 na parte superior dos preparos foram fotopolimerizados de acordo com as instruções dos fabricantes. Uma força vertical foi aplicada no centro das peças a uma velocidade de 1 mm/min. Os dados foram obtidos em Kgf e submetidos a ANOVA a 2 fatores e teste de Tukey (α = 0,05). Resultado: A ANOVA mostrou diferenças significativas para reforço de fibra de vidro. Subgrupo N (24,45 ± 3,60) a foi significativamente diferente do subgrupo S (32,54 ± 6,94)b e subgrupo V (37,18 ± 5,33)c. As fibras de vidro testadas foram capazes de melhorar a resistência à fratura de PPFA. Conclusão: A Fibra GRANDTEC apresentou os maiores valores de resistência à fratura e, para as resinas estudadas, a viscosidade não teve influência na resistência à fratura de PPFA.