Effect of Ceramic Thickness and Composite Bases on Stress Distribution of Inlays - A Finite Element Analysis

ABSTRACT

The purpose of this study was to determine the effect of cavity depth, ceramic thickness, and resin bases with different elastic modulus on von Mises stress patterns of ceramic inlays. Tridimensional geometric models were developed with SolidWorks image software. The differences between the models were depth of pulpal wall, ceramic thickness, and presence of composite bases with different thickness and elastic modulus. The geometric models were constrained at the proximal surfaces and base of maxillary bone. A load of 100 N was applied. The stress distribution pattern was analyzed with von Mises stress diagrams. The maximum von Mises stress values ranged from 176 MPa to 263 MPa and varied among the 3D-models. The highest von Mises stress value was found on models with 1-mm-thick composite resin base and 1-mm-thick ceramic inlay. Intermediate values (249-250 MPa) occurred on models with 2-mm-thick composite resin base and 1-mm-thick ceramic inlay and 1-mm-thick composite resin base and 2-mm-thick ceramic inlay. The lowest values were observed on models restored exclusively with ceramic inlay (176 MPa to 182 MPa). It was found that thicker inlays distribute stress more favorably and bases with low elastic modulus increase stress concentrations on the internal surface of the ceramic inlay. The increase of ceramic thickness tends to present more favorable stress distribution, especially when bonded directly onto the cavity without the use of supporting materials. When the use of a composite base is required, composite resin with high elastic modulus and reduced thickness should be preferred.

RESUMO

O objetivo do estudo foi avaliar o efeito da profundidade da cavidade, da espessura da cerâmica e da presença de bases de resina, com os diferentes módulos de elasticidade na distribuição de tensões de von Mises em inlays cerâmicos. Modelos geométricos tridimensionais foram desenvolvidos com o software SolidWorks. As diferenças entre os modelos foram a profundidade da parede pulpar, a espessura da cerâmica e a presença de bases de resina composta com diferentes espessuras e módulos de elasticidade. Os modelos geométricos foram engastados nas superfícies proximais e base do osso maxilar e uma carga de 100 Newton foi aplicada. O padrão de distribuição de tensões foi analisado com diagramas de tensão de von Mises. O valor de tensão máxima de von Mises foi variável entre os modelos e situou-se na faixa entre 176 e 263 MPa. O maior valor foi encontrado nos modelos restaurados com bases de resina composta de 1 mm e inlay cerâmico de 1 mm de espessura. Valores intermediários (249-250 MPa) ocorreram nos modelos com bases de resina composta de 2 mm e inlays de 1 mm de espessura e nos modelos com bases de resina composta de 1 mm e inlays de 2 mm. Os menores valores foram observados nos modelos restaurados exclusivamente com inlay cerâmico (176-182 MPa). Verificou-se que inlays com maior espessura distribuem o estresse de forma mais favorável e bases com baixo módulo de elasticidade aumentam a concentração de tensões na superfície interna do inlay de cerâmica. O aumento da espessura do material cerâmico tende a apresentar uma distribuição de tensões mais favorável, principalmente quando cimentadas diretamente sobre o preparo cavitário, sem a existência de materiais intermediários. Em situações em que o emprego de materiais de base é necessária, deve-se preferir resinas compostas com alto módulo de elasticidade e espessura reduzida.