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I Fresatori

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Top Contributor DDU
20 Aprile 2017

I Fresatori

Autore: Dr. Domenico Benagiano
Odontoiatra in Gioia del Colle (Bari)
Titolare di Centro di Fresaggio Lynx S.r.l.  www.lynx3d.com

 

Il flusso di lavoro in Odontoiatria Digitale è essenzialmente riconducibile a 4 diverse fasi: l’acquisizione dei dati, l’elaborazione/processazione degli stessi, la produzione delle componenti desiderate e la loro applicazione clinica.

In protesi fissa, in particolare, l’acquisizione dei dati è determinata dalla scansione (che può essere fatta direttamente in bocca con scanner intraorale, oppure con scanner desktop in laboratorio, nel caso si parta da impronte o modelli in gesso) cui segue una fase di elaborazione e processazione del dato 3D con software di computer-assisted-manufacturing (CAD). In questa fase, i modelli 3D di superficie acquisiti sono impiegati per il disegno di tutta una serie di restauri, dalla semplice corona singola al ponte di diversi elementi, sino al più complesso framework o barra o al disegno di un’arcata completa. Una volta ottenuto il modellato 3D, sotto forma generalmente di un file .STL, incomincia la fase di computer-assisted-manufacturing (CAM) che consiste nella preparazione alla produzione con specifico software, e successivamente nella produzione vera e propria, per fresatura. Il pezzo così fresato verrà poi rifinito e caratterizzato, laddove necessario, prima dell’applicazione clinica.

Quando si parla di CAM, si parla di fresatori. Un fresatore è una macchina atta a realizzare dei pezzi o oggetti fisici, a partire da un materiale grezzo iniziale che viene scolpito con delle frese. Grazie ai fresatori, è possibile produrre protesi odontoiatriche a partire da blocchi in titanio, cromo-cobalto, resine, zirconia e ceramiche.

L’utilizzo delle tecnologie CAD/CAM permette di velocizzare l’attività quotidiana dell’odontotecnico e del clinico, e di garantire al paziente un lavoro di qualità alta e riproducibile, realizzato con standard industriali.

Un odontotecnico dovrebbe dotarsi oggi di un fresatore, per poter finalizzare in prima persona le proprie modellazioni derivanti da scansioni intraorali/desktop, ottimizzando e velocizzando quindi il processo produttivo. Ulteriori vantaggi derivanti dall’acquisto di un fresatore sono dati dalla maggiore precisione delle lavorazioni con controllo della qualità, e dalla possibilità di riprodurre i pezzi anche a distanza di anni, qualora si verificassero problematiche di natura meccanica. Tutti questi vantaggi possono certamente bilanciare la spesa per l’investimento iniziale sulla macchina. Ma anche il clinico può avere dei vantaggi dall’acquisto di un fresatore. L’acquisto di una macchina utensile semplice e non troppo impegnativa da utilizzare, infatti, permette di realizzare direttamente in studio restauri (provvisori in resina, corone singole) che possono essere immediatamente applicati su paziente: è il chairside, che tanto sta avendo successo negli ultimi anni. Le metodiche chairside ottengono il gradimento dei pazienti, perché permettono di risparmiare tempo e sono percepite come tecnologicamente avanzate; ciò anche se i fresatori impiegati nel chairside sono molto più semplici delle potenti macchine impiegate nei centri di fresaggio e negli stessi laboratori.

In ogni caso oggi, le Aziende produttrici di fresatori offrono una varietà notevole di soluzioni sia per il tecnico che per il clinico, e può essere difficile orientarsi nell’acquisto qualora vi fosse il desiderio di investire; servono competenze e conoscenza per potersi orientare nella scelta, e per poter sposare appieno le proprie esigenze pratiche.

Ma quali sono le principali caratteristiche che andrebbero considerate, prima di procedere all’acquisto di un fresatore?

1. Numero di assi di libertà;

2. Materiale affrontabile;

3. Potenza del mandrino;

4. Irrigazione;

5. Numero utensili;

6. Geometria del grezzo affrontabile;

7. Dimensioni dell’area di lavoro;

8. Peso e ingombro della macchina;

9. Software di CAM associato;

10. Prezzo.

Vediamo di discutere brevemente tutti questi aspetti.

1. Numero assi di libertà. Il numero di assi di libertà di cui il fresatore è dotato è estremamente importante. Un maggior numero di assi di libertà rappresenta, in taluni casi, una condizione essenziale per lo svolgimento di determinati lavori. L’impossibilità di inclinare, girare o angolare il pezzo mentre lo si fresa, infatti, può rendere impossibile il raggiungimento di alcune parti di materiale di cui sarebbe prevista l’asportazione, alterando così la geometria ottenibile dal processo di fresatura. Questo può esitare in una differenza solo estetica tra il file CAD ed il pezzo finito o, molto frequentemente, nell’impossibilità di svolgere lavorazioni di importanza cruciale, come la realizzazione di ingaggi per le connessioni implantari se non perfettamente allineati tra loro, l’asportazione di materiale nello spazio interdentale tra due corone di un ponte, ecc. Nei fresatori, si va da un minimo di tre assi di libertà, ovvero esclusivamente gli assi lineari corrispondenti a larghezza, altezza e profondità, a cinque assi di libertà, dove sia l’asse x sia l’asse y possono essere ruotati, avvicinando le potenzialità della macchina a quelle di un arto umano. Esistono anche macchine con undici assi di libertà, ma altro non sono che macchine a cinque assi che lavorano con due frese contemporaneamente, senza effettivamente ridurre le aree cieche, aree cioè che la fresa non può raggiungere.

 

2. Materiale affrontabile. La potenza del mandrino e la dotazione della macchina determinano il tipo di materiali effettivamente fresabili, tra i quali ricordiamo PMMA, PEEK, zirconia, ceramica integrale, disilicato di litio, titanio e cromo-cobalto. Alcuni materiali non possono essere fresati con una macchina senza raffreddamento a liquido (ceramiche integrali, disilicato di litio, titanio). PMMA, PEEK e zirconia possono invece essere fresate a secco. Per un laboratorio odontotecnico, è meglio avere due tipologie di macchine dedicate alla fresatura: una a secco e l’altra con raffreddamento (ad acqua oppure ad oli).

 

3. Potenza mandrino. La potenza del mandrino condiziona il tipo di materiali grezzi che una macchina fresatrice può lavorare efficacemente. Mandrini dotati di limitata potenza non potranno affrontare i lavori più impegnativi, come la realizzazione di strutture protesiche in titanio o in lega cromo-cobalto. Questi lavori invece risultano pienamente affrontabili da mandrini di maggiore potenza e in grado di imprimere alla fresa una maggiore velocità. Alcuni materiali non possono essere fresati con un numero di giri basso, altri non possono essere fatti con un numero di giri alto. Una fresatura svolta con un mandrino più veloce, inoltre, viene completata in meno tempo, determinando una maggiore efficienza.

 

4. Irrigazione. La possibilità di fresare materiali con o senza irrigazione ha grande importanza. L’attrito che si forma tra la fresa ed il grezzo è proporzionale alla durezza del materiale di quest’ultimo. I materiali più duri, come il disilicato di litio, il titanio, il cromo-cobalto e simili, sono in grado di determinare un attrito tale da sprigionare un calore sufficiente a surriscaldare una fresa nel giro di meno di dieci secondi, causandone inevitabilmente la rottura. Tali materiali, di conseguenza, non potranno essere fresati in assenza di un’adeguata irrigazione. Ne deriva quindi che tutti i fresatori privi di irrigazione non possono fresare un’ampia gamma di materiali, limitando il loro raggio d’azione a quelli meno duri, come resina, ossido di zirconio, cera e simili. Al contempo, è bene sottolineare un aspetto importante: la totale assenza di irrigazione non è, come potrebbe adesso sembrare, necessariamente un limite della macchina. Alcuni materiali, l’ossido di zirconio in primis, quando polverizzati sono in grado di disciogliersi in acqua ed impastarsi. Una volta evaporata l’acqua in eccesso, il composto si trasforma in un cemento durissimo, in grado di mandare in crisi i movimenti degli assi anche delle macchine più robuste e sofisticate. Tale eventualità è talmente dannosa per la macchina da rendere necessaria un’operazione di pulizia ed asciugatura profonda molto più laboriosa rispetto alla semplice disattivazione dell’irrigazione. Se vengono in contatto con le polveri di ossido di zirconio, anche piccole residue quantità di irrigante nascoste negli interstizi di una macchina possono infatti determinare il rischio di danneggiare quest’ultima, di conseguenza la totale assenza di irrigazione trasforma una macchina apparentemente limitata nello strumento ideale per lavorare l’ossido di zirconio in sicurezza. Le macchine che sono invece dotate di irrigante si dividono in due categorie: quelle che tollerano solo l’uso di un’emulsione a base acquosa e quelle che invece usano come irrigante degli oli. La differenza tra l’uso dell’emulsione acquosa e degli oli si nota soprattutto sull’usura delle frese e sulla finitura superficiale dei lavori ottenuti. L’uso dell’olio, infatti, oltre a difendere la macchina dall’ossidazione e contribuire ad una costante, generale lubrificazione, determina una più efficace riduzione dell’attrito tra la punta della fresa ed il grezzo lavorato, aumentando la qualità del taglio, la finitura superficiale delle strutture protesiche realizzate e la vita utile degli utensili. Anche a riguardo però è bene sottolineare un dettaglio: l’olio da taglio, se finemente nebulizzato, è infiammabile. Questo, unito al fenomeno della liberazione di scintille durante il taglio del titanio, espone al rischio di incendio. Ogni macchina utilizzata per fresare il titanio con l’irrigazione ad olio dovrebbe essere dotata di un sistema antincendio che intervenga automaticamente in caso di incidenti.

 

5. Numero utensili. Il numero di utensili, o frese, che possono essere inseriti all’interno di una macchina CNC influenza la qualità del lavoro svolto, ma soprattutto la sua efficienza. La qualità del prodotto è infatti connessa alla precisione del dettaglio riprodotto dalla macchina. Tralasciando la quantità e qualità dei solchetti occlusali presenti su un elemento protesico, gradevoli alla vista, ma quasi del tutto inutili ai fini funzionali e biologici, è assolutamente importante che la linea di margine di una protesi che verrà cementata combaci quanto più possibile con quella del moncone naturale. Questo può essere ottenuto tanto più facilmente quanto più l’ultima fresa che interviene sulla finitura della linea di margine sia sottile. Invisibili, minuscoli andamenti zigzaganti della linea di margine del moncone, qualora non adeguatamente levigati in fase di preparazione dello stesso, devono combaciare con un margine protesico altrettanto dettagliato ed irregolare: Ciò per ostacolare la contaminazione batterica. Qualora ipoteticamente queste irregolarità fossero larghe mezzo millimetro, va da sé che non è possibile per una fresa di diametro 2mm riuscire a riprodurle, determinando un’inevitabile imperfetta congruenza tra il moncone e la corona protesica. Una fresa dal diametro pari o inferiore al mezzo millimetro potrebbe invece determinare una maggiore fedeltà del profilo della corona protesica a quello del moncone. Questa congruenza è tanto maggiore quanto più il diametro della fresa si assottiglia, compatibilmente con i limiti della tecnica di costruzione della fresa e l’intrinseco aumento dei tempi di realizzazione delle strutture protesiche. Quando una macchina a controllo numerico dispone di un limitato parco frese,  si finisce a scendere a compromessi sulla qualità. Per quanto riguarda invece l’efficienza, inoltre, questa è grandemente influenzata dal numero di frese che un macchinario può ospitare. Un macchinario che può ospitare decine di utensili, infatti, mette il suo utilizzatore in condizione di potervi inserire abbastanza frese da poter affrontare efficacemente lavori su differenti materiali, rendendo non necessario cambiare l’intero parco frese ogni volta che si passa da un lavoro su metalli ad uno su ceramiche o resine e viceversa. In questo modo si riducono i tempi morti e, cosa non da poco, i rischi connessi al non rispettare le giuste posizioni per gli utensili, di certo maggiori qualora si renda necessario cambiare gli utensili presenti nel parco frese più volte alla settimana. Alternativamente a questo, si può decidere di inserire in macchina più esemplari identici dello stesso utensile. Questo serve a mettere la macchina in condizione di poter prendere un utensile nuovo se uno usato raggiunge un limite massimo consentito di usura o si rompe, riprendendo il lavoro altrimenti lasciato a metà e completandolo, evitando così costose ore di mancato lavoro. Una macchina ben settata e con un parco frese adeguatamente organizzato può lavorare ininterrottamente per decine di ore quasi in totale assenza di controllo da parte di un operatore, provvedendo in autonomia alla sostituzione di frese usurate o danneggiate, che rappresentano la principale causa di spreco di tempo in un laboratorio di produzione.

 

6. Geometria del grezzo affrontabile. La sagoma del grezzo che il fresatore può lavorare è spesso conseguenza delle dimensioni dell’area di lavoro. Molte macchine di piccole dimensioni possono solo affrontare la fresatura di piccoli parallelepipedi poco più grandi di un comune dado da gioco o strutture pre-lavorate, note come pre-milled, di simili dimensioni. La maggior parte dei fresatori, a partire da un livello medio a salire, sono in grado di aggredire dischi standard di 98mm di diametro, mentre altri fresatori, di solito esclusivamente di fascia alta, possono lavorare a partire da barre o parallelepipedi che possono raggiungere anche dimensioni approssimativamente pari a quelle di una vecchia videocassetta video-8. Una maggiore area di lavoro equivale ad una maggiore versatilità della macchina, che così può essere utilizzata non solo per svolgere piccoli lavori di livello chairside, ma anche realizzazioni di ampie strutture protesiche da 14 elementi. Inoltre il disporre di grezzi più ampi permette di inserire all’interno dello stesso grezzo (nesting) un numero variabile di lavori che possono essere svolti dalla macchina in serie. Va sottolineato che alcuni fresatori, per scelte operate dalle aziende che li producono, risultano vincolati all’utilizzo di grezzi dalle geometrie non standard. Questo porta ad una maggiore difficoltà di approvvigionamento dei grezzi ed una minore scelta dei materiali utilizzabili.

 

7. Dimensioni dell’area di lavoro. Le dimensioni dell’area di lavoro dei fresatori rappresentano uno dei fattori più importanti da tenere in considerazione. Un fresatore, i cui assi possono muoversi solo di pochi centimetri, sarà adeguato solo per lo svolgimento di lavori quali la realizzazione di un inlay, una singola corona o al massimo un piccolo ponte da tre elementi. Un fresatore invece in grado di muovere il mandrino su aree maggiori potrà essere usato per la realizzazione di strutture più importanti quali protesi tipo full arch, barre di sostegno per intere arcate e così via. E’ ovvio che il maggiore contiene il minore, di conseguenza un fresatore che abbia un’area di lavoro ampia potrà svolgere senza difficoltà anche lavori alla portata di fresatori più piccoli, il contrario invece è ovviamente impossibile.

 

8. Peso e ingombro della macchina. Il peso del telaio della macchina influisce sulla precisione del prodotto ottenuto. Una macchina più robusta e pesante, infatti, assorbe più efficacemente le vibrazioni rispetto ad una assemblata con materiali più leggeri. La presenza di dondolii tra la posizione che la fresa dovrebbe assumere in ogni istante e la sua posizione effettiva, dovuti alle vibrazioni della macchina e ad un assemblaggio di non altissima qualità, determina la realizzazione di un prodotto non combaciante al file tridimensionale che ne è origine. Questo può tradursi, nella migliore delle ipotesi, in una imperfetta realizzazione protesica; nella peggiore delle ipotesi, tali vibrazioni possono determinare la formazione di crepe e microfratture sulla superficie della protesi realizzata, che possono a loro volta determinare la totale rottura della protesi in fase di sinterizzazione o cottura, o un fallimento clinico a breve o media distanza.

 

9. Software CAM. Esistono vari software che si occupano di generare i percorsi che la fresa deve seguire per poter scolpire il pezzo desiderato. Questi software si definiscono CAM. Il file generico per eccellenza nel mondo del design tridimensionale è l’.STL. Tale file esprime una nuvola di punti le cui coordinate formano, nel complesso, la sagoma di qualsiasi oggetto, elementi protesici odontoiatrici compresi. Non tutti i software CAM sono abilitati all’utilizzo di tale file. Quelli che lo sono si definiscono software aperti, gli altri invece si definiscono software chiusi. Tutti i software chiusi sono tali poichè commercializzati da Aziende che, vendendo anche scanner intraorali e fresatori, mirano alla realizzazione di un workflow digitale completo e blindato, impedendo il coinvolgimento di macchinari e software di loro concorrenti. Alcuni di questi software chiusi possono essere aperti e quindi abilitati all’importazione ed esportazione di files generici, pagando una fee. I software aperti, come si evince di contrasto, permettono l’importazione e l’esportazione in ogni momento di files liberi (.STL), gestibili quindi con altri software, anche non strettamente odontoiatrici, affinchè ogni fase del lavoro possa essere alterata senza alcun limite di sorta se non le proprie competenze.

Sia i software chiusi sia i software aperti presentano vantaggi e svantaggi. I software chiusi, come già espresso, limitano gravemente le possibilità di servirsi di fresatori di Aziende che non siano quella che ha commercializzato il software; inoltre, impediscono la realizzazione di qualsiasi manufatto non sia previsto da chi si è occupato di programmare il software. D’altra parte, però, la grande linearità dei software proprietari, unita ad una inevitabile ripetitività delle operazioni da svolgere, ed ad una serie lunghissima di test sui workflow percorribili (svolti dai programmatori prima e dai colleghi poi) determina un’elevata affidabilità di tali software, che abbassa il rischio di errore dell’operatore, tanto da quasi azzerarlo del tutto. Tale vantaggio non c’è nei software aperti. La totale libertà di decisione su ogni parametro e la possibilità di integrare nel workflow qualsivoglia software di modellazione apre le porte ad una serie di possibili errori, che possono rallentare o inficiare il normale lavoro clinico. I workflow aperti richiedono solide competenze e grande versatilità.

Se però l’operatore è dotato di conoscenze ed esperienza, i workflow aperti offrono possibilità vastissime, che spaziano dal sottile miglioramento di un piano di lavoro, fino alla creazione dell’inimmaginabile. Basta saper gestire bene determinati tipi di files e i giusti software per poter trasformare radicalmente il proprio lavoro, rendere economiche ed accessibili delle terapie altrimenti costosissime; è possibile trasformare un lunga sessione di lavoro chirurgico in una mera esecuzione di vari step tutti precedentemente previsti in ogni dettaglio, e resi semplici grazie a guide modellate con software che non hanno niente a che vedere con l’odontoiatria. E’ possibile automatizzare numerose fasi, trasformando un lavoro lento, ripetitivo e fatto di fasi diverse in un qualcosa di automatico. Di fatto, il software aperto è il coltellino svizzero dell’inventore.

 

10. Prezzo. Per un laboratorio importante, con volumi di lavoro importanti, è necessario acquistare una macchina con caratteristiche superiori, e sarà certamente possibile ripagare l’investimento fatto; uno studio odontoiatrico dovrebbe invece orientarsi sul chairside con costi contenuti e buone possibilità cliniche. In generale dipende dalla scelta personale che deve essere supportata e motivata da adeguate conoscenze.