Stampa 3D, caratterizzazione e modellazione FEM di resine bio-based per applicazioni odontoiatriche

Negli ultimi anni la stampa 3D ha conosciuto una rapida diffusione in numerosi settori, trovando applicazione anche in odontoiatria grazie alla possibilità di realizzare dispositivi personalizzati e precisi in tempi ridotti. Tra le applicazioni più significative ci sono gli allineatori dentali trasparenti, ormai ampiamente utilizzati come alternativa estetica e confortevole ai tradizionali apparecchi ortodontici metallici. Attualmente, questi dispositivi vengono prodotti tramite termoformatura di fogli termoplastici su modelli dentali stampati in 3D, tuttavia ciò comporta un elevato spreco di materiale, l’utilizzo di polimeri non biodegradabili e una ridotta sostenibilità ambientale. Per questi motivi, la ricerca si sta orientando verso la produzione diretta di allineatori mediante stampa 3D, con l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale e migliorare l’efficienza del processo. Lo scopo di questa tesi è stato quello di utilizzare materiali biobased, biocompatibili e biodegradabili per la stampa 3D di allineatori dentali mediante tecniche di Vat Photopolymerization. Sono state testate diverse formulazioni fotopolimerizzabili a base di polimeri biocompatibili, come ad esempio l’olio di semi di soia epossidato acrilato, variando la quantità dei componenti e con l’aggiunta di opportuni additivi, al fine di modulare le proprietà meccaniche e la biodegradazione. I campioni sono stati stampati attraverso una stampante 3D con tecnologia MSLA (Masked Stereolithography Apparatus) in diverse geometrie: pellet, utilizzati per le prove di biocompatibilità, e barrette, destinate alle prove meccaniche, nonché degli allineatori come prova di fattibilità. Successivamente, gli oggetti stampati sono stati sottoposti a trattamenti termici di post-curing in atmosfera satura diazoto, al fine di aumentare il grado di reticolazione (valutato tramite analisi FTIR, Fourier Transform Infrared Spectroscopy) e rendere il materiale più trasparente. Le prove di flessione a tre punti hanno evidenziato differenze significative tra le varie formulazioni: alcuni materiali hanno mostrato un maggiore modulo elastico e resistenza a flessione, risultando più idonei a generare le forze necessarie per il movimento dentale, mentre altri hanno evidenziato prestazioni meccaniche inferiori ed una elevata citotossicità. Parallelamente, è stata sviluppata una simulazione agli elementi finiti (FEM), realizzata a partire da una scansione tridimensionale di denti e radici. La modellazione CAD ha permesso di costruire il modello geometrico, successivamente importato nel software Ansys per la simulazione che ha permesso di verificare la distribuzione di pressioni e sollecitazioni generate dall’allineatore sui denti in condizioni cliniche. Le prove di biodegradabilità sono state condotte attraverso due test: in saliva artificiale, per valutare la stabilità del materiale in condizioni simili all’effettivo utilizzo clinico; ed in bagno termostatico, ponendo i campioni in provette contenti acqua distillata o soluzione di idrossido di sodio a 37 °C e 58 °C per periodi di 14 e 28 giorni, al fine di simulare sia condizioni fisiologiche sia di degradazione accelerata. Inoltre, sono stati eseguiti test di compostaggio in condizioni aerobiche per valutare la decomposizione del materiale in maniera analoga a quanto effettuato negli impianti di compostaggio. Questo lavoro ha confermato il potenziale delle tecnologie di fotopolimerizzazione per la produzione di allineatori dentali biocompatibili e a ridotto impatto ambientale, ponendo le basi per