Brevet FR2654612A1 — publié le 19910524

La présente invention concerne un tenon d'ancrage dentaire physiologique en matériau composite et son procédé de fabrication. Les tenons d'ancrage dentaires, qui sont actuellement utilisés couramment en odontologie, sont généralement réalisés en alliages métalliques Toutefois ces tenons ne se sont pas révélés totalement satisfaisants car même s'ils sont réalisés en alliage précieux, ce qui est souvent le cas pour des raisons réglementaires, ils peuvent donner lieu à des phénomènes de corrosion et d'oxydation d'origine, chimique ou électrochimique. Pour remédier à cet inconvénient on a déjà envisagé, comme cela est décrit dans le brevet FR-A-2 588 181, de réaliser une prothèse endobuccale en matériau composite constituée de fibres de haute résistance mécanique, éventuellement incluses dans une résine constituant la matrice du matériau Dans ce brevet antérieur les fibres peuvent être des fibres de carbone, de verre, de céramique, de bore, de carbure de bore ou de carbure de silicium Les résines éventuellement utilisées pour l'enrobage sont des résines partiellement ou totalement polymérisées, thermodurcissables, telles les résines époxy ou polyesters. Les fibres peuvent être sous forme de faisceau de fibres parallèles, éventuellement guipées, elles peuvent également être sous forme de tissus, de tricots ou de tresses On peut donner aux tenons fabriqués à l'aide de tels produits semi- finis des caractéristiques physiques et mécaniques intéressantes En fait l'expérience montre que l'on ne peut arriver à une véritable prothèse si l'on ne s'approche pas plus des caractéristiques naturelles de la dent c'est-à-dire en fait des caractéristiques physiques de la dentine Or l'expérience a montré que l'on obtenait des résultats bien meilleurs avec des produits semi-finis non isotropes c'est-à- dire présentant des caractéristiques mécaniques généralement beaucoup plus élevées dans le sens longitudinal que dans les divers sens transversaux. On peut rappeler par exemple qu'un tenon de forme totalement cylindrique offre l'avantage d'assurer une bonne rétention mais par contre il entraîne une fragilisation de l'extrémité de la racine si le tenon a un diamètre variable et par contre sa jonction avec la prothèse est fragile si son diamètre est réduit. Un tenon de forme cylindroconique offre l'avantage de ne pas entraîner une fragilisation de la partie terminale de la racine mais par contre sa jonction avec la prothèse est faible. Un tenon de forme conique offre l'avantage de suivre l'anatomie de la racine qui est généralement conique et d'assurer une meilleure jonction de la prothèse mais l'inconvénient majeur est que sa rétention est beaucoup moins bonne qu'avec un tenon cylindrique du fait que sa surface latérale est en totalité conique, c'est-à-dire qu'elle présente un angle de dépouille favorable à un "démoulage", c'est-à-dire à une extraction naturelle. Un tenon conique à étages offre l'avantage d'avoir une surface de rétention excellemment augmentée et d'assurer une très bonne jonction avec la prothèse Toutefois sa forme conique assure une moins bonne rétention que la forme cylindrique En effet dès que le cône perd le contact avec la cavité qui le reçoit, il perd ses propriétés de rétention tandis qu'un cylindre garde en permanence le contact avec la cavité même s'il subit des forces qui l'incitent à sortir de cette cavité. S'il l'on revient au brevet français cité plus haut, il se réfère en général, d'après les dessins, à des tenons cylindroconiques Or l'expérience a pu montrer que si l'on n'insistait pas sur le caractère orienté et anisotrope du matériau on obtenait des résultats défavorables Selon la présente invention on a constaté que les matériaux anisotropes, c'est-à-dire dans lesquels les propriétés longitudinales sont très différentes des propriétés transversales, permettent d'obtenir des tenons d'ancrage d'une grande qualité en ce qui concerne aussi bien la rétention de la prothèse que le scellement et donc la tenue dans la cavité En particulier cette technique peut s'appliquer à la fabrication d'un tenon d'ancrage ayant de bonnes propriétés de rétention et présentant deux parties cylindroconiques coaxiales respectivement de grand et de petit diamètres, la partie cylindroconique de petit diamètre comportant une partie cylindrique se raccordant à la petite base du tronc de cône de la partie cylindroconique de grand diamètre faisant saillie à l'extérieur de la racine de la dent. A cet effet ce tenon d'ancrage dentaire physiologique en matériau composite, du type à fibres de haute résistance noyées dans une résine constituant la matrice, les fibres étant sensiblement parallèles entre elles, est caractérisé en ce que les fibres sont allongées dans le sens axial du tenon, continues d'une extrémité à l'autre et équitendues, les tenons ainsi obtenus présentant des caractéristiques mécaniques voisines de celles de la dentine en ce qui concerne le module d'élasticité transversal et supérieur à celles de la dentine en ce qui concerne la résistance à la compression-traction dans le sens longitudinal et la résistance au cisaillement. Comme cela a été proposé déjà dans l'art antérieur, le matériau composite constituant les tenons conformes à la présente invention peut comporter notamment des fibres de verre ou de carbone ou en toute matière présentant des caractéristiques mécaniques élevées Ces fibres sont liées entre elles par une matière polymère qui peut être naturelle, artificielle ou synthétique, physiologiquement acceptable. Ces matières sont de préférence thermodurcissables ce qui en facilite la fabrication L'une des caractéristiques réside dans le fait que les fibres sont équitendues et de préférence en légère précontrainte de traction par rapport à la masse de résine Si l'équitension des fibres peut être considérée comme un résultat d'une technique telle que la pultrusion, par exemple, c'est-à-dire une extrusion d'une résine autour d'un faisceau de fibres, une véritable équitension n'était pas prévue dans le brevet français antérieur cité ci-dessus puisqu'il est dit que les fibres peuvent être guipées et présenter des boucles Par ailleurs, il est bien précisé dans ce brevet antérieur que les fibres peuvent n'être qu'éventuellement noyées dans une masse polymère Au contraire selon la présente invention on cherche à se rapprocher des caractéristiques techniques de la dentine dont la résistance moyenne à la compression est de l'ordre de 300 M Pa, la résistance moyenne au cisaillement est de l'ordre de 138 M Pa et le module d'élasticité moyen est de l'ordre de 18 G Pa environ. Avec les produits semi-finis conformes à l'invention on parvient à obtenir des tenons tels que ceux, par exemple, dont la forme a été décrite ci-dessus et qui présentent des caractéristiques mécaniques considérablement plus élevées que celles de l'art antérieur. Un tenon d'ancrage suivant l'invention a présenté, par exemple, les caractéristiques suivantes: module d'élasticité à la flexion de 80 à 145 G Pa, module d'élasticité transversal à la traction 21 G Pa, résistance à la compression longitudinale, 20 C, de 240 à 500 M Pa, résistance la traction longitudinale, à 200 C, de 1400 à 1600 M Pa, résistance à la traction transversale, à 200 C, de 75 à 85 M Pa, résistance à la flexion, à 201 C, de 1400 à 1700 M Pa, résistance à la flexion, à 600 C, de 1300 à 1600 M Pa. Si l'on prend en considération le module d'élasticité transversal, ce module a une valeur de 8,5 G Pa pour un angle d'application de l'effort de traction, par rapport à la direction transversale, de 0 et une valeur de 34 G Pa pour un angle de 200, ce qui donne une moyenne de 21 G Pa voisine du module d'élasticité transversal de la dentine qui est de 18 G Pa En ce qui concerne la résistance à la compression elle peut aller jusqu'à 500 M Pa c'est-à-dire 200-M Pa de plus que la résistance moyenne de la dentine De telles caractéristiques sont obtenues avec des matériaux composites dont 100 % des fibres sont continues d'un bout à l'autre du tenon et équitendues, ces fibres représentant 40 à 80 % du volume total du tenon c'est-à-dire du volume des fibres elles-mêmes et de la résine, les fibres étant de préférence des fibres de carbone ou de verre, les résines étant de préférence des résines époxy ou polyesters En général de tels matériaux composites ont une masse volumique de l'ordre de 1,50 à 1, 60 g/cm 3 Les caractéristiques ci-dessus indiquées sont obtenues après usinage, ce qui les différencie des matériaux de l'art antérieur qui perdent une grande partie de leurs caractéristiques lors de l'usinage des joncs obtenus, même lorsqu'ils sont constitués en matériau composite formé de fibres noyées dans une résine dès lors qu'intervient un usinage et que la nature du matériau n'est pas conçue de façon appropriée pour présenter l'anisotropie nécessaire et orientée correctement. Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention on va en décrire un exemple de réalisation étant bien entendu que celui-ci n'est pas limitatif quand à son mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. On réalise tout d'abord un matériau composite par pultrusion (ou tout autre procédé équivalent), c'est-à-dire par extrusion d'une résine époxy autour d'une mèche de fibres continues de carbone, ces fibres représentant 60 % du volume total à la sortie de l'extrudeuse, c'est-à- dire du volume comprenant les fibres et la résine après sa solidification. De préférence, conformément à l'invention, les fibres sont non seulement équitendues et donc ne présentent ni boucles, ni guipures, mais sont légèrement précontraintes Les caractéristiques mécaniques obtenues sont les suivantes: masse volumique 1,55 g/cm 3 résistance au cisaillement à 200 C 10 OM Pa résistance au cisaillement à 600 C 9 OM Pa résistance à la flexion à 200 1550 M Pa résistance à la flexion à 601 C 1450 M Pa module d'élasticité en flexion, à 200 C, 120 G Pa résistance à la traction longitudinale, à 201 C, 1500 M Pa module d'élasticité longitudinal 130 G Pa résistance à la traction transversale, à 201 C, 80 M Pa module d'élasticité moyen dans la plage angulaire de 0 à 200 de la direction de l'effort de traction par rapport à la direction transversale: 21 G Pa module d'élasticité transversal: 8 G Pa (angle d'inclinaison de la direction d'application de l'effort égal à 00) coefficient de dilatation longitudinal 0,25 X 10-6 C caractéristique au choc Charpy pour un écartement de 100 mm 125 k J/m 3 Ces caractéristiques ont été mesurées sur un jonc continu qui a été ensuite usiné, par exemple mécaniquement, par faisceau laser ou tout autre moyen équivalent, pour obtenir un tenon tel que représenté à la figure 1 Le tenon d'ancrage est constitué d'une seule pièce de révolution formée de deux parties cylindroconiques coaxiales et dans le prolongement l'une de l'autre, à savoir une partie cylindroconique supérieure 2 de grand diamètre et une partie cylindroconique inférieure 3 de plus petit diamètre La partie cylindroconique 2 comprend une tige cylindrique 4 de diamètre relativement grand a prolongé, à son extrémité inférieure par une partie tronconique 5, à petite base de diamètre b A cette petite base fait suite une tige cylindrique 6 de diamètre b laquelle se termine par une partie tronconique 7 convergeant vers le bas et dont la petite base a un diamètre c La tige cylindrique supérieure 4 de grand diamètre a permet d'assurer une rétention cylindrique à l'intérieur de la racine 1 sur une distance A de l'ordre de 3 mm Le diamètre a de cette tige 4 correspond au diamètre de jonction avec la prothèse et se trouve être renfoncé grâce à la prévision de l'étage entre les deux parties cylindroconiques 2 et 3 Le tenon d'ancrage suivant l'invention permet d'assurer également une seconde rétention cylindrique sur la longueur B correspondant à la longueur de la tige cylindrique 6 de la partie cylindroconique de petit diamètre Les troncs de cône 5 et 7 ont des hauteurs respectives hl et h 2. Dans le tenon d'ancrage tel qu'il d'être vient décrit les fibres équitendues 8 du matériau semi-fini décrit s'étendent évidemment dans le sens longitudinal et elles sont continues d'une face frontale du tenon à l'autre, en dehors bien entendu des fibres qui sont coupées dans les zones tronconiques 5 et 7. Le tableau ci-dessous donne les valeurs les dimensions en mm de divers tenons qui ont été fabriqués, qui ont donnés toutes satisfactions au cours des essais qui ont été effectués. Diamètre a 1,4 1,8 2,1 Diamètre b 1 1,2 1,4 Diamètre c 0,65 0,85 0,85 Hauteur hl 1 1 1 Hauteur h 2 1 1 1 Longueur B 2,5 3 3,5 Avec le matériau semi-fini qui a été décrit plus haut on peut réaliser d'autres formes de tenons mais les résultats ci-dessus indiqués qui sont particulièrement remarquables, ont été obtenus avec les tenons présentant la forme particulière qui vient d'être décrite. REVENDICATIONS 1. Tenon d'ancrage dentaire physiologique en matériau composite, du type à fibres de haute résistance ( 8) noyées dans une résine constituant la matrice, les fibres étant sensiblement parallèles entre elles, caractérisé en ce que les fibres ( 8) sont allongées dans le sens axial du tenon, continues -d'une extrémité à l'autre et équitendues, les tenons ainsi obtenus présentant des caractéristiques mécaniques voisines de celles de la dentine en ce qui concerne le module d'élasticité transversal et supérieur à celles de la dentine en ce qui concerne la résistance à la compression-traction dans le sens longitudinal et la résistance au cisaillement. 2 Tenon d'ancrage dentaire suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué de fibres de carbone noyées dans une matrice en résine époxy. 3. Tenon d'ancrage dentaire suivant l'une quelconque des revendications caractérisé en ce que les fibres ( 8) sont soumises à une précontrainte de traction. 4. Procédé de fabrication d'un tenon d'ancrage dentaire physiologique en matériau composite caractérisé en ce qu'on extrude une résine autour d'une mèche de fibres continues équitendues, éventuellement précontraintes en traction, et, après durcissement de la résine, on découpe le jonc de matériau composite et on usine le tenon mécaniquement ou par faisceau laser.