Avaliação do comportamento mecânico e distribuição de forças em implantes dentários híbridos e curtos comparando diferentes designs: análise por ensaios mecânicos e elementos finitos - Casalle, Nicole [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
O objetivo do presente estudo foi analisar o comportamento mecânico e a distribuição de forças de implantes dentários híbridos, de diferentes geometrias, instalados em região de maxila posterior, pelo método de elementos finitos (MEF). Os modelos virtuais e físicos foram incialmente gerados a partir do software de CAD Rhinoceros 7® da McNell, utilizando como base a estrutura óssea de um segmento posterior de maxila, desenvolvida por meio do protocolo BioCAD. Para o MEF foi confeccionada malha 3D tetragonal de primeira ordem. Implantes de duas diferentes conexões protéticas, hexágono externo (HE) e grand Morse (GM), foram simulados na análise computacional e submetidos a cargas oblíquas de 100N com angulação de 30º em relação ao longo eixo do implante. Os campos de deslocamentos e tensões foram comparados entre os implantes. O experimento de correlação digital de imagem (DIC) foi realizado nos modelos físicos para validar a análise computacional. Para a DIC, foram impressos corpos de prova em poliamida por meio da tecnologia de manufatura aditiva SLS (Selective Laser Sintering), pela impressora HIQ (Sinterstation), onde os implantes foram instalados e posteriormente carregados com carga oblíqua de 24N. Em outra análise de elementos finitos, implantes GM modificados na região apical, nomeados de acordo com os cortes realizados no ápice: C- controle (sem corte apical); B- bi-partido; T- tri-partido; Q- quadri-partido, foram submetidos a ação de um movimento de rotação em relação ao eixo longitudinal dos implantes. Uma análise qualitativa foi feita entre os dois experimentos, confirmando a mesma tendência de deslocamentos entre os modelos físicos e virtuais para os dois implantes analisados. Análises de deslocamentos e distribuição de tensões foram obtidas para os implantes GM e HE. Comparativamente, houve maior deslocamento na plataforma do modelo HE, obtendo valores de 1,339E-1 (0,1399 mm), em comparação com o modelo GM, onde para as mesmas condições obteve-se um deslocamento de 2,080E-2 (0,0208 mm). O modelo HE apresentou uma tensão de von Mises menos distribuída e de maior intensidade de 148,4 MPa, enquanto o modelo GM apresentou tensão de von Mises de 99,03 MPa, juntamente com maior dissipação de tensões. Os valores de Tensão Principal Máxima foram maiores para o modelo GM do que para o HE. Os implantes GM modificados também foram comparados em relação aos deslocamentos totais e as tensões de von Mises. Quanto ao deslocamento, o implante C, apresentou maior tendência a deslocar que os demais, 14,36% maior. Os implantes com os cortes, tiveram deslocamentos parecidos, sendo o menor valor evidenciado no implante T. Em relação a tensão de von Mises, o implante T apresentou o maior valor entre os implantes, já no implante C, foi possível notar diferença no padrão de comportamento mecânico em relação aos implantes com os cortes. Os resultados deste estudo mostraram que foi possível encontrar padrões semelhantes no comportamento mecânico dos implantes analisados entre o MEF e a DIC. Porém, um maior controle de ambas as técnicas deve ser tomado para que possa haver uma validação entre os métodos. Pode-se concluir que as diferentes geometrias influenciaram o comportamento mecânico dos implantes analisados.

The aim of the present study was to analyze the mechanical behavior and force distribution of hybrid dental implants with different geometries installed in the posterior maxilla using the finite element method (FEM). Virtual and physical models were initially generated using Rhinoceros 7® CAD software from McNell, based on the bone structure of a posterior maxilla segment developed through the BioCAD protocol. A first-order tetragonal 3D mesh was created for the FEM. Implants with two different prosthetic connections, external hexagon (HE) and grand Morse (GM), were simulated in the computational analysis and subjected to oblique loads of 100N with an inclination of 30º relative to the long axis of the implant. The displacement and stress fields were compared between the implants. Digital image correlation (DIC) experiments were performed on the physical models to validate the computational analysis. For DIC, test specimens were 3D printed in polyamide using selective laser sintering (SLS) technology with the HIQ (Sinterstation) printer, where the implants were installed and subsequently loaded with an oblique force of 24N. In another finite element analysis, modified GM implants in the apical region, named according to the cuts made at the apex: C - control (no apical cut); B - bi-parted; T - tri-parted; Q - quadri-parted, were subjected to a rotational movement relative to the longitudinal axis of the implants. A qualitative analysis was conducted between the two experiments, confirming the same trend of displacements between the physical and virtual models for the two implants analyzed. Displacement and stress distribution analyses were obtained for GM and HE implants. Comparatively, there was greater displacement in the platform of the HE model, with values of 1.339E-1 (0.1399 mm), compared to the GM model, where under the same conditions, a displacement of 2.080E-2 (0.0208 mm) was obtained. The HE model exhibited less distributed and higher intensity von Mises stress of 148.4 MPa, while the GM model showed von Mises stress of 99.03 MPa, along with greater stress dissipation. The maximum principal stress values were higher for the GM model than for the HE model. The modified GM implants were also compared in terms of total displacement and von Mises stress. Regarding displacement, implant C showed a greater tendency to displace than the others, 14.36% higher. The implants with cuts had similar displacements, with the lowest value observed in the T implant. In terms of von Mises stress, implant T exhibited the highest value among the implants, whereas implant C exhibited a different pattern of mechanical behavior compared to the implants with cuts. The results of this study showed that it was possible to find similar patterns in the mechanical behavior of the analyzed implants between FEM and DIC. However, greater control of both techniques should be taken to enable validation between the methods. It can be concluded that the different geometries influenced the mechanical behavior of the analyzed implants.
Evaluation of mechanical behavior and force distribution in hybrid and short dental implants comparing different designs: analysis by mechanical teste and finite elements
Keywords: Implantes dentários; Análise de elementos finitos; Fenômenos biomecânicos; Dental implants; Finite element analysis; Biomechanical phenomena