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Dental Tech - Le fresatrici

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Top Contributor DDU
25 Marzo 2020

Dental Tech - Le fresatrici

CHE COS’E UNA FRESATRICE?

È una macchina dotata di utensili (frese) in grado di scolpire diversi materiali grezzi, fino a realizzare tutta una serie di restauri protesici. Dal momento che la macchina scolpisce un grezzo iniziale, asportando del materiale sino al raggiungimento della forma desiderata, si parla di tecnologia sottrattiva. Esistono nel mercato diverse tipologie di fresatrici, che possono essere utilizzate per scolpire materiali come titanio, cromo-cobalto, resine, zirconia e ceramiche. Senz’altro, negli ultimi anni le macchine fresatrici hanno fatto passi avanti dal punto di vista tecnologico; la facilità d’uso dei software in dotazione ed i costi più contenuti permettono oggi all’odontotecnico di acquistare ed utilizzare un fresatore nel proprio laboratorio. Generalmente, il moderno laboratorio odontotecnico investe nella fresatura di resine, zirconia e disilicato di litio, lasciando ai centri specializzati (Figura 1) la possibilità di trattare i metalli.

Figura 1. Telaio pesante, stabilità termica, mandrini ad alta concentricità, irrigazione minimale o a emulsione e un ampio parco frese sono alcuni degli elementi che rendono la fresatrice Mikron HSM 200U LP® (GF Machining solutions, Ginevra, Svizzera) adatta ad un moderno centro di fresaggio, per la produzione di pezzi in titanio o in cromo cobalto di altissima precisione e ripetibilità dopo decine di ore di lavoro ininterrotto.

 

Questo passaggio rappresenta un’importante evoluzione per l’odontotecnico, che può realizzare le proprie lavorazioni di base senza dipendere da servizi esterni, garantendo al dentista un lavoro di alta qualità anche estetica, realizzato con standard riproducibili. La gestione dell’intero flusso dalle fasi CAD al CAM permette all’odontotecnico di crescere professionalmente, di acquisire nuovi clienti ed al tempo stesso di velocizzare il proprio lavoro. I processi produttivi sono ottimizzati. La possibilità di personalizzare le proprie strategie (intendendo per strategia l’elenco di fasi che la fresatrice deve eseguire per il graduale raggiungimento del risultato finale) e di controllare direttamente la qualità delle lavorazioni rappresentano ulteriori vantaggi per l’odontotecnico, che contribuiscono a bilanciare la spesa per l’iniziale investimento sulla macchina. È molto difficile trovare un odontotecnico che sia insoddisfatto di questo investimento! Ma l’acquisto di una fresatrice può essere interessante anche per lo studio odontoiatrico. L’acquisto di una macchina utensile che sia semplice da utilizzare, permette infatti di realizzare in studio determinate tipologie di restauri (per esempio intarsi, o provvisori in resina) che possono essere immediatamente applicati su paziente: è il chairside. Le metodiche chairside sono molto gradite ai pazienti, perché tecnologicamente avanzate; grazie ad esse, lo studio dentistico ottimizza i flussi di lavoro e guadagna in reputazione. Per esempio, in caso di frattura di un restauro provvisorio, il dentista può riprodurlo immediatamente e consegnarlo al paziente, risparmiando tempo. È chiaro che le fresatrici impiegate nel chairside sono molto più semplici delle potenti macchine impiegate nei centri di fresaggio e negli stessi laboratori odontotecnici; in studio dentistico l’odontoiatra utilizza CAD semplificati, e non può né deve cercare di sostituirsi all’odontotecnico, il cui ruolo rimane centrale, per garantire la qualità del prodotto finito. Sia per il laboratorio odontotecnico che per lo studio dentistico interessati all’acquisto di una fresatrice, la scelta deve essere fatta con attenzione alle proprie reali esigenze, prendendo in esame i principali elementi che contraddistinguono una macchina. Le aziende produttrici sono molte ed offrono una varietà di soluzioni, perciò occorrono solide conoscenze per potersi orientare al meglio nell’acquisto. Elenchiamo di seguito alcune delle principali caratteristiche da considerare, quando ci si avvicina all’acquisto di una fresatrice. Anzitutto, dobbiamo fare una prima distinzione tra fresatura per taglio e molatura per spallatura. Nella fresatura per taglio l’utensile è costituito da una o più lame, ed agisce intagliando il materiale grezzo (per esempio un disco di zirconia, oppure di resina o polimetil-metacrilato). La punta (o tagliente) è quasi sempre a testa torica o sferica (più raramente cilindrica). Diversa è la molatura per spallatura, nella quale la mola (uno stelo metallico ricoperto di diamante sintetico) non lavora tagliando ma piuttosto abradendo e levigando. In questo caso, usualmente, è la spalla del nostro utensile (e non la punta) a lavorare, il mandrino lavora ad elevata velocità e la frizione prodotta è tale da determinare temperature di lavoro altissime, è quindi necessario raffreddare lo strumento con acqua o liquido lubro-refrigerante. Usualmente, questo è il modo nel quale vengono lavorati blocchetti di disilicato di litio e compositi ceramici. Naturalmente, tale distinzione non deve essere intesa come universale: anche nella fresatura, infatti, è possibile lavorare con refrigerante. Per esempio, i metalli come il titanio vanno lavorati utilizzando refrigerante, mentre la zirconia può essere lavorata a secco. È chiaro, in ogni caso, che uno dei primi elementi da considerare quando si acquista una fresatrice è il materiale affrontabile. La potenza del mandrino e la dotazione della macchina determinano il tipo di materiali fresabili, tra i quali ricordiamo polimetil- metacrilato (PMMA), polietere-etere-chetone (PEEK), zirconia, ceramica, disilicato di litio, titanio e cromo-cobalto. Alcuni materiali infatti non possono essere fresati con una macchina senza raffreddamento a liquido (ceramiche integrali, disilicato di litio, titanio). PMMA, PEEK e zirconia possono invece essere fresati a secco. Per un laboratorio odontotecnico che intenda lavorare diversi materiali, è pertanto consigliabile acquistare due tipologie di macchine dedicate alla fresatura: una a secco e l’altra con raffreddamento (ad acqua oppure ad oli).Un altro elemento essenziale nel definire la potenza di una fresatrice è il numero degli assi di libertà. Poter disporre di un numero adeguato di assi di libertà è condizione essenziale per lo svolgimento di determinati lavori, e soprattutto per la gestione dei sottosquadri. Esistono fresatrici a 3, 4 (Figura 2) e 5 assi (Figura 3,4). Nelle fresatrici a 3 assi, l’utensile lavorante (fresa o mola che sia) si può muovere soltanto lungo 3 assi spaziali: da destra a sinistra, da avanti a dietro, dal’alto in basso; invece, nelle fresatrici a 5 assi, agli spostamenti lineari si aggiungono le rotazioni degli assi. È chiaro che maggiori sono gli assi di libertà, maggiore è la nostra capacità di raggiungere le parti di materiale che dobbiamo asportare dal pezzo, ed affrontare i sottosquadri. Esistono fresatrici a 3, 4 (Figura 2) e 5 assi (Figura 3,4).

Figura 2. DWX-4® (DGSHAPE, a Roland Company) è una fresatrice a 4 assi semplice da gestire, con un design compatto ed in grado di lavorare cera, nano compositi, PMMA e anche zirconia. Per la semplicità d’uso e la performance, è adatto non solo ai laboratori, ma anche agli studi odontoiatrici.

Figura 3. DWX-52D® (DGSHAPE, a Roland Company) è una potente fresatrice a 5 assi per il laboratorio odontotecnico. La macchina lavora zirconia, cera, PMMA, gesso, PEEK, fibra di vetro, resina composita, cromo-cobalto pre-sinterizzato in dischi e blocchi. Il cambio utensile è automatico con un magazzino utensili che ospita fino a 15 frese. (A) Dettaglio della macchina. (B) Particolare della fresatrice in azione.

Figura 4. DWX-52DCi® (DGSHAPE, a Roland Company) permette di fresare zirconia, cera, PMMA, resina composita (in disco o in blocchi), PEEK, gesso, cromocobalto pre-sinterizzato, fibra di vetro. La peculiarità di questa macchina consiste nell’avere, oltre al cambio utensile, anche il cambio del disco automatico, con 6 dischi disponibili.

 

Nelle fresatrici a 3 assi, l’utensile lavorante (fresa o mola che sia) si può muovere soltanto lungo 3 assi spaziali: da destra a sinistra, da avanti a dietro, dal’alto in basso; invece, nelle fresatrici a 5 assi, agli spostamenti lineari si aggiungono le rotazioni degli assi. È chiaro che maggiori sono gli assi di libertà, maggiore è la nostra capacità di raggiungere le parti di materiale che dobbiamo asportare dal pezzo, ed affrontare i sottosquadri. Se non possiamo inclinare, girare o angolare il pezzo durante il fresaggio, non possiamo raggiungere alcune parti di esso che, coerentemente con il progetto CAM, andrebbero fresate. Ciò può alterare la geometria del pezzo. Lavorazioni complesse come la realizzazione di ingaggi per le connessioni implantari, specie se non perfettamente allineati tra loro, non possono essere realizzate se non con una fresatrice a 5 assi. L’utilizzo di una macchina con capacità inferiore potrebbe infatti creare dei problemi. Similmente, l’asportazione di materiale all’interno di un abutment implantare in zirconia, o lo spazio interdentale tra due corone di un ponte possono essere difficilmente raggiungibili con soli 4 assi. La macchina a 5 assi entra inclinata rispetto all’asse z e quindi gestisce bene i sottosquadri, pertanto è indicata per lavori estesi o complessi (riabilitazioni con impianti multipli); viceversa, una 4 assi può gestire bene lavorazioni semplici come gli intarsi e le corone singole. Un elemento poco considerato è la potenza del mandrino. Essa, però, condiziona il tipo di grezzi affrontabili. È chiaro che un mandrino potente può affrontare materiali più difficili, come titanio o cromo-cobalto, perché è in grado di imprimere alla fresa un sufficiente torque. Un mandrino potente permette poi di ridurre i tempi di fresatura. Sull’irrigazione abbiamo già speso alcune parole. Alcuni materiali, come abbiamo detto, possono essere trattati a secco; altri, invece, richiedono necessariamente l’uso di refrigerante (Figura 5).

Figura 5. DWX-42W® (DGSHAPE, a Roland Company) è un molatore di precisione ad alta velocità, con cambio utensile automatico a 6 stazioni per fresature senza interruzioni, che lavora vetroceramiche e resina composita. (A) Dettaglio della macchina. (B) Il molatore lavora sotto abbondante irrigazione.

Ciò dipende sia dall’attrito che si genera tra la fresa ed il grezzo, e che è proporzionale alla durezza di quest’ultimo, sia da caratteristiche chimiche intrinseche al materiale grezzo che viene aggredito. Disilicato di litio, ceramici, e metalli come il titanio vanno trattati sotto refrigerante perché per le proprie caratteristiche generano a contatto con la fresa un elevato calore: ciò può surriscaldare la fresa, che va incontro a rottura. Le macchine possono essere suddivise e classificante anche in base alla tipologia di refrigerante impiegato: acqua o oli. Vi sono differenze tra queste, visibili sia nell’usura delle frese che sulla finitura dei lavori ottenuti. L’olio, spesso impiegato nelle fresatrici che lavorano i metalli, previene fenomeni di ossidazione e lubrifica efficacemente, determinando cioè una efficace riduzione dell’attrito tra il grezzo e la fresa. Ciò protegge la fresa dalla rottura, ma garantisce anche un’elevata qualità di finitura superficiale. Tuttavia, non dobbiamo dimenticare che durante il taglio del titanio si liberano scintille, e l’olio non deve essere eccessivamente infiammabile, per non esporre la macchina al rischio di incendio. Le macchine da laboratorio odontotecnico, per il trattamento del disilicato di litio e delle ceramiche, utilizzano usualmente refrigeranti a base acquosa. Resine, zirconia e cera, infine, possono essere agevolmente trattati a secco. Va detto inoltre che fresare materiali come la zirconia sotto irrigazione sarebbe addirittura controproducente: le polveri di zirconia miste ad acqua possono danneggiare la fresatrice. Un ulteriore aspetto degno di considerazione è determinato dal numero di utensili di cui la macchina dispone. La qualità del prodotto è infatti connessa alla precisione del dettaglio riprodotto dalla macchina. È assolutamente importante che la linea di margine di una protesi che verrà cementata combaci quanto più possibile con quella del moncone naturale; inoltre, i dettagli anatomici (occlusali ed interprossimali) devono essere riprodotti. Questo può essere ottenuto tanto più facilmente quanto più l’ultima fresa che interviene sia sottile. Quando una macchina a controllo numerico dispone di un limitato parco frese, si finisce a scendere a compromessi sulla qualità. La stessa efficienza della lavorazione è 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. 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 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. Un altro aspetto di rilievo è la geometria del grezzo affrontabile. Essa è spesso conseguenza delle dimensioni dell’area di lavoro. In genere, macchine di piccole dimensioni possono solo affrontare la fresatura di blocchetti, 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 delle fresatrici, a partire da un livello medio a salire, sono invece in grado di aggredire dischi standard di 98mm di diametro, mentre altre macchine, di solito esclusivamente di fascia alta, possono lavorare a partire da barre o parallelepipedi che possono raggiungere anche dimensioni maggiori. Una più estesa area di lavoro equivale ad una maggiore versatilità della macchina, che così può essere utilizzata non solo per svolgere piccoli lavori chairside, ma anche realizzazioni di ampie strutture protesiche. 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 alcune fresatrici, per scelte operate dalle aziende che li producono, risultano vincolate all’utilizzo di grezzi dalle geometrie non standard. Questo porta ad una maggiore difficoltà di approv-vigionamento dei grezzi ed una minore scelta dei materiali utilizzabili. Come sopra anticipato, le dimensioni dell’area di lavoro rappresentano uno dei fattori più importanti da tenere in considerazione. Una fresatrice, i cui assi possono muoversi solo di pochi centimetri, sarà adeguata solo per lo svolgimento di lavori quali inlays, onlays, corone singole o piccoli ponti. Una fresatrice invece in grado di muovere il mandrino su aree maggiori potrà essere usata per la realizzazione di strutture più importanti quali protesi tipo full-arch, o barre di sostegno per intere arcate. È ovvio che il maggiore contiene il minore, di conseguenza una fresatrice che abbia un’area di lavoro ampia potrà svolgere senza difficoltà anche lavori alla portata di fresatori più piccoli. Naturalmente, il peso del telaio della macchina può influire sulla precisione del restauro ottenuto. Ciò perché una macchina robusta assorbe meglio le vibrazioni della lavorazione, rispetto a quanto non possa fare una macchina leggera. Ciò è vero soprattutto per le macchine che lavorano i metalli. Infatti, oggi il progresso tecnologico permette di minimizzare l’effetto delle le vibrazioni nella lavorazione: per la produzione di restauri metal-free di qualità, non occorre più possedere una macchina pesantissima o gigante! Prendiamo infine in considerazione un’altra variabile piuttosto importante, ovvero quella del software di CAM, che permette alla macchina di lavorare. Il software di CAM genera il percorso fresa, e guida la macchina durante la lavorazione. Oggi lavorare in CAM non è difficile come lo era solamente 5 anni fa: esistono soluzioni semplici ed alla portata di tutti. Un tempo, la gestione di una fresatrice da laboratorio era piuttosto complessa, e richiedeva competenze ingegneristiche. Oggi per fortuna non è più così. La semplicità, tra l’altro, non comporta di per sé una riduzione delle possibilità operative. Fino a poco tempo fa, la distinzione principale era quella tra sistemi “aperti” e “chiusi”. Il file principe letto ed utilizzato nei sistemi “aperti” è l’STL. Tale formato è generato da diversi software CAD e può essere letto dal software CAM senza alcuna restrizione. Si tratta di una facilitazione, perché con i files STL si può lavorare interfacciando diversi software di CAD e CAM, senza restrizioni di sorta. Tuttavia, alcuni software di CAM (ormai pochi, per la verità) leggono solamente files proprietari, con specifiche estensioni, e generati da determinati software CAD. Questa può essere una limitazione operativa. Un tempo, soprattutto tra i dentisti che desideravano acquistare un sistema “chairside”, la scelta ricadeva sui sistemi chiusi: l’esigenza era quella di una notevole semplicità di lavoro. Oggi non è più così, ed è possibile lavorare in modo libero, senza restrizioni, ed in semplicità. È opinione dell’autore che quindi la scelta dovrebbe essere rivolta, anche da parte del dentista, a delle soluzioni “free”, senza restrizioni di sorta. Questo non compromette la semplicità d’uso! Last but not least, una variabile da considerare è certamente quella legata al prezzo. Oggi i prezzi si sono abbassati molto e la tecnologia si è perfezionata notevolmente. Non è più necessario acquistare delle macchine “giganti” per poter garantire lavorazioni di alta qualità! Tuttavia, è ovvio come per laboratori odontotecnici che affrontino quotidianamente masse di lavoro importanti, l’investimento possa essere anche consistente, e possa comprendere l’acquisto di diversi macchinari (inclusi quelli per la lavorazione dei metalli). Tale investimento sarà certamente ripagato in un breve lasso di tempo. Diverso è il discorso per un piccolo laboratorio che abbia pochi clienti dotati, ad esempio, di scanner intraorale, e magari poco interessati a lavorare con restauri metal-free. In questo caso, l’investimento potrà essere mirato a coprire le effettive esigenze del laboratorio: acquistando fresatrice a secco (per resine e zirconia) e forno di sinterizzazione, e lasciando ai grossi centri di fresaggio lavorazioni più complesse come strutture metalliche (barre per Toronto, ecc). Lo studio odontoiatrico dovrà invece considerare in prima battuta l’acquisto di macchinari chairside, principalmente per trattare resine composite e PMMA, lasciando i materiali più complessi da trattare (zirconia e disilicato di litio) al laboratorio. La scelta in questo senso è legata alle conoscenze del professionista. È opinione dell’autore che oggi sia possibile anche per il dentista utilizzare sistemi aperti e piccole fresatrici tecnologicamente avanzate, con grande soddisfazione, per produrre lavorazioni di qualità eccezionale. Ciò senza dovere investire cifre “monstre”. Fondamentale è saper scegliere la macchina migliore, in grado di garantire restauri di qualità elevata al giusto prezzo. La tecnologia fa sempre la differenza!

 

Pubblicato su Infodent Ottobre 2019 - Rubrica Dental Tech pag 21