Issue 18

F. Felli et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 18 (2011) 14-22; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.18.02 14 Fatigue behaviour of titanium dental endosseous implants Ferdinando Felli, Daniela Pilone, Alessandro Scicutelli Sapienza Università di Roma, Dip. Ingegneria Chimica Materiali e Ambiente, Via Eudossiana 18, 00184 Roma, Italy ferdinando.felli@uniroma1.it R IASSUNTO . Tra gli impianti dentali quelli endossei sono i più diffusi. Un impianto dentale endosseo si inserisce direttamente nell’osso a cui si fissa per tutta la sua lunghezza. Può avere forme diverse anche se attualmente gli studi scientifici riportano una percentuale di successi nettamente più elevata per gli impianti a vite e a cilindro. Nel corso degli anni sono state sviluppate varie tipologie di impianti dentali permanenti che sono poi stati modificati in base all’esperienza applicativa, alle numerose ricerche e ai test eseguiti ottenendo sostanziali miglioramenti in termini di durabilità, resistenza, migliore osteointegrazione ecc. In questo lavoro sono stati analizzati due tipi di impianti per valutarne la resistenza meccanica. Un impianto concepito e prodotto alla fine degli anni ‘90 ed ancora in uso in quei pazienti sottoposti ad implantologia fino a circa 10 anni fa, e uno di concezione più recente. Tali impianti sono stati testati a fatica con un sistema appositamente progettato e realizzato in modo da simulare le sollecitazioni reali agenti su di essi durante la masticazione. I risultati di tali test sono stati riportati sotto forma di diagrammi tipo Wohler che forniscono il limite di fatica al di sotto del quale le protesi potrebbero resistere indefinitamente. Lo studio condotto ha voluto anche valutare l’influenza della presenza di un eventuale mezzo corrosivo (NaCl) e l’analisi delle deformazioni e delle superfici di frattura dei campioni. I test condotti hanno evidenziato che il comportamento a fatica non sembra essere influenzato dalla presenza di un ambiente aggressivo quale quello costituito da soluzioni saline. Molto più influente è risultato invece il disegno dell’impianto. L’analisi delle superfici di frattura ha permesso di individuare le aree di innesco della frattura ed i meccanismi di propagazione. In tutti gli impianti esaminati l’innesco si localizza nelle aree in cui l’intensificazione degli sforzi è maggiore. I risultati dell’analisi agli elementi finiti, condotta su uno dei campioni, è in accordo con il tipo di frattura osservato dopo i test. L’analisi SEM delle superfici di frattura, caratterizzate delle tipiche striature di fatica, hanno mostrato inoltre una chiara similitudine tra il tipo di frattura intercorso nei provini testati in laboratorio e quello osservato sugli impianti rimossi da alcuni pazienti perché avevano ceduto dopo un certo periodo di servizio. A BSTRACT . In this work two different titanium dental implants are analyzed in order to evaluate their mechanical strength. An ad-hoc designed experimental apparatus is prepared to test against fatigue these implants in a way that approximates as much as possible the actual stresses occurring during mastication motion. The results of these endurance tests are summarized in the form of Wohler-type diagrams showing the duration of a specific implant for different applied loads. These plots show a fatigue limit below which the implants could resist indefinitely. Other aspects of this research concern the influence of a potentially corrosive medium and the analysis of the deformation and failure of the specimens. During fatigue cycling, the titanium implants do not seem to be affected by a more aggressive environment, such as a saline solution. The analysis of the broken specimen allowed the crack initiation sites and the type of fracture propagation to be investigated in depth. In all the considered implants fatigue cracks were seen to initiate preferentially from sites in which the tensile stress concentration is the highest. The results of a finite element analysis performed on one of the specimens is in good agreement with the failure mode observed after the tests. The SEM fracture surface analysis shows a clear