Avaliação numérica da resistência ao impacto de diferentes protetores bucais para uso desportivo

Abstract

Purpose: Numerical Evaluation of the impact resistance of different mouthguards for sportive use, with different geometries and constituent materials. Implementation of a new methodology for the manufacture of these by 3D printing, in order to facilitate the production of this equipment. The main motivation for this project is the low efficiency of the existing equipment that reduce the acceptance by potential users.Method: Initial acquisition of medical image files, by cone beam computed tomography, and stereolithographic files, by scanning the dental arches with intraoral Scanner. These files were processed in Materialise Mimics software and Geomagic Studio Software, in order to obtain a three-dimensional model of bone, teeth, soft tissue, mouthguard (3 different). After the assembly of the models, the first with the compact mouthguard of 4mm, the second with mouthguard divided into three layers with a total of 4mm and the third with mouthguard with the implementation of interior air holes, the files were imported to ADINA System in the parasolid format, in order to modulate the finite elements.In order to complement and justify the results, the simple plate models were also built with the help of Solidworks Software, each one consisting only of a quadrangular plate and a collision object (sphere). Imported for the ADINA System in parasolid format, a modulation of the finite elements was done in four types of plates, solid plate, plate with three layers of different constituent materials, plate with oval shaped empty spaces and plate with hexagonal shaped empty spaces.Finally, it was done a simulation of a frontal load, in the case of the complete model with mouthguard, and central load, in the case of the model with the plates, with an energy of 4,4J.Results: The insertion of a protective device reduces displacement and strain of teeth and the bone, as well as the stress felt by them and deformation energy density. Eva foam material and insertion of air holes in the inner layer of the equipment proved to be advantageous.Conclusions: Layered and compact mouthguards reduce harmful effects on impacts of a soft and rigid object, respectively. The equipment that best fulfills its protective function was the one whose inner layer is air filled.

Objetivo: Avaliação numérica da resistência ao impacto de diferentes protetores bucais para uso desportivo, com diferentes geometrias e materiais constituintes. Apresentação de uma nova metodologia de fabrico destes por impressão 3D, de modo a facilitar a produção deste equipamento. A motivação para este projeto passa pela baixa eficácia do equipamento existente atualmente que leva à reduzida aceitação por parte de potenciais utilizadores.Método: Inicialmente foi feita a aquisição de ficheiros de imagem médica, por tomografia de feixe cónico, e de ficheiros estereolitográficos, provenientes da leitura das arcadas dentárias com Scanner intraoral. Procedeu-se ao processamento destes ficheiros, no Materialise Mimics software e no Geomagic Studio Software, com o objetivo de construir diferentes modelos tridimensionais de osso, dentes, tecido mole, protetor bucal (3 diferentes). Após a montagem dos modelos, o primeiro com protetor bucal maciço de 4mm, o segundo com protetor bucal dividido em três camadas com um total de 4mm e o terceiro com protetor bucal interiormente preenchido por ar, os ficheiros foram importados para o ADINA System em formato parasolid, com o objetivo de ser feita também a modulação dos elementos finitos.De modo a complementar e justificar resultados, foram construídos também modelos de placas simples, com o auxilio do Solidworks Software, sendo cada um constituído apenas por uma placa quadrangular e um objeto de colisão (esfera). Importando estes ficheiros também para o ADINA System em formato parasolid, foi feita a modulação dos elementos finitos em quatro tipos de placas: placa maciça, placa com três camadas de materiais constituintes diferentes, placa com orifícios de ar de forma hexagonal e placa com orifícios de ar de forma oval.Procedeu-se, por fim, à simulação de uma carga frontal, no caso do modelo completo com protetor bucal, e central, no caso do modelo das placas, com uma energia de 4,4J.Resultado: A inserção de um equipamento de proteção reduz o deslocamento e a deformação dos dentes e do osso, assim como a tensão nos mesmos e a energia específica de deformação. O material Eva Foam mostrou-se vantajoso assim como a inserção de orifícios de ar em camadas internas do equipamento de proteção. Conclusões: Os protetores bucais com camadas e maciços mostraram diminuir efeitos nocivos aquando de um impacto de um objeto rígido e mole, respetivamente. O equipamento que melhor cumpriu a sua função de proteção foi aquele cuja camada interior é constituída por ar.