Сравнительный биомеханический анализ и перспективы аддитивного производства дентальных имплантатов из оксида циркония и титана

В данной работе представлен комплексный анализ дентальных имплантатов из оксида циркония, включающий биомеханическое моделирование и оценку перспектив их изготовления методом аддитивных технологий. Целью исследования являлось обоснование эффективности применения стереолитографии для создания циркониевых имплантатов сложной геометрии и сравнение их биомеханического поведения с титановыми аналогами. На первом этапе был выполнен конечно-элементный анализ (КЭА) в среде Ansys Mechanical. Для симуляции использовалась 3D-модель системы «коронка-абатмент-имплантат», интегрированной в кортикальную и губчатую кость (рассматриваемую как ортотропный материал). К моделям из титана и циркония прикладывалась статическая нагрузка 250 Н в пяти векторных конфигурациях. Результаты расчета эквивалентных напряжений по Мизесу показали, что циркониевые имплантаты характеризуются более высокой концентрацией напряжений в теле конструкции, однако обеспечивают меньшую передачу нагрузки на окружающую костную ткань по сравнению с титановыми, особенно при косом воздействии, что благоприятно для сохранения кости. На втором этапе была реализована технология изготовления прототипа имплантата (Straumann BLT NC 8 mm) методом послойной стереолитографии (SLA) из диоксида циркония, частично стабилизированного оксидом иттрия. Данная технология позволила получить высокоточные, тонкостенные изделия сложного профиля без внутренних дефектов (трещин и пор) с минимальным количеством отходов. После синтеризации при 1400–1550 °С полученные образцы продемонстрировали значения предела прочности на изгиб порядка 1000 МПа и на сжатие 2070 МПа. Результаты исследования подтверждают, что сочетание высоких прочностных характеристик аддитивного циркония и благоприятного распределения нагрузкок на костную ткань открывает широкие возможности для персонифицированного применения керамических имплантатов в клинической стоматологии.

1. Mohseni P, Soufi A, Chrcanovic BR. Clinical outcomes of zirconia implants: a systematic review and meta-analysis. Clin Oral Investig. 2023;28(1):15. Published 2023 Dec 23. doi:10.1007/s00784-023-05401-8.

2. Sotova, C.; Yanushevich, O.; Kriheli, N.; Grigoriev, S.; Evdokimov, V.; Kramar, O.; Nozdrina, M.; Peretyagin, N.; Undritsova, N.; Popelyshkin, E.; et al. Dental Implants: Modern Materials and Methods of Their Surface Modification. Materials 2023, 16, 7383. https://doi.org/10.3390/ma16237383.

3. Grigoriev, S.; Peretyagin, N.; Apelfeld, A.; Smirnov, A.; Yanushevich, O.; Krikheli, N.; Kramar, O.; Kramar, S.; Peretyagin, P. Investigation of MAO Coatings Characteristics on Titanium Products Obtained by EBM Method Using Additive Manufacturing. Materials 2022, 15, 4535. https://doi.org/10.3390/ma15134535.

4. Grigoriev S.; Smirnov A.; Pinargote N.W.S.; Yanushevic, O.; Kriheli N.; Kramar O.; Pristinskiy Y.; Peretyagin P. Evaluation of Mechanical and Electrical Performance of Aging Resistance ZTA Composites Reinforced with Graphene Oxide Consolidated by SPS. Materials 2022, 15, 2419. https://doi.org/10.3390/ma15072419.

5. Branco AC, Colaço R, Figueiredo-Pina CG, Serro AP. Recent Advances on 3D-Printed Zirconia-Based Dental Materials: A Review. Materials (Basel). 2023;16(5):1860. Published 2023 Feb 24. doi:10.3390/ma16051860.

6. Wiedemann TG, et al. Clinical Guideline for Zirconia Dental Implants: A Comprehensive and Critical Review and Update. Jour Clin Med Res. 2024;5(3):1.

7. Chongwen Zh., Xiao Wang Advancements and challenges in the application of zirconia ceramics for dental restorations. Ceramics – Silikáty 68 (4) 610-623 (2024).

8. Chiou LL, Panariello BHD, Hamada Y, Gregory RL, Blanchard S, Duarte S. Comparison of In Vitro Biofilm Formation on Titanium and Zirconia Implants. Biomed Res Int. 2023;2023:8728499. Published 2023 Apr 15. doi:10.1155/2023/8728499.

9. Abu Al-Faraj TM, Alsubhi BM, Almarhoon AN, et al. Comparison of Peri-Implant Soft Tissue Around Zirconia and Titanium Abutments in the Aesthetic Zone: A Narrative Review. Cureus. 2024;16(7):e65782. Published 2024 Jul 30. doi:10.7759/cureus.65782.

10. Chiou LL, Panariello BHD, Hamada Y, Gregory RL, Blanchard S, Duarte S. Comparison of In Vitro Biofilm Formation on Titanium and Zirconia Implants. Biomed Res Int. 2023 Apr 15;2023:8728499. doi: 10.1155/2023/8728499. PMID: 37096222; PMCID: PMC10122594.

11. Aldhuwayhi S. Zirconia in Dental Implantology: A Review of the Literature with Recent Updates. Bioengineering (Basel). 2025;12(5):543. Published 2025 May 19. doi:10.3390/bioengineering12050543.

12. Steinherr T. Implant Materials in Focus: A Comprehensive Review of Zirconia vs. Titanium and Their Impact on Peri-Implant Health. J Oral Med and Dent Res. 5(4):1–7.

13. Abu Al-Faraj TM, Alsubhi BM, Almarhoon AN, et al. Comparison of Peri-Implant Soft Tissue Around Zirconia and Titanium Abutments in the Aesthetic Zone: A Narrative Review. Cureus. 2024;16(7):e65782. Published 2024 Jul 30. doi:10.7759/cureus.65782.

14. Aldhuwayhi S. Zirconia in Dental Implantology: A Review of the Literature with Recent Updates. Bioengineering (Basel). 2025;12(5):543. Published 2025 May 19. doi:10.3390/bioengineering12050543.

15. Solís Pinargote N.W.; Yanushevich O.; Krikheli N.; Smirnov A.; Savilkin S.; Grigoriev S.N.; Peretyagin P. Materials and Methods for All-Ceramic Dental Restorations Using Computer-Aided Design (CAD) and Computer-Aided Manufacturing (CAM) Technologies – A Brief Review. Dent. J. 2024, 12, 47. https://doi.org/10.3390/dj12030047.

16. Yiqiao Wang, Le Fan, Zhichao Hao, Yaxiong Liu, Yuanyuan Ma, Weichang Li, Tao Yang, Wei Teng, 3D-printing bionic-patterned zirconia via stereolithography promotes soft tissue integration for ceramic implants, Ceramics International, Volume 49, Issue 13, 2023, Pages 21602-21612, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.03.296.

17. Ahmed Yaseen Alqutaibi, Mohammed Ahmed Alghauli, Marwan Hamed Awad Aljohani, Muhammad Sohail Zafar, Advanced additive manufacturing in implant dentistry: 3D printing technologies, printable materials, current applications and future requirements, Bioprinting, Volume 42, 2024, https://doi.org/10.1016/j.bprint.2024.e00356.

18. Yiqiao Wang, Le Fan, Zhichao Hao, Yaxiong Liu, Yuanyuan Ma, Weichang Li, Tao Yang, Wei Teng, 3D-printing bionic-patterned zirconia via stereolithography promotes soft tissue integration for ceramic implants, Ceramics International, Volume 49, Issue 13, 2023, Pages 21602-21612, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.03.296.

19. Branco AC, Colaço R, Figueiredo-Pina CG, Serro AP. Recent Advances on 3D-Printed Zirconia-Based Dental Materials: A Review. Materials (Basel). 2023;16(5):1860. Published 2023 Feb 24. doi:10.3390/ma16051860.

20. Mohammed Alghauli, Ahmed Yaseen Alqutaibi, Sebastian Wille, Matthias Kern, 3D-printed versus conventionally milled zirconia for dental clinical applications: Trueness, precision, accuracy, biological and esthetic aspects, Journal of Dentistry, Volume 144, 2024, 104925, https://doi.org/10.1016/j.jdent.2024.104925.

21. Branco AC, Colaço R, Figueiredo-Pina CG, Serro AP. Recent Advances on 3D-Printed Zirconia-Based Dental Materials: A Review. Materials (Basel). 2023;16(5):1860. Published 2023 Feb 24. doi:10.3390/ma16051860.

22. Solís Pinargote N.W.; Smirnov A.; Peretyagin N.; Seleznev A.; Peretyagin P. Direct Ink Writing Technology (3D Printing) of Graphene-Based Ceramic Nanocomposites: A Review. Nanomaterials 2020, 10, 1300. https://doi.org/10.3390/nano10071300.

23. Smirnov A., Volosova M., Peretyagin P., Bartolomé J.F. Tribological behaviour of a 3Y-TZP/Ta ceramic-metal biocomposite against ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE), Ceramics International, V. 44, Issue 2, 2018, P. 1404–1410. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.09.186.

24. Sergeev Yuriy Andreevich, Dolgalev Alexander Alexandrovich, Choniashvili David Zurabovich, Avanisyan Vazgen Mikhailovich. The usage of the finite element analysis in the design of new dental implant systems // IJIM. 2023. № 1.

25. Reddy MS, Sundram R, Eid Abdemagyd HA. Application of Finite Element Model in Implant Dentistry: A Systematic Review. J Pharm Bioallied Sci. 2019;11(Suppl 2): S85–S91. doi:10.4103/JPBS.JPBS_296_18.

26. Liao SH, Tong RF, Dong JX. Influence of anisotropy on peri-implant stress and strain in complete mandible model from CT. Comput Med Imaging Graph. 2008 Jan;32(1):53–60. doi: 10.1016/j.compmedimag.2007.09.001. Epub 2007 Oct 24. PMID: 17951028.

27. Cristina Falcinelli, Francesco Valente, Marcello Vasta, Tonino Traini, Finite element analysis in implant dentistry: State of the art and future directions,Dental Materials, V. 39, Issue 6, 2023, P. 539–556, https://doi.org/10.1016/j.dental.2023.04.002.

28. Proc IMechE Part H: J Engineering in Medicine 1–12 IMechE 2023 Article reuse guidelines: sagepub.com/journals-permissions.