פיתוח מכשירים שיניים עמידים לחבושת הוא אתגר הנדסי קריטי המשפיע ישירות על תוצאות קליניות, בטיחות המטופל, והכלכלה של תרגול שיניים.סביבה הפה הקשה - המתפרסמת על ידי שטף pH, עומסים מכניים גבוהים, קיצוניות טמפרטורה במהלך הליכים, מחזורי סטריליזציה אגרסיביים - מדביקים מכשירים ללחצים מורכבים.

טריבולוגיה בסביבה הפה

Tribology, המדע של אינטראקציה משטחים בתנועה יחסית, הוא מרכזי ביצועי כלי שיניים.בפה, מכשירים לעסוק לא רק עם רקמות קשיחות (מייל, דנט) ורקמות רכות (שינגווה, mucosa) אלא גם עם חומרים מנוחה כגון מסובכים, קרמיקה ומתכות.

פריצה ודור חום

פריצה בין מכשיר חיתוך ומבנה השן יוצרת חום, אשר יכול לגרום ערפיליות תרמית של רקמת pulp, להפחית את החדות האפקטיבי של המכשיר, ולקדם ללבוש דבקים.לדוגמה, במהלך ניתוח יד מהירה גבוהה, טמפרטורות מקומיות יכול לעלות על 200 מעלות צלזיוס אם קריר הוא לא מספיק.זה עומס תרמי מאיץ שינויים בשלבי פלדה, לרכך את קצה חיתוך ומובילה לכשל מוקדם, קריפטומטריה מתאימה (כלומר, ניקוי).

Dominant Wear Mechanisms

ללבוש Abrasive הוא המנגנון הנפוץ ביותר בכלי שיניים, המתרחש כאשר חלקיקים קשים מ enamel או חומרים מנוחה לחתוך לתוך משטח כלי רך יותר. Adhesive ללבוש, או העברה חומרית בין המכשיר לבין העבודה, יכול להתרחש כאשר microwelds מקומי ולאחר מכן Shear ללבוש תוצאות של טעינה מחזורית חוזרת, המוביל להפצת סדקים תת-קרקעית ו-במיוחד בקבצי חומצה ליבתים, אשר יכול להחמיר את העייפות.

אתגרים בחירה חומריים

בחירת חומר בו זמנית מציעה קשיחות גבוהה, קשיחות, עמידות קורוזיה, ו ביו-קו-התאמה היא האתגר המדעי החומרי המרכזי בפיתוח כלי שיניים.כל חומר מועמד כולל עצירות מסחר.

פלדה ללא סטיות

פלדות חלד מרגנטי, כגון 420 ו-440C, משמשים נרחב כי הם יכולים להיות מטופלים בחום קשה גבוהה (עד 60 HRC), עם זאת, ההתנגדות קורוזיה שלהם מוגבלת בהשוואה ציוני אנוסטטי, והם עשויים לעבור מבולעת חום או קריקטורט בסביבות כלור-קשה.

קובלט-Chromium Alloys

סגסוגת Co-Cr, כגון CoCrMo, מציעים התנגדות ללבוש מעולה והתנגדות קורוזיה, מה שהופך אותם מתאימים בורסים, תרגילים, וכלי השתלת אסטטית שלהם. הקשיחות גבוהה שלהם ומודולוס גמישים לספק יציבות חיתוך, אבל ⁇ הם קשה מכונה וחדד.L או אבקת מתכת יכול לייצר צורות ליד-net, אבל לאחר עיבוד טיפול חום חייב להיות מבוקר בזהירות כדי למנוע משקעים והימנעות.

טיטניום טיטניום Alloys

Ti-6Al-4V וסגסוגת טיטניום אחרים מועדות להתנגדות קורוזיה שלהם, ביו-תחרותיות ודחיסות נמוכה, אבל יש להם התנגדות יחסית גרועה ללבוש עקב קשיחות נמוכה ונטייה גבוהה לדבקות. משטח nitriding, חמצון, או ציפוי עם TiN או DLC הוא לעתים קרובות הכרחי כדי לשפר ביצועים תלת-חמצני.

ניקל טיטניום (Nitinol)

NiTi shape Memoryסגסוגתs מהפכה endodontics על ידי מתן גמישות סופרליסטית המפחיתה את הסיכון של תחבורה קנאלית. עם זאת, NiTi יש התנגדות ללבוש מוגבל בהשוואה פלדה: שכבת תחמוצת שלה (TiO2) היא דקה, יכול להיות משבש, המוביל לגלם ומיקרו-Cracking. Cyclic התנגדות תלויה בטרנספורמציה של שלב ⁇ והשלמת התקדמות אחרונה כוללים טיפולים מבוקרים כדי ליצור שלב של גמישות, תוך שיפור איטי יותר, תוך שמירה על עמידות.

Ceramics

Ceramics כגון תחמוצת אלומיניום (alumina), zirconia, וסיליקון nitride מציעים קשיחות קיצונית וחוסר אינרציה כימית, אבל גבולות העפעפיים שלהם להשתמש בכלים כי חייב לעמוד מול הכפייה או השפעה. Zirconia-toughated alumina (ZTA) מרוכבים לשפר את הקשידות, אך ייצור צורות מורכבות נשאר יקר.

Tungsten Carbide

Tungsten carbide מורכב (למשל, WC-Co) הם בין החומרים הקשים ביותר בשימוש ב- burs שיניים.הם מספקים יעילות חיתוך מעולה ועמידות, אבל הכבל cobalt יכול לטבול בסביבה חומצית, ואת החומר הוא נוטה לעייפות שבר. carbide burs הם בדרך כלל מכוס דק של TiN או DLC כדי להפחית חיכוך ולשפר את ההתנגדות.

הנדסה וחיפוי

החלת ציפויים קשים דקים למכשירים שיניים יכולה להפחית באופן דרמטי את החיכוך, לעכב ללבוש דבקים דביקים וקורוזיביים, ולהרחיב את חיי השירות.האתגר הוא להשיג דבקות חזקה למצע תוך שמירה על השלמות של הציפוי תחת עומסים גבוהים ו סטריליזציה.

יהלום כמו פחמן (DLC)

ציפוי DLC משלב קשיחות גבוהה (10-30 GPa), משככי חיכוך נמוך (0.1-0.2), ו אינרציה כימית מעולה.הם יעילים במיוחד על נירוסטה פלדה טיטניום substrates. עם זאת, סרטי DLC יכולים להתפורר תחת לחץ דחוס גבוה אם עיצוב בין שכבה הוא suboptimal.

טיטניום ניטרד (TiN) ואלומיניום טיטניום ניטר (AlTiN)

ציפוי TiN, המוכר בקלות על ידי צבע הזהב שלהם, לשפר את ההתנגדות ללבוש להפחית את הדבקות במבנים השן. אל-TiN ציפויים מציעים קשיחות חמה גבוהה והתנגדות חמצון, מה שהופך אותם מתאימים לחיתוך מהיר במהירות גבוהה שבו הטמפרטורות יכולות לעלות על 800 מעלות צלזיוס. ציפויים אלה מוחלים באמצעות נפיחות פיזית (PVD) ודורש משטח תת-מסוג נקי כדי להבטיח את הציפוי (μly) 1- 1-מטר) להיות מגובה אחיד) על ידי לחץ על ידי ריכוז אחיד (pרטי) על ידי לחץ יחיד).

Zirconium Nitride (ZrN) ו Chromium Nitride (CrN)

ציפוי ZrN מספק התנגדות קורוזיה ואמצעי חיכוך נמוך יותר מאשר TiN בסביבות מסוימות. ציפוי CrN הם צפופים יותר ויש להם התנגדות ללבוש טובה יותר בעומסים גבוהים.שניהם נחקרו עבור להבים הקרסול ו סיביות קידוח.

המונחים: Surface Texturing

בנוסף לציפויים, טקסט פני השטח (למשל, מבנים מבוססי פני השטח בלייזר, מיקרו-דגמנים) יכול להפחית את אזור מגע, מלכודות ללבוש פסולת, ולקדם שימור lubricant. טקסט נחקר על סיביות קידוח ושמיכות בוררות כדי למזער חימום חיכוך.האתגר הוא מדרג טקסט מורכב גיאומטריה מורכבת ללא סיבוכים מכניים.

ייצור ובקרה איכות

הפחתת מכשירים שיניים עמידים ללבוש דורש שליטה הדוקה על כל שלב הייצור: ברירה חומרי גלם, זיוף או מאצ'ינג, טיפול חום, סיום פני השטח, חיפוי ציפוי, ו אימות סטריליזציה.אפילו סטייה קטנה יכולה להוביל לביצועים תלת-קרבולוגיים לא עקביים.

טיפול חום ומיקרו-מבנה

עבור פלדות מרטיניות, הטמפרטורה המוגברת, קצב הקוקז, ומזג מחזורים לקבוע את הקשידות האחרונה ואת הקשידות. undesirable נשמר austenite יכול לרכך את החומר, בעוד שפחמימות מוגזמת יכול לשפשף אותו. in NiTi ⁇ s, את הטמפרטורות (Ax, Mx) רגישים מאוד לקומפוזיציה והיסטוריה תרמית.

עקבו אחרי Adhesion and Thickness

תהליכים ציפוי PVD דורשים ניקוי ion ולפעמים אינטרקלרציה מתכתית כדי לקדם את הדבקות. Substrate גסות חייב להיות אופטימיזציה: יותר מדי מובילי גלם כדי צליף וכיסוי גרוע; חלק מדי להפחית את ההתערבות המכנית. פוסט-בדיקה באמצעות בדיקות שריטות, רוקוול אינדנציה, או סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים הוא קריטי לזהות את הדיכאון או microcracks.

תאימות ל-Sterilization Compatibility

Autoclaving (Steam sterilization) חושף מכשירים ל- 121-134 ° C ולחות גבוהה, אשר יכול לגרום קורוזיה של פלדה בלתי מזוקקת ולהאיץ את הציפוי.מכשירים חייבים להיבדק עבור מחזורים סטריליזציה מרובים כדי להבטיח יושרה ציפוי והתנגדות קורוזיה.

שיטות בדיקה והערכה

בדיקות טריבולוגיות אמין הוא חיוני כדי לאמת חומרים חדשים ועיצובים.שיטות סטנדרטיות כוללות pin-on-disk, כדור-on-disk, ו reciprocating בדיקות, אבל אלה עשויים לא לשכפל את העומס המורכב ואת התנאים הסביבתיים בפה.

בדיקות קליניות

עבור מכשירים חיתוך, בדיקות חיתוך ליניאריות על גבי גפן או שיניים אנושיות למדוד יעילות, כוח, ללבוש התקדמות.המבחן מבוצע לעתים קרובות תחת השקיה מים כדי לדמות שימוש קליני.עבור קבצים אנדודוניים, בודקי עייפות מחזוריים החלים החלפת עומסים מתפתלים בלחמת מוגדרת עד ששבר מתרחש. טוריטורסציונאליים מודדים את התוספת המקסימלית בכישלון, אשר קריטי למניעת הפרדה יכול מבפנים.

בקרת הסביבה

יש לבצע בדיקות בלבוש מלאכותי, אשר קרוב ל- pH של הסביבה הפה, כוח איטוני, ותוכן חלבון.נוכחות של ממרן וחלבונים אחרים של סיבולת יכול לשנות את ההתנהגות הטריבולוגית על ידי יצירת סרט סיכה גבול. חלק מהמחקרים כוללים גם חשיפה לסירוגין לתנאי חומצה (pH 4-6-6) כדי מודל ההשפעה של חומצות תזונתיות או חילוף החומרים חיידקיים.

טכניקות ניתוח משטח

לאחר בדיקת ללבוש, מכשירים נבדקים באמצעות פרוטנומטריה אופטית או מיקרוסקופיות כוח אטומי (AFM) כדי לכמת גסות פני השטח ואובדן החומרי.SEM (SEM) חושף מנגנונים ללבוש - groovesive, העברה דבקה, פיזור, microcracks. Energy-disive X-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) מזהה חומרים או ציפוי X-D.

כיוונים עתידיים בטריבולוגיה עבור מכשירים שיניים

דחיפה למכשירים ארוכי טווח, בטוחה יותר ממשיכה להניע חדשנות בחומרים ובעיצוב.כמה טכנולוגיות מתפתחות מציעות הבטחה.

ננודור ו-Gateient Coatings

ציפויים רב-שכבות או ננו-מבנים (למשל, DLC /TiN multilayers, TiAlN /TiN ננולמידים) משלבים את הקשיות של קרמיקה עם הקשיות של שכבות מתכת על ידי deflecting סדקים בממשקים. ציפויים גרפיים אשר עוברים בהדרגה ממצע קשיח לשכבה חיצונית קשה להפחית את הלחץ שגורם לדיכאון.

משטחים ביומטיים

בהשראת מבנים טבעיים כגון עור כריש או עלים לוטוס, משטחים ביומטיים יכולים להפחית את הדבקות והחיכוך חיידקי בו זמנית.לדוגמה, מבני משטח מחזוריים הנגרמים לייזר (LIPSS) על טיטניום ליצור אפקט על-ידי הידרופובי הדוחק ביופיל תוך צמצום החיכוך.

ייצור תוספת (3D הדפסה)

אבקת לייזר אבקת היתוך או אלקטרונים נמס יכול לייצר כלי מורכב גיאוגרפית (למשל, ערוצי קירור פנימיים, חיתוך שטף מותאם אישית) כי הם בלתי אפשרי עם מאצ'ינג קונבנציונלי. לייזר מבוזר (SLM) של סגסוגת NiTi הוא אזור פעיל במיוחד: על ידי שליטה בתנאי בריכה נמס, את התנהגות השינוי ניתן לכוון באופן מקומי, יצירת מכשירים עם גמישות משתנה לאורך אורך שלהם.

חומרים עצמיים

חומרים Composite המשלבים לובקטריטים מוצקים כגון molybdenum disulfide (MoS2), גרפיט, או hexagonal boron nitride (hBN) יכול לספק סיכה טבועה טבועה טבועה טבועה מטבעית.במכשירים שיניים, אלה משמשים בדרך כלל כמו ציפויים או כמו בשלב מפוזר במריצה מתכתית.האתגר הוא שמירה על הזמינות של lubricantt על פני הכלי ללא חלקיקים מזיקים.

השלכות מעשיות על תרגול קליני

מכשירים עמידים בלבוש להפחית את תדירות ההחלפה, הורדת העלות להליך ולהפחית את הסיכון של שבר כלי במהלך השימוש. שארפר חיתוך הקצוות דורשים פחות כוח מוחל, אשר מפחית עייפות מפעיל ומשפר נוחות המטופל. עבור קבצים endodontic, שיפור torsional ועייפות ההתנגדות ישירות להפחית את שכיחות של היפרדות כלי - זמן יקר וקבוע.

משטרי סטריליזציה גם נהנים: מכשירים המתנגדים לקורוזיון ודבקות ציפוי יכולים לעמוד יותר מחזורים ללא דהגרד, צמצום הצורך בחדד או החלפת תכופים.תרגולים יכולים לשמור על רמה גבוהה יותר של אמינות עם מחזור מלאי נמוך יותר.

מסקנה

אתגרים Tribological בפיתוח מכשירים שיניים עמידים ללבוש הם רב פנים, מעורבים בין המשחק של בחירה חומרית, הנדסה פני השטח, דיוק הייצור וגורמים סביבתיים.על ידי התייחסות שיטתית מנגנונים של חיכוך ללבוש - abrasion, דבקות, עייפות, קורוזיות, להמשיך הדבקה, ו fretting -researchers ויצרנים יכולים לחדש לעבר מכשירים אחרונים, לבצע יותר, צפוי, ולשפר את הטכניקות מתקדמות כגון DLCD.

(ב) לקריאה נוספת על הטריבולוגיה של חומרי שיניים, מתייחסת לסקירה של מנגנונים בנוגע לרכיבה במנגנוני שיניים ב-IIRVERFLT:1 ו-FLT:2a study on DLC-coated Endodontic FilesFLT:3 , 000 תובנות נוספות לטקסטים נוספים לצמצום החיכוך ב-Fialph:5 ו-Flops for the Scholars for the 7.