سیم ارتودنسی از چه موادی ساخته شده است؟

در این مقاله قصد داریم به بحث راجع به جزئیات و ویژگی های مکانیکی و فیزیکی موادی بپردازیم که برای ساخت سیم کمانی ارتودنسی مورد استفاده قرار می گیرند.

سیم های کمانی ارتودنسی از جمله ابزارهای ثابت مورد استفاده در درمان ارتودنسی هستند که جابجایی های لازم دندان ها را به عنوان بخشی از جابجایی های ارتودنتیک انجام می دهند. مواد متنوعی مانند فلزات، آلیاژها، پلیمرها، و کامپوزیت ها برای تولید سیم های کمانی ارتودنسی استفاده می شوند. ویژگی های سیم های ارتودنسی با تست های آزمایشگاهی متنوعی مانند تست های کشش، پیچش، و خمش مورد ارزیابی قرار می گیرند. با این حال، شرایط دهانی می توانند روی رفتارهای آنها تأثیر بگذارند و مهم است ارتودنتیست از ویژگی های سیم های کمانی و نیز نکات بالینی آنها اطلاع داشته باشد تا به بهترین نتایج دست یابد.

علم مواد در سال های اخیر پیشرفت سریعی داشته است. تا دهه 1930، طلا تنها فلزی بود که در ساخت سیم های ارتودنسی استفاده می شد. پولاد ضد زنگ، با استحکام بالای خود، ضریب الاستیک (انعطاف پذیری) بالاتر، مقاومت فوق العاده در برابر ساییدگی، و هزینه متوسط، در سال 1929 به بازار معرفی شد و ظرف مدت کوتاهی به شهرتی بالاتر از آلیاژ طلا دست یافت.

از آن زمان به بعد، ارتودنسی مسیری بس طولانی را پیموده است. آلیاژهای مختلفی مانند کبالت- کرومونیوم، نیکل- تیتانیوم، بتا- تیتانیوم، و سیم های پولادی ضد زنگ با ویژگی های قابل قبول در ارتودنسی، مورد استفاده قرار گرفته اند. در این اقیانوس گسترده آلیاژهای مختلفی که در درمان ارتودنسی در دسترس هستند، انتخاب سیم درست با ویژگی های لازم، برای ارتودنتیست ها دشوار شده است.

مواد سازنده سیم های ارتودنسی

سیم های استیل ضد زنگ ( STAINLESS STEEL WIRES )

پولاد ضد زنگ، بواسطه ترکیب قابل توجه ویژگی های مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی، و هزینه، مشهورترین آلیاژی است که برای تولید سیم های کمانی ارتودنسی مورد استفاده قرار می گیرد. این سیم ها به طور کلی از ترکیب آهن و پولاد ساخته می شوند و تحت عنوان پولاد ضد زنگ “8-18” شناخته می شوند، زیرا به واسطه درصد کرومونیوم و نیکل موجود در آلیاژ با این نام طراحی شده اند. کرومونیوم، در پولاد ضد زنگ یک لایه اکسید نازک، چسبنده و نفوذ ناپذیر بوجود می آورد که با مسدود کردن نفوذ اکسیژن به لایه های زیرین آلیاژ، مقاومت بالایی در برابر خوردگی بوجود آورده است.

اتم های کرومونیوم، کربن، و نیکل، داخل ترکیب جامدی که توسط اتم های آهن شکل گرفته است گنجانده می شوند. اتم های نیکل آنقدر محکم به یکدیگر پیوند نخورده اند تا یک ترکیب بین فلزی شکل دهند، بنابراین، آلیاژ نیکل از سطح آلیاژ آزاد می شود، که ممکن است مغایر با سازگاری آن با محیط و بدن انسان باشد.

تحقیقات حاکی از این هستند که ضریب انعطاف پذیری برای سیم های پولادی ضد زنگ ارتودنسی حدود 160 تا 180 GPa است. این عدد به تولید کننده و نحوه ساخت سیم بستگی دارد و نشانگر تفاوت در ترکیبات، فرایندهای سیم کشی و شرایط گرم کردن سیم بستگی دارد. استحکام بدست آمده سیم بین 1100 تا 15000 MPa است. پس از گرم کردن، این استحکام را می توان تا حدود 1700 MPa افزایش داد.

مواد سازنده سیم های ارتودنسی

سیم های کبالت – کروم ( COBALT – CHROMIUM WIRES )

این سیم ها از نظر ظاهری، ویژگی های مکانیکی، و مشخصه های اتصال، شباهت زیادی به سیم های پولادی ضد زنگ دارند اما ترکیب بسیار متفاوتی دارند و واکنش آنها نسبت به گرما خیلی بیشتر است. سیم های کبالت کرومونیوم بسته به خاصیت کششی آنها و کد رنگی که تولید کننده روی آنها زده است در چهار درجه در دسترس هستند: نرم (آبی)، چکش پذیر (زرد)، نیمه انعطاف پذیر (سبز)، و انعطاف پذیر (قرمز).

مزیتی که این نوع فلزات نسبت به پولاد ضد زنگ دارند مقاومت بیشتر آنها در برابر فرسودگی و تحریف است. از این نظر، ویژگی های مکانیکی آنها شبیه ویژگی های پولاد ضد زنگ است به گونه ای که سیم های کمانی از جنس پولاد ضد زنگ را می توان به جای سیم های کبالت کرومونیوم استفاده کرد. ضریب انعطاف پذیری آنها بسیار بالا است در نتیجه فشاری که وارد می کنند دو برابر فشاری است که بتا تیتانیوم، و چهار برابر  فشاری است که سیم های کمانی نیکل- تیتانیوم وارد می کنند.

استفاده بالینی سیم های کبالت کرومونیوم برای ساخت ابزار پشت دندانی کوآد هلیکس ثابت است، که برای درمان فشردگی قوس دندانی بالا مورد استفاده قرار می گیرد و عرض آن را به آرامی افزایش می دهد.

مواد سازنده سیم های ارتودنسی

سیم های نیکل – تیتانیوم ( NICKEL – TITANIUM WIRES )

آلیاژ نیکل تیتانیوم که توسط شرکت یونیتک تحت عنوان ناینیتول Ninitol (NiTi) تولید شده است، بواسطه خاصیت ارتجاعی استثناعی آن در ارتودنسی بالینی مفید است.

حافظه شکل یکی از قابل توجه ترین ویژگی های آلیاژ NiTi است. سیم های نیکل- تیتانیوم دو مرحله اصلی NiTi دارند. مرحله austenitic دارای ساختار مکعبی بدن محور دارای نظم و ترتیب است که در دماهای بالا و فشارهای پایین اتفاق می افتد. مرحله martensitic دارای یک ساختار تحریف شده monoclinic ،triclinic، یا شش ضلعی است که در دماهای پایین و فشارهای بالا شکل می گیرد. مشخصه های حافظه شکل آلیاژ نیکل- تیتانیوم با تغییر شکل بازگشت پذیری بین مرحله های austenitic و martensitic همراه است.

مواد سازنده سیم های ارتودنسی

سیم های بتا – تیتانیوم ( BETA – TITANIUM WIRES )

آلیاژ ارتودنتیک بتا تیتانیوم، TMA نیز نامیده می شود. این نوع سیم ها این قابلیت را دارند که در مقایسه با آلیاژهای پولاد ضد زنگ و کبالت کرومونیوم نیکل، فشارهای بیومکانیکی کمتری وارد کنند.

سیم های آلیاژ بتا تیتانیوم بواسطه ساختار مکعبی بدن محور خود، قابلیت شکل پذیری فوق العاده ای دارند. آلیاژ TMA دارای قدرت انتقال فشار الاستیکی برابر با 62- 69 GPa است که کمتر از پولاد ضد زنگ است. یکی دیگر از مزایای بالینی این نوع آلیاژ این است که دارای قابلیت جوش خوردن واقعی است.

اتصالات جوش خورده که از آلیاژهای پولاد ضد زنگ و کبالت کرومونیوم نیکل ساخته می شوند، برای حفظ استحکام کافی، باید با استفاده از لحیم کاری ساخته شوند. مقاومت فوق العاده در برابر خوردگی و ساییدگی این نوع آلیاژ بواسطه وجود یک لایه نازک، چسبنده و خنثی کننده اکسید تیتانیوم است.