Mắc cài chỉnh nha – có thể bạn chưa biết!

Các loại mắc cài hiện nay đều được phát triển từ mắc cài standard edgewise cổ điển của Edward H. Angle. Mắc cài hiện đại được làm từ 3 loại vật liệu chính:

1. Mắc cài kim loại (Stainless Steel, Titanium và Cobalt Chromium).
2. Mắc cài nhựa.
3. Mắc cài sứ (đơn tinh thể – monocrystalline và đa tinh thể – polycrystalline).

Mỗi loại mắc cài đều có những lợi ích và hạn chế riêng. Một loại mắc cài được coi là lí tưởng nếu như nó có đầy đủ những tính chất sau đây:

1. Tương thích với môi trường miệng.

2. Giá thành thấp.

3. Mô-đun đàn hồi cao.

4. Khả năng kháng mòn cao.

5. Không có từ tính.

6. Không có ma sát giữa dây cung và mắc cài

7. Độ cứng và độ bền tốt.

8. Không bị đổi màu hay nhiễm màu từ môi trường miệng.

9. Có khả năng chống thành lập mảng bám.

10. Phù hợp với yêu cầu thẩm mĩ của bệnh nhân.

Thật đáng tiếc là hiện nay vẫn chưa có một loại mắc cài nào hội tụ đủ toàn bộ những tính chất nói trên.

Trước khi bàn luận chi tiết về từng loại vật liệu mắc cài thì chúng ta sẽ nói sơ qua về cách thức chế tạo mắc cài để bác sĩ có cái nhìn tốt hơn về mắc cài mà mình lựa chọn sử dụng.

Hầu hết các mắc cài kim loại chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp đúc (casting), tiện (milling) và ép phun kim loại (metal injection molding – MIM).

Đúc (casting)

Các thành phần hợp kim được nấu chảy và đổ vào khuôn với hình dạng mong muốn, sau đó chờ cứng lại. Casting có thể tạo ra nhiều chi tiết riêng biệt của mắc cài và sau đó hàn chúng lại với nhau. Phương pháp đúc (casting) chủ yếu để chế tạo những bộ phận phức tạp như lưới hay cánh mắc cài (H2.1).

Mắc cài được sản xuất bằng phương pháp đúc là loại có giá thành cao nhất vì có tới 90% kim loại bị mất đi trong các cuống phun và kênh dẫn. Phương pháp đúc được sử dụng để sản xuất mắc cài kim loại. Mắc cài được đúc (casting) thì mềm hơn so với mắc cài được tiện (milling) và cứng hơn mắc cài được làm từ ép phun kim loại (metal injection molding – MIM).

Những bộ phận nhỏ được hàn vào mắc cài thì có tiềm năng giải phóng các tác nhân gây độc. Ngoài ra còn hay gặp 1 vấn đề nữa là cánh hoặc khe (slot) mắc cài bị bung ra khi tác dụng lực, trong khi phần đế mắc cài vẫn còn dính lên răng (H2.2).

Khi phần lưới được hàn vào đế mắc cài thì vật liệu hàn có thể sẽ che phủ 1 phần lưới và làm giảm độ bền dán.

Những sai sót khi sản xuất khe mắc cài có thể làm thay đổi 1 vài thông số của mắc cài (H2.3).

Tiện (milling)

Tiện (milling) là quá trình tạo hình dáng nhất định cho 1 vật bằng cách sử dụng các dụng cụ cắt, thường là các dụng cụ cắt quay không mòn.

Khi mắc cài được chế tác bằng hình thức tiện (milling) thì đa số nhà sản xuất thích tiện để tạo từng bộ phận riêng biệt của mắc cài hơn (H2.4).

Tiện là phương pháp tốt để tạo ra các những bộ phận mắc cài với đúng hình dạng như hook hay slot. Nhưng mắc cài sản xuất bằng hình thức tiện vẫn đắt hơn khi so với mắc cài ép phun kim loại (metal injection molding – MIM) vì có khoảng 50% – 75% vật liệu bị thừa ra khi tạo hình. Tiện cũng dễ gây ra sai sót (H2.5).

Ép phun kim loại (metal injection molding – MIM)

Kĩ thuật này sử dụng công nghệ CAD/CAM. Bột kim loại mịn, được gọi là bụi kim loại (metal dust) với các phân tử cực kì nhỏ (# 15 μm), được trộn phối hợp với chất làm dẻo (plasticizer), chất kết dính hữu cơ (organic binder), chất bôi trơn (lubricant) và chất phân tán (dispersant) để tạo thành 1 hỗn hợp nguyên liệu đồng nhất, gọi là feedstock (nguyên liệu thô).

Nguyên liệu thô được đúc bằng máy ép phun tạo thành các hình dạng cụ thể. Sản phẩm đúc mới được tạo ra gọi là phần xanh (green body hay green part). Phần xanh được xử lý thông qua quy trình cắt tỉa. Trong quy trình này, nhiệt hoặc dung môi hoặc kết hợp cả hai, được sử dụng để loại bỏ tới 90% chất kết dính thường là sáp hoặc nhựa nhiệt dẻo, khỏi phần xanh. Khi kết thúc quy trình, phần xanh được chuyển thành cấu trúc xốp có cùng kích thước gọi là phần nâu (brown part). Phần nâu sau đó trải qua quá trình thiêu kết (sintering) (dưới nhiệt độ cao lên tới 1400 độ, trong môi trường chân không) để tạo ra sản phẩm cuối cùng.

Trong một số trường hợp, các bước hoàn thiện cuối cùng được thực hiện bằng quy trình nhiệt thứ cấp hoặc xử lý bề mặt. Trong trường hợp kỹ thuật MIM, bột kim loại là thép không gỉ, Titan hoặc Crom Coban. Kĩ thuật MIM được mô tả sơ lược trong hình 2.6.

Ưu điểm của mắc cài MIM:

1. Mắc cài được tạo thành nguyên khối với độ chính xác cao.

2. Không có mối hàn nên giảm thiểu nguy cơ sinh độc.

3. Cánh mắc cài không bị bung sút khi tác dụng lực.

4. Giá thành không quá đắt vì kim loại ít bị lãng phí trong quá trình chế tác.

5. Mắc cài có khả năng kháng mòn tốt.

6. Mắc cài MIM trải qua quá trình xử lí nhiệt thứ cấp và xử lí bề mặt nên có bề mặt trơn láng, giúp giảm ma sát.

Tuy nhiên mắc cài MIM vẫn có những hạn chế sau:

1. Mắc cài MIM có bề mặt xốp do sự co vật liệu trong quá trình thiêu kết (sintering). Điều này làm giảm độ bền cơ học, tạo ra ma sát lớn khi sử dụng cơ học sliding nếu mắc cài không được chế tác và xử lí tốt.

2. Cánh và đế mắc cài được làm từ cùng 1 loại vật liệu, có cùng độ cứng nên việc tháo mắc cài bằng lực cơ học khó hơn so với mắc cài cổ điển (H2.7).

3. Mắc cài MIM có độ cứng thấp hơn so với mắc cài cổ điển (trường hợp sử dụng cùng 1 loại vật liệu).

4. So sánh các loại mắc cài với kĩ thuật chế tạo khác nhau được mô tả sơ lược trong hình 2.8.

Ép phun sứ (ceramic injection molding – CIM)

Phương pháp này dùng để chế tạo mắc cài sứ và tương tự với phương pháp MIM, nhưng sử dụng bột sứ thay vì bột kim loại và nhiệt độ thiêu kết lên đến 2000 độ.

Hàn (brazing)

Là sử dụng 1 hợp kim filler để nối 2 phần kim loại lại với nhau. 

Rất nhiều nhà sản xuất thích chế tạo từng phần riêng lẻ của mắc cài (đế, cánh và lưới) từ nhiều vật liệu SS cấp độ khác nhau rồi sau đó hàn lại với nhau (H2.10).

Lực chọn mắc cài dựa trên cách thức chế tạo

Các nhà sản xuất thường không cho biết chi tiết và cách thức sản xuất mắc cài trừ phi có yêu cầu. Dưới đây là 1 vài tiêu chuẩn chọn lựa mắc cài dựa theo cách thức chế tạo:

1. Mắc cài đúc có bề mặt được đánh bóng kĩ thì tốt cho cơ học sliding và chỉnh torque.

2. Nếu các phần của mắc cài được sản xuất bằng phương pháp tiện (milling) thì luôn luôn lựa chọn loại mắc cài được tiện dưới sự điều khiển của máy điện toán (computer numerated controlled – CNC) vì sẽ có ít lỗi hơn.

3. Trong trường hợp mắc cài có sử dụng mối hàn thì nên tránh những mối hàn Niken (Nickel). Tránh những mắc cài hàn mà được tái chế bằng lửa hoặc bằng phương pháp hóa học.

4. Mắc cài MIM được sử dụng tốt trong nhiều trường hợp. Nếu ca lâm sàng đòi hỏi độ torque nhiều thì nên cân nhắc sử dụng mắc cài MIM với nguyên liệu SS cao cấp.

Tính chất mắc cài dựa theo loại vật liệu sẽ được nói tới trong bài sau.

Nguồn: Orthodontic Brackets Selection, Palcement and Debonding – Haris Khan.