CH700823B1 - Procédé de fabrication d'instruments dentaires en alliage de nickel-titane. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication pour des instruments dentaires ayant une partie de maintien et une partie de travail, ladite partie de travail étant en alliage de nickel-titane et se trouvant, à température ambiante, au moins partiellement en phase martensitique. Le procédé comporte les étapes de mettre à disposition un fil en alliage de nickel-titane se trouvant, sur toute sa longueur ou au moins sur une première partie de sa longueur destinée à former la pointe de l’instrument, en phase martensitique à température ambiante, une seconde partie du fil se trouvant, le cas échéant, en phase austénitique, chauffer le fil de manière à ce que toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique prend un état austénitique, usiner sur la longueur du fil destinée à former la partie de travail de l’instrument un profil de travail, et refroidir le fil usiné de manière à ce que toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique reprend son état martensitique.

Description

  [0001]    La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'instruments dentaires en alliage de nickel-titane.

  

[0002]    L'invention concerne notamment les instruments dentaires utilisés dans les traitements de canaux radiculaires dentaires. Pour ce genre de traitement, on utilise souvent des limes rotatifs dont les conditions d'utilisation dépendent, en outre, de la vitesse de rotation, de la pression exercée dans le canal radiculaire, de la taille de l'instrument et du temps pendant lequel l'instrument est soumis au stress. Aussi, la qualité de la dentine varie d'un patient à l'autre et les canaux peuvent présenter des calcifications. De plus, les canaux à traiter présentent bien souvent des courbures sévères provoquant un stress important pour l'instrument entraîné en rotation.

   Les tensions créées lors de l'entraînement rotatif de l'instrument dans le canal dentaire en combinaison avec les circonstances variables citées ci-dessus causent nombre de difficultés pour les praticiens ainsi que pour les fabricants du matériel, par exemple la fatigue voire même la rupture de l'instrument utilisé, le bout cassé étant alors difficile à sortir du canal par le praticien. D'un autre angle de vue, un instrument mal adapté, mais utilisé dans des canaux sévèrement incurvés, peut provoquer des déformations de la zone apicale et créer des transports canalaires. De même, une déviation de trajectoire peut se produire et causer des butées voire des risques de perforation des parois canalaires, conduisant ainsi à une qualité du traitement non-optimale pour le patient.

   Les problèmes cités ci-haut sont de manière générale liés à la rigidité des matériaux utilisés pour l'instrument dentaire, qui doit répondre à plusieurs exigences contradictoires, comme en outre à la fois à une flexibilité élevée pour s'adapter à la forme géométrique complexe des canaux dentaires ainsi qu'une haute résistance adaptée au travail d'enlèvement de matériel dans le canal dentaire en résistant au stress dû à la rotation de la lime dans le canal radiculaire.

  

[0003]    Les traitements de racines dentaires, appelés traitements endodontiques, sont actuellement réalisés à l'aide des instruments dentaires fabriqués généralement soit en acier inoxydable soit, de plus en plus, en alliage de nickel-titane. Ces alliages offrent des performances intéressantes en termes de flexibilité, ce qui est avantageux au niveau du respect du trajet canalaire pendant le traitement, en termes de résistance à la fatigue, intéressant pour la longévité de l'instrument, et encore en termes d'autres aspects importants.

   En particulier, les alliages de nickel-titane peuvent être soumis à un traitement thermique ou peuvent être dotés d'une composition spécifique tel qu'ils se présentent en phase austénitique ou en phase martensitique, ceci en fonction premièrement de la température, respectivement d'autres paramètres auxquels le matériau est exhibé lors de son utilisation ultérieure. Ces phases présentent des caractéristiques spécifiques qui rendent le matériau très intéressant pour l'application en endodontie.

   Un alliage de nickel-titane en phase austénitique a notamment la caractéristique d'être superélastique, tandis qu'en phase martensitique il se laisse facilement déformer plastiquement, mais reprend sa forme initiale lui étant conféré lors de la production dès qu'il est par exemple chauffé au-delà de sa température de transition de phase AF, ceci grâce à la caractéristique de la mémoire de forme que présente le matériau dans cette phase. Aussi, la phase martensitique présente une résistance à la fatigue très supérieure à celle de la phase austénitique, tout en ayant une rigidité plus faible que la phase austénitique.

   La température de transition de phase AF et encore d'autres caractéristiques de l'alliage peuvent être définies lors de sa production, dans des limites connues par l'homme du métier, la production de ce genre de matériau et ses propriétés fondamentales n'étant pas le sujet de la présente invention, mais son application avantageuse dans le domaine de l'endodontie. Ces caractéristiques sont en effet connues depuis des décennies et sont par exemple exposées en revue dans l'article "An overview of nickel-titanium alloys used in dentistry" par S.A. Thompson, publié dans l'International Endodontic Journal en 2000.

  

[0004]    Il est alors clair que certaines des caractéristiques des alliages nickel-titane ont déjà trouvé une application intéressante notamment dans le traitement des canaux radiculaires dentaires. Jusqu'à présent, on utilise dans la plupart de l'art antérieur actuellement connu en particulier des instruments en nickel-titane se trouvant, lors du traitement du patient, en phase austénitique, ceci du fait de la superélasticité de cette phase ainsi que dû à la difficulté d'usiner le matériau en phase martensitique à cause de sa caractéristique de mémoire de forme.

   Les paramètres de l'alliage respectivement ceux du procédé de fabrication de l'instrument sont parfois choisis de façon à ce que la partie de l'instrument destinée à effectuer le travail dans le canal dentaire passe, à une étape donnée lors de la fabrication, en phase martensitique, notamment suite aux contraintes mécaniques subies lors de la fabrication de l'instrument. Ce phénomène est généralement connu sous le nom "stress induced martensitic phase transformation". Pendant le traitement du patient, l'instrument est pourtant normalement en phase austénitique, tout au moins en partie. Un exemple pour un tel instrument ainsi qu'une méthode de fabrication correspondante est décrit dans le document US 6 149 501.

   S'il est vrai que ce genre d'instruments comporte certains avantages, c'est-à-dire ceux de la phase austénitique d'un alliage nickel-titane donné combinés avec ceux de la structure qui a été conférée à I' instrument pendant son usinage, il serait néanmoins souhaitable de disposer d'une gamme complète d'instruments dentaires en alliage de nickel-titane ainsi que notamment d'un procédé de fabrication correspondant simple, efficace et peu coûteux, de manière à pouvoir exploiter pleinement les caractéristiques avantageuses de ces alliages dans le domaine de l'endodontie.

  

[0005]    Le but de la présente invention est alors de réaliser un procédé de fabrication d'instruments dentaires en alliage de nickel-titane tendant à obvier aux inconvénients précités des procédés actuels, le nouveau procédé ayant un coût de revient intéressant et permettant d'exploiter de façon complémentaire par rapport à l'état actuel de l'art les propriétés spécifiques des alliages de nickel-titane en ce qui concerne les instruments dentaires.

  

[0006]    Le procédé selon la présente invention permet la fabrication d'instruments dentaires ayant une partie de maintien et une partie de travail, ladite partie de travail étant en alliage de nickel-titane et se trouvant, à température ambiante, au moins partiellement, c'est-à-dire au moins sur une partie de sa longueur, en phase martensitique, et se distingue à cet effet de l'art antérieur par le fait qu'il comporte notamment les étapes de:

  
- mettre à disposition un fil en alliage de nickel-titane se trouvant, sur toute sa longueur ou au moins sur une première partie de sa longueur destinée à former la pointe de l'instrument, en phase martensitique à température ambiante, une seconde partie du fil se trouvant, le cas échéant, en phase austénitique,
- chauffer le fil de manière à ce que toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique prend un état austénitique,
- usiner sur la longueur du fil destinée à former la partie de travail de l'instrument un profil de travail, et
- refroidir le fil usiné de manière à ce que toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique reprend son état martensitique.

  

[0007]    Il est clairement préféré que le fil en alliage de nickel-titane se trouve, à température ambiante, sur toute sa longueur en phase martensitique. Pour cela, la température de transition de phase AF du fil entier ou tout au moins de sa première partie destinée à former la pointe de l'instrument et se trouvant en phase martensitique à température ambiante peut être choisie dans la plage d'environ 20 [deg.]C à 100 [deg.]C mais est supérieure à la température ambiante. Ainsi, l'Instrument fini sera dans la phase martensitique lors de son usage pendant un traitement endodontique.

  

[0008]    Afin de permettre un usinage simple, efficace et peu coûteux, le fil est, lors de son traitement mécanique pour lui conférer la structure de l'instrument fini, c'est-à-dire son profil de travail, maintenu à une température légèrement au-delà de la température de transition de phase AF ou chauffé à une température au-delà de AF, sur toute la longueur ou au moins sur la première partie du fil originalement en phase martensitique, de préférence à une température située dans la plage de AF à AF + 60 [deg.]C. Le fil se trouve alors dans un état austénitique et peut être travaillé facilement.

  

[0009]    Le chauffage peut être réalisé par tout moyen convenable, par exemple à l'aide d'air chaud ou d'un liquide chaud, par induction, par effet joule, etc.

  

[0010]    L'usinage lui-même est réalisé de préférence par meulage ou par fraisage du fil, en fonction de la structure à donner à l'instrument.

  

[0011]    D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détail.

  

[0012]    L'invention va maintenant être décrite en détail en faisant référence, à titre d'exemple, à une forme d'exécution d'un procédé selon la présente invention.

  

[0013]    Un procédé selon la présente invention permet la fabrication simple, rationnelle et à un prix de revient intéressant des instruments dentaires qui sont destinés à être utilisés notamment lors des traitements endodontiques tel que mentionnés dans l'introduction. Ces instruments ont une partie de maintien et une partie de travail, dont la dernière au moins est en alliage de nickel-titane, les deux parties étant fixées en prolongement respectif l'une à l'autre et pouvant d'ailleurs être formées d'une seule pièce. La partie de maintien sert à fixer l'instrument par exemple sur un dispositif de maintien connecté à un système d'entraînement ou sert en tant que maintien manuel, mais ne forme pas l'objet de la présente invention.

   En tant que partie de travail on comprend la partie active de l'instrument dentaire comportant la structure de coupe, donc un profil de travail, et destinée à effectuer le traitement sur les dents du patient, notamment du fait de son entraînement en rotation lors du traitement. Contrairement à ce qui est très majoritairement habituel dans l'art antérieur, cette partie de travail est destinée, conformément à la présente invention, à se trouver, à température ambiante, au moins en partie en phase martensitique, notamment et au moins dans une longueur donnée à partir de la pointe de l'instrument en direction de la partie de maintien. De préférence, c'est toute la longueur de la partie de travail de l'instrument, c'est-à-dire jusqu'à sa limite avec ladite partie de maintien voisine, qui se trouve en phase martensitique à température ambiante.

   Ceci est préférable du fait qu'il n'est pas possible de savoir à l'avance quelle longueur de la partie de travail va effectivement être sollicitée pendant un traitement donné, par exemple notamment pour le travail dans un canal radiculaire dentaire. De l'autre coté, un instrument avec une partie de travail ayant plusieurs parties comportant des propriétés physiques différentes est exposé, aux endroits de transition du matériau par exemple de la phase martensitique à la phase austénitique, à un risque élevé de fatigue et par conséquent à long terme à une probabilité plus élevée de rupture de l'instrument à ces endroits.

   De façon générale, la capacité de savoir fabriquer de façon rationnelle la partie de travail d'un instrument dentaire ou tout au moins son bout en alliage de nickel-titane de manière à ce qu'il se trouve à température ambiante en phase martensitique permet de disposer d'une lime présentant une flexibilité au minimum deux fois supérieure à celle d'un instrument en phase austénitique et une résistance à la fatigue au minimum cinq fois supérieure, tout en maintenant une capacité de coupe égale mais néanmoins moins agressive par rapport à un instrument complètement en phase austénitique.

   Ces caractéristiques sont facilement compréhensibles en tenant compte de ce qui a été dit dans l'introduction par rapport aux caractéristiques des phases austénitique et martensitique des alliages de nickel-titane, notamment concernant la superelasticité de la première - vis-à-vis de la déformabilité plastique de la seconde phase. Il est alors intéressant de disposer d'instruments dentaires, en particulier d'instruments endodontiques pour le traitement des canaux radiculaires dentaires, ayant une partie de travail fabriquée en alliage de nickel-titane se trouvant en phase martensitique à température ambiante, c'est-à-dire lors du traitement d'un patient, respectivement surtout d'un procédé rationnel permettant de fabriquer ce genre d'instruments dentaires.

  

[0014]    Le procédé de fabrication selon la présente invention comporte à cet effet d'abord l'étape de mettre à disposition un fil en alliage de nickel-titane se trouvant, sur toute sa longueur ou au moins sur une première partie de sa longueur destinée à former la pointe de l'instrument, en phase martensitique à température ambiante. Une seconde partie du fil se trouve, le cas échéant, en phase austénitique.

   Du fait que les fabricants d'instruments dentaires ne sont normalement pas le fabricant de la matière première utilisée pour la production de ces instruments, et du fait que la mise au point des alliages en nickel-titane ayant les caractéristiques requises notamment au niveau de la température de transition de phase AF est connue depuis longtemps, il leur est possible de trouver des fils en alliage de nickel-titane adaptés à un procédé selon la présente invention dans le commerce. Un fil adapté doit notamment avoir subi un traitement thermique directement à la source lors du tréfilage ou doit avoir une composition adaptée de l'alliage nickel-titane afin de le réceptionner dans son état martensitique, ceci à température ambiante.

   En particulier, la température de transition de phase AF du fil entier ou de sa première partie destinée à former la pointe de l'instrument voire la partie de travail en entier et se trouvant en phase martensitique à température ambiante est située dans la plage allant de 20 [deg.]C à 100 [deg.]C, et est comprise, de préférence, entre 40 [deg.]C et 80 [deg.]C. Comme déjà mentionné et pour les raisons citées ci-dessus, le fil en alliage de nickel-titane mis à disposition se trouve, à température ambiante, de préférence sur toute sa longueur en phase martensitique, tout au moins sur la longueur destinée à former la partie de travail de l'instrument dentaire.

  

[0015]    A rencontre de l'enseignement des documents de l'art antérieur, le procédé n'utilise alors pas un fil en un alliage de nickel-titane en phase austénitique, comme c'est actuellement le cas dans les procédés de fabrication connus du fait de la relative simplicité d'usinage de cet alliage lorsqu'il se trouve dans sa phase austénitique.

   Au contraire, même s'il est admis respectivement connu depuis longtemps qu'un alliage de nickel-titane en phase martensitique est difficile à travailler mécaniquement du fait de ses caractéristiques comme notamment la facilité de déformation plastique, donc d'être un matériau très souple, tout en ayant une mémoire de forme remettant le matériau dans sa forme initiale après tout genre de déformation, le procédé selon la présente invention utilise de manière surprenante un fil en phase martensitique en tant qu'objet initial à travailler.

  

[0016]    Le procédé de fabrication selon la présente invention comporte ensuite l'étape de chauffer le fil de manière à ce que toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique prend un état austénitique. Par chauffage on entend le fait de maintenir ou amener le fil sur toute sa longueur ou sur sa première partie originalement en phase martensitique à une température située dans la plage allant de AF à environ AF + 60 [deg.]C, c'est-à-dire à une température supérieure à sa température de transition de phase, ceci sans altération des caractéristiques de l'alliage nickel-titane hormis bien entendu les conséquences de la transition de phase.

   En particulier, le chauffage selon le procédé proposé n'est pas équivalent à un traitement thermique alternant par exemple la température de transition de phase AF de l'alliage voire d'autres de ses caractéristiques, ces dernières étant définies lors de la production du fil utilisé. Le chauffage a uniquement pour but de faire prendre à l'alliage son état austénitique, de manière à ce que le fil est rendu plus rigide au lieu d'être très souple et sans résistance en flexion comme dans son état martensitique. De cette façon, le fil se trouve, à l'aide des moyens simples et peu coûteux, dans un état permettant un usinage facile et efficient.

  

[0017]    Le chauffage peut être réalisé par tous moyens adéquats et courants par l'homme du métier, par exemple par soufflage d'air chaud dont la température excède de quelques degrés la température de transition de phase AF du fil sur la partie du fil à travailler ou juste devant l'appareil utilisé pour le travail mécanique, par exemple une meule. De même, le chauffage peut être réalisé à l'aide d'un liquide chaud versé sur ou entourant la partie du fil à travailler, notamment par projection d'huile de lubrification de coupe sur le fil travaillé. Alternativement, un chauffage par induction ou par effet joule du canon de guidage du fil serait envisageable. Encore un autre moyen de chauffage possible consiste en l'utilisation d'un laser dont le faisceau est orienté dans la région du fil à travailler mécaniquement.

   L'implémentation de ces mesures ainsi qu'encore d'autres alternatives sont connues par l'homme du métier et nécessitent alors pas plus d'explications ici.

  

[0018]    La prochaine étape du procédé consiste à usiner le fil dans son état austénitique sur la longueur destinée à former la partie de travail de l'instrument de manière à lui conférer un profil de travail adapté à son utilisation prévue. En particulier, la structure donnée à la partie de travail peut comporter tout profil de travail connu et convenable notamment pour le traitement des canaux radiculaires dentaires. De cette façon, l'instrument dentaire fini dispose à la fois des avantages du matériau dus à la phase martensitique de l'alliage en lequel il est formé ainsi que de la géométrie spécifique de la structure du profil adapté de manière optimale à un certain type de traitement voire à une étape de ce traitement.

  

[0019]    De préférence, l'usinage du profil de travail de l'instrument est réalisé pendant le procédé de fabrication selon la présente invention soit par meulage, soit par fraisage. Evidemment, l'utilisation d'autres moyens d'usinage mécaniques permettant d'obtenir le même résultat et étant à la portée de l'homme du métier sont également possibles.

  

[0020]    Finalement, la dernière étape du procédé conformément à l'invention consiste à refroidir le fil usiné, c'est-à-dire l'instrument dentaire quasiment fini, de manière à ce que toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique repasse de l'état austénitique pris lors du chauffage à son état martensitique d'origine. Cette étape peut tout simplement consister à enlever le chauffage de façon à ce que la température de l'instrument retombe à la température ambiante, la transformation de phase de l'alliage se produisant alors automatiquement dès que la température tombe en dessous de la température de transition de phase AFconféré à l'alliage spécifique de l'instrument dentaire.

  

[0021]    Comme mentionné à plusieurs reprises ci-dessus, l'instrument dentaire fabriqué à l'aide du présent procédé consiste de préférence en un instrument endodontique destiné au traitement des canaux radiculaires des dents.

  

[0022]    Par ces mesures, la mise à disposition des instruments dentaires et notamment endodontiques ayant une partie de travail en alliage de nickel-titane se trouvant au moins en partie en phase martensitique à température ambiante, c'est-à-dire lors du traitement d'un patient, se trouve grandement facilitée. Les avantages mentionnés ci-dessus de ce matériau respectivement des instruments fabriqués en ce matériau peuvent alors être pleinement exploités en mettant à disposition à un coût de revient intéressant des gammes complètes d'instruments pour chaque traitement dans lequel les caractéristiques spécifiques des alliages nickel-titane en phase martensitique peuvent être utiles. Surtout, le procédé de fabrication de tels instruments devient plus simple, plus rationnel et plus efficace tout en étant moins cher à réaliser qu'auparavant.

   En effet, le matériau de base étant disponible dans le commerce, le fabricant d'instruments dentaires doit surtout définir les caractéristiques du fil dont il a besoin en tant que matière première et peut ensuite s'en procurer sans difficulté autre. Le fait surprenant pour l'homme du métier d'initier la fabrication d'un tel instrument dentaire à la base d'un matériau en phase martensitique, connu dans ce domaine pour être très difficile à usiner, est surmonté par des moyens simples et efficaces en chauffant le fil utilisé jusqu'à ce qu'il prend son état austénitique, ce qui permet à la suite son usinage facile et précis.

  

[0023]    Les étapes obligatoires selon les procédés habituels nécessitant de travailler d'abord avec un fil en phase austénitique et nécessitant ensuite éventuellement du coté du fabricant des instruments dentaires, et non du coté du fabricant de la matière première, un traitement thermique compliqué et coûteux, ne sont donc plus nécessaires pour le nouveau procédé et les coûts supplémentaires correspondants sont supprimés, permettant un prix de revient beaucoup plus intéressant qu'auparavant. De manière avantageuse, le procédé de fabrication est également raccourci et devient évidemment moins complexe.

  

[0024]    Les instruments dentaires fabriqués par ce procédé, notamment s'ils disposent d'une partie de travail consistant en un alliage de nickel-titane sur toute la longueur, offrent une flexibilité ainsi qu'une résistance à la fatigue bien supérieure aux instruments en alliage nickel-titane en phase austénitique et peuvent donc être appliqués dans beaucoup de traitements dentaires et notamment endodontiques de manière très avantageuse par rapport aux instruments de l'art antérieur.

  

[0025]    Une configuration telle que proposée par la présente invention apporte donc des avantages non-négligables dans la fabrication des instruments dentaires en alliage de nickel-titane et contribue au progrès technique dans ce domaine.

Claims (10)

1. Procédé de fabrication d'instruments dentaires ayant une partie de maintien et une partie de travail, ladite partie de travail étant en alliage de nickel-titane et se trouvant, à température ambiante, au moins partiellement en phase martensitique, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes de

- mettre à disposition un fil en alliage de nickel-titane se trouvant, sur toute sa longueur ou au moins sur une première partie de sa longueur destinée à former la pointe de l'instrument, en phase martensitique à température ambiante, une seconde partie du fil se trouvant, le cas échéant, en phase austénitique,

- chauffer le fil de manière à ce que toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique prend un état austénitique,

- usiner sur la longueur du fil destinée à former la partie de travail de l'instrument un profil de travail, et

- refroidir le fil usiné de manière à ce que toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique reprend son état martensitique.

2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le fil en alliage de nickel-titane se trouve, à température ambiante, sur toute sa longueur en phase martensitique.

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la température de transition de phase AFdu fil entier ou de sa première partie destinée à former la pointe de l'instrument et se trouvant en phase martensitique à température ambiante est située dans la plage de 20 [deg.]C à 100 [deg.]C et est supérieure à la température ambiante.

4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le chauffage du fil maintient ou amène toute la longueur ou la première partie du fil originalement en phase martensitique à une température située dans la plage de AFà AF + 60 [deg.]C.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le chauffage est réalisé par soufflage d'air chaud sur la partie du fil à travailler.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le chauffage est réalisé à l'aide d'un liquide chaud versé sur ou entourant la partie du fil à travailler.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le chauffage est réalisé par induction ou par effet joule.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le chauffage est réalisé par laser.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'usinage du profil de travail de l'instrument est réalisé par meulage ou par fraisage.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'instrument dentaire consiste en un instrument endodontique destiné au traitement des canaux radiculaires des dents.