DE19607621A1

DE19607621A1 - Orthodontisches Hilfsteil aus Metall mit einer Markierung und Verfahren zum Aufbringen der Markierung

Info

Publication number: DE19607621A1
Application number: DE19607621A
Authority: DE
Original assignee: Bernhard Foerster GmbH
Current assignee: Bernhard Foerster GmbH
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2016-03-01
Also published as: DE19607621C2

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Aufbringen einer Markierung auf der Oberfläche eines orthodontischen Hilfsteils aus Metall, insbesondere auf ein der Korrektur der Zahnstellung dienendes Band.

Es ist bekannt, solche Hilfsteile mit einem Farbstoff zu bedrucken, um eine Mar kierung, z. B. eine Typenbezeichnung oder eine Größenbezeichnung aufzubrin gen. Nachteilig dabei ist, daß solche aufgedruckten Markierungen im Mund unter den dort herrschenden Bedingungen und Beanspruchungen nicht beständig sind. Mechanische Beanspruchungen ergeben sich aus dem Kauvorgang und aus der täglichen Zahnreinigung, chemische Beanspruchungen ergeben sich aus dem Angriff von Säuren, die in Speisen und Getränken enthalten sind und/oder sich als deren Zersetzungsprodukte im Mund bilden. Wenn ein Kieferorthopäde im Verlauf einer Behandlung zur Korrektur der Zahnstellung eingesetzte orthodonti sche Hilfsteile zeitweise entfernt, ist eine nachträgliche Identifizierung wegen der inzwischen verschwundenen Markierung nicht mehr möglich.

Aus der EP 0 327 628 A1 ist es bereits bekannt, eine sich im Mund nicht abnut zende Markierung auf orthodontischen Hilfsteilen dadurch zu erzielen, daß man das jeweilige orthodontische Hilfsteil von der Oberfläche her bis in eine bestimm te Tiefe lokal aufschmilzt und dadurch ein Schmelzgefüge erzeugt das ist ein Gefüge, welches sich durch Erstarren des zuvor bis in eine gewisse Tiefe aufge schmolzenen Bereiches ergibt sich dadurch vom Gefüge in den übrigen Berei chen des Hilfsteils unterscheidet. Um das Erscheinungsbild auffälliger zu ma chen, schlägt die EP 0327 628 A-1 ergänzend vor, die Oberfläche der Schmelz gefügeschicht aufzurauhen und Oxide aus der Reaktion des Metalls mit der Um gebungsluft in die Schmelzgefügeschicht einzulagern. Erreicht wird das Schmelz gefüge dadurch, daß man einen hochenergetischen Elektronenstrahl oder einen gepulsten Laserstrahl wie einen Schreibstift über die Oberfläche des orthodonti schen Hilfsteils wandern läßt. An den Auftreffpunkten der Strahlen wird infolge der hohen transportierten Energiedichte die Oberfläche punktweise kurzzeitig aufgeschmolzen. Dabei kommt es zusätzlich zu einer Erosion an der Oberfläche des Hilfsteils, weil das durch die hohe Energiedichte schlagartig erfolgende Auf schmelzen der Oberfläche begleitet wird von Materialverlusten durch Abdampfen und durch Fortschleudern von mikroskopisch feinen Tröpfchen oder Partikeln. Für die Lesbarkeit der Beschriftung ist diese Erosion durchaus günstig, weil die Beschriftung dadurch Tiefe erhält und plastisch wirkt. Bei der Beschriftung ortho dontischer Bänder hat die Erosion jedoch schwerwiegende Nachteile. Um das zu verstehen, muß man wissen, daß die orthodontischen Bänder nicht nackt verwen det werden, sondern mit aufgeschweißten Teilen zur Verankerung und/oder Füh rung von Drahtbögen, mit denen Kräfte auf die hinsichtlich ihrer Stellung zu korri gierenden Zähne übertragen werden. Diese aufgeschweißten Teile befinden sich entweder auf der buccalen Seite (die der Wange zugewandte Seite) oder auf der lingualen Seite (das ist die der Zunge zugewandte Seite) des Bandes. Für eine Beschriftung oder sonstige Markierung steht deshalb praktisch nur der Abschnitt des Bandes zur Verfügung, der im Zahnzwischenraum zu liegen kommt. Da die Zahnzwischenräume meist sehr eng sind, manchmal sogar erst geschaffen wer den müssen, muß das orthodontische Band sehr dünn sein.

Aus diesem Grund ist es bekannt, daß man orthodontische Bänder bei der Her stellung über ihre Länge ungleichmäßig zieht, um zu erreichen, daß der Abschnitt des Bandes, welcher im Zahnzwischenraum zu liegen kommt, dünner ist als die auf der buccalen und lingualen Seite des Zahns liegenden Abschnitte des Ban des. Ausgerechnet dort, wo das orthodontische Band am dünnsten und dadurch am schwächsten ist, wird es durch die Erzeugung eines Schmelzgefüges noch weiter geschwächt, wobei sich die Situation dadurch verschärft, daß die Erzeu gung des Schmelzgefüges, wie erwähnt, mit einer Erosion des Bandes Hand in Hand geht. In Anbetracht der Tatsache, daß die orthodontischen Bänder langfri stig nicht unerhebliche Kräfte übertragen sollen, ist eine solche Schwächung un erwünscht. Außerdem sind die von der Erosion betroffenen Markierungen unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Bänder bestimmungsgemäß unter me chanischer Spannung stehen, unter dem chemischen Angriff der im Mund vor handenen sauren Medien besonders korrosionsgefährdet. Verstärkt wird die Kor rosionsgefahr weiterhin dadurch, daß durch die Erosion Vertiefungen entstehen, die sich bereitwillig mit Speiseresten zusetzen, von diesen im unzugänglichen Zahnzwischenraum aber nur schwer wieder gereinigt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu finden wie orthodontische Bänder für die Dauer einer Zahnkorrekturbehandlung dauer haft markiert werden können, ohne sie zu schwächen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Band stellenweise, entsprechend der gewünschten Gestalt der Markierung: auf eine unter dem Schmelzpunkt des Metalls liegende Temperatur erwärmt wird, so daß sich auf der Oberfläche in der Gestalt der gewünschten Markierung nur eine Anlaßfarbe bildet. Diese Art der Markierung schwächt das orthodontische Band nicht, insbesondere führt sie zu keiner Erosion. Überraschenderweise ist sie dennoch deutlich lesbar, hinrei chend dauerhaft und ermöglicht scharf abgegrenzte Markierungen.

Wenn auch diese Vorteile besonders für das Markieren von Bändern bedeutsam sind, kann dieselbe Art der Markierung auch bei anderen orthodontischen Hilfsteilen angewendet werden, z. B. bei Brackets, obwohl bei diesen die sich durch Aufschmelzen und Erodieren der Oberfläche mittels eines pulsierenden La sers ergebende Schwächung des Brackets unbedeutend ist. Ein Korrosionsan griff, der mindestens die Ästhetik beeinträchtigt, wird beim Stand der Technik, durch erodierende Markierung allerdings begünstigt, nicht aber bei Anwendung der Erfindung.

Schutz wird nicht nur beansprucht für das Verfahren zum Markieren von ortho dontischen Hilfsteilen, sondern auch für ein orthodontisches Hilfsteil aus Metall, insbesondere für ein der Korrektur der Zahnstellung dienendes Band, welches auf seiner Oberfläche eine Markierung trägt, die durch eine Anlaßfarbe gebildet ist, unter welcher sich kein Schmelzgefüge befindet.

Lokal begrenzte Anlaßfarben, welche sich als Markierung eignen, können z. B. dadurch erzeugt werden, daß man einen der gewünschten Markierung nachgebil deten Stempel auf eine genügend hohe Temperatur erhitzt, z. B. mittels elektri scher Widerstandsbeheizung, und den Stempel bis zur Bildung von Anlaßfarben auf die zu markierende Oberfläche aufsetzt. Dabei kann der Andruck der Stempel gering sein und er sollte so gering sein, daß die zu markierende Oberfläche nicht verformt wird.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Zange ähnlich einer Schweißzange zu verwenden, bei der die Elektrode oder mehrere Elektroden, die auf die zu mar kierende Oberfläche einwirken, an ihrer Spitze der gewünschten Markierung nachgebildet sind. Mittels einer solchen Zange kann man ein orthodontisches Band lokal durch elektrisches Widerstandsbeheizen auf eine Temperatur erwär men, bei welcher sich Anlaßfarben bilden.

Besonders elegant, schnell und berührungslos kommt man zum Ziel, wenn man mit einem Laser arbeitet und die zu markierende Oberfläche mit einem Laser strahl abtastet, im Gegensatz zum Stand der Technik allerdings nicht mit so ho her Energiedichte, daß ein Schmelzgefüge entstehen kann, sondern mit wesent lich niedrigerer Energiedichte, die zwar ausreicht, Anlaßfarben zu erzeugen, aber nicht ausreicht, die Schmelztemperatur des Metalls zu erreichen. Um das zu ge währleisten, kann man unterschiedliche Maßnahmen ergreifen. Vorzugsweise sorgt man dafür, daß der Laserstrahl nicht genau auf die zu markierende Oberflä che fokussiert wird, sondern der Brennpunkt deutlich vor oder hinter der zu mar kierenden Oberfläche liegt. Dadurch trifft das Laserlicht nicht mit dem ge ringstmöglichen Strahlquerschnitt, sondern mit einem aufgeweiteten Strahlquer schnitt und mit entsprechend verringerter Energiedichte auf die zu markierende Oberfläche. Außer der räumlichen Energiedichte kann man mit Vorteil auch die zeitliche Energiedichte verringern, indem man den Laser beim Markieren nicht gepulst, sondern ungepulst betreibt. Besonders vorteilhaft ist es, diese beiden Maßnahmen in Kombination zur Anwendung zu bringen.

Besonders geeignet ist ein Laser, der infrarotes Licht abstrahlt, insbesondere ein Neodym-YAG-Laser.

Anlaßfarben auf metallischen Oberflächen sind eine Folge von Reaktionen des Metalls mit der umgebenden Atmosphäre bei Erwärmung, wobei oberflächlich festhaftende Sauerstoffverbindungen und Stickstoffverbindungen entstehen. In welchen Temperaturbereichen die Anlaßfarben entstehen, hängt vom Werkstoff ab und ist, soweit es dem Fachmann nicht ohnehin bekannt sein sollte, durch ein fache Versuche festzustellen. Orthodontische Bänder bestehen üblicherweise aus nichtrostendem Stahl (Edelstahl). Bei ihm setzt die Bildung von Anlauffarben schon unter 300°C ein und verändert und verstärkt sich bei höheren Temperaturen. Für Zwecke der Erfindung besonders geeignet ist der Bereich zwi schen 300°C und 800°C, insbesondere zwischen 500°C und 800°C. Die An lauffarben werden bei Edelstahl mit steigenden Temperaturen dunkler und inten siver. Vorzugsweise erzeugt man einen dunkelbraunen, changierenden Farbton, der sich gut abhebt von der übrigen hellen, blanken Edelstahloberfläche und da durch gut lesbar ist.

Die beigefügte einzige Figur zeigt ein orthodontisches Band 1 in vergrößertem Maßstab, beschriftet mit einer aus Anlaßfarben gebildeten Markierung 2, welche mit Hilfe eines Lasers erzeugt wurde, dessen Strahl über die Oberfläche des Bandes geführt wurde. Gut geeignet dafür ist ein Neodym-YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm und einer maximalen Ausgangsleistung von 15 W bei ungepulstem Betrieb bzw. 60 W bei gepulstem Betrieb. Dunkelbraune Anlaßfar ben erreicht man mit diesem Laser mit folgenden Betriebsdaten:
Stromaufnahme: 70%
Wanderungsgeschwindigkeit des Laserstrahls über die zu markierende Ober fläche: 600 mm/s.

Abstand der zu markierenden Oberfläche vom Brennpunkt: ca. 5 mm, Schwankungsbreite des Laserstrahls beim Ziehen einer Markierungslinie: 0,18 mm.

Mit demselben Lasergerät könnte man die orthodontischen Bänder wie im Stand der Technik auch erodierend und unter Bildung eines Schmelzgefüges beschrif ten, wenn man die Betriebsdaten wie folgt änderte:
Stromaufnahme: 65% bei gepulstem Betrieb
Pulsfrequenz: 20 kHz,
Wanderungsgeschwindigkeit des Strahls über die zu beschriftende Oberflä che: 100 mm/s,
Abstand der zu beschriftenden Oberfläche vom Brennpunkt: weniger als 17 µm
Schwankungsbreite des Laserstrahls beim Schreiben einer Linie: 0,15 mm.

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen einer Markierung auf die Oberfläche eines ortho dontischen Hilfsteils aus Metall, insbesondere auf ein der Korrektur der Zahn stellung dienendes Band, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsteil (1) stel lenweise, nämlich entsprechend der Gestalt der Markierung (2), auf eine un ter dem Schmelzpunkt des Metalls liegende Temperatur erwärmt wird, so daß sich auf der Oberfläche des Hilfsteils (1) in der Gestalt der gewünschten Mar kierung eine Anlaßfarbe bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßfarbe durch einen über die Oberfläche des Hilfsteils (1) wandernden Laserstrahl er zeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt des Laserstrahls außerhalb der zu markierenden Oberfläche gelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ungepulst betrieben wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Laser ein infrarot strahlender Neodym-YAG-Laser verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das Hilfsteil (1) aus einem Edelstahl besteht und am Ort der Markie rung (2) auf eine zwischen 300°C und 800°C liegende Temperatur erhitzt wird.

7. Orthodontisches Hilfsteil aus Metall, insbesondere ein der Korrektur der Zahnstellung dienendes Band (1), welches auf seiner Oberfläche eine Mar kierung (2) trägt, unter welcher sich kein Schmelzgefüge befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (2) durch eine Anlaßfarbe gebildet ist.

8. Band nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung (2) an einer Stelle angeordnet ist, die dazu bestimmt ist, im Zwischenraum zwischen zwei Zähnen zu liegen.