WO2006136618A1 - Bracket de plàstico con retenciòn mecànica y procedimiento de fabricaciòn del mismo - Google Patents

Bracket de plàstico con retenciòn mecànica y procedimiento de fabricaciòn del mismo Download PDF

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WO2006136618A1
WO2006136618A1 PCT/ES2005/000346 ES2005000346W WO2006136618A1 WO 2006136618 A1 WO2006136618 A1 WO 2006136618A1 ES 2005000346 W ES2005000346 W ES 2005000346W WO 2006136618 A1 WO2006136618 A1 WO 2006136618A1
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WO
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bracket
base
tooth
groove
retention
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PCT/ES2005/000346
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English (en)
French (fr)
Inventor
Albert Cervera Sabater
Julio Bravo De Pedro
Sabino AZCÀRATE LETURIA
Luis Gerardo Uriarte Ibarrola
Original Assignee
Euroortodoncia, S.L.
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C7/00—Orthodontics, i.e. obtaining or maintaining the desired position of teeth, e.g. by straightening, evening, regulating, separating, or by correcting malocclusions
    • A61C7/12—Brackets; Arch wires; Combinations thereof; Accessories therefor
    • A61C7/14—Brackets; Fixing brackets to teeth
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    • A61C7/14—Brackets; Fixing brackets to teeth
    • A61C7/16—Brackets; Fixing brackets to teeth specially adapted to be cemented to teeth

Definitions

  • the present invention is related to a brace for use in orthodontics and its manufacturing process, which, although made exclusively of plastic by injection molding, has characteristics comparable to metallic ones in terms of hardness, finish and mechanical fastening of the base .
  • teeth such as brackets, mouth tubes or devices of this type must be adhered to the teeth by means of cementation.
  • the specific parts to be joined are the anterior or posterior surface of the tooth and a surface of the bracket that is known as the dental surface of the base.
  • the base is intimately attached to the so-called bracket body in which the orthodontic arch retention groove is usually found.
  • the brackets can be metallic, ceramic or plastic but, for economic and aesthetic reasons, there is an increasing tendency for the latest generation brackets to be manufactured with plastic, since the material is cheaper than the metal or the ceramic and, on the other hand, you can achieve colors similar to that of the teeth or better still make them transparent, which gives an added aesthetic value.
  • a technological challenge for manufacturers of orthodontic appliances is, therefore, to obtain a plastic bracket that provides characteristics similar to metal or ceramic with respect to deformation and / or breakage resistance and retention qualities, but which is also more aesthetic and has a lower manufacturing cost. It is also important to take into account the manufacturing process, which can be by machining or by injection molding, the latter being the cheapest.
  • a first objective of the present invention is to ensure that the bracket has a mechanical retention base. If we analyze the base, a first and important aspect to consider is the force of adhesion of the latter with the tooth, said base having to withstand forces of the order of 50-100 Newtons. This is not easy to achieve considering the material and the small size of the piece. Due to this, the shape of the base and in particular that of its dental surface has been the subject of several patents, since in this way both the retention force and the ease of implantation depend.
  • the retention can be chemical or mechanical, and it is a factor that a professional takes into account when choosing a certain type of bracket, because the chemical retention entails the additional step of applying a liquid to the base so that it can be produced in a way effective the union of the base with the cementing material.
  • the body of the bracket generally has retention wings and a groove for the arch that form a characteristic geometric figure in which areas with a greater probability of deformation or breakage are delimited when the bracket is subjected to the arc stresses that are introduced in the groove and the chewing.
  • plastic is easier to deform and break than metal or ceramics, but there is also the additional problem that a plastic bracket can suffer progressive degradation over time due to hydrolysis, which in turn causes defects mechanical and a progressive change in the color of the plastic becoming opaque. Degradation by hydrolysis is largely avoided by finishing the piece as perfectly as possible, and here both the chosen material and the chosen molding process come into play.
  • US Patent 4,544,353 discloses an orthodontic apparatus that improves the technique of joining teeth by direct contact with an orthodontic apparatus.
  • the direct contact bonding technique consists in applying the adhesive on the dental surface of the base; put the glue coated base on the tooth; and clean the residual glue. Due to the shape of the base of the orthodontic appliances existing at that time, this operation became difficult due to the sliding of glue and bracket during its positioning on the surface of the tooth, and also having to clean the remaining adhesive.
  • this problem is solved by a base that has a flange with an angle between 90 ° and 170 ° that extends throughout its periphery, thus defining a gap that receives the adhesive and that in addition to trimming any excess glue prevents its fall during positioning in the tooth.
  • US 5,295,824 discloses a plastic bracket that improves the process of joining a plastic bracket with the teeth, in which the surface of union with the tooth is coated with a mixture of acrylic monomers and solvents that attack and dissolve the substrate plastic so that they spread within it.
  • the bracket and the mixture are heated so that the solvents and the lower molecular weight monomers are volatilized, thus obtaining a layer of acrylic material that is predominantly monomeric.
  • This first layer acts as a first adhesive and improves the bond strength when it is made with dental adhesives such as acrylics.
  • Appropriate solvents cited in said patent are benzene, chloroform, acetone, dichloromethane or any other that acts as the solvent of the plastic that makes up the bracket.
  • Plastic brackets that are made of polycarbonate are very suitable for using this method.
  • a goal sought over time is to obtain plastic brackets whose base has a dental surface that is rough enough so that it is not necessary to vulcanize the surface before attaching it to the tooth. It is intended that the process be analogous to that of the metal brackets which generally have grooves in the dental surface of the base, which are sufficient to achieve a cement that provides adequate retention force.
  • US 6,071, 117 proposes a method of manufacturing orthodontic appliances made of plastic by injection molding;
  • the surface of the base of the bracket is projected outward with shapes such as cylinders or rectangular prisms that are easily configurable since they are produced in a mold.
  • This shape of the surface of the base is intended to make the joint surface of the bracket with the fixing cement the maximum possible.
  • a first problem occurs. because the surfaces of the aforementioned shapes cannot be rough since if the mold was designed in this way, breakage could occur when the bracket is removed from the mold. Consequence of this is that the geometry achieved by molding is not sufficient to achieve adequate forces if the retention is mechanical.
  • a second step is carried out, which is to deform the geometry of the base in the outer part by means of heat or ultrasonic energy and provide spaces, with an inverted cone shape close to the outer surface, that facilitate the mechanical retention of the base of the bracket with the tooth surface.
  • the US patent 6,190,165 of the same beneficiary of the previous patent exposes a similar method in terms of the shape of the base and the deformation process but includes one more step that is later than the previous ones and consists of bombing with particles so that they collide with the outer part of the projections of the base.
  • a second objective of the present invention is to achieve mechanical performance equivalent to those of metal brackets. If we consider the problem posed by the hardness of the plastic bracket, or what is the same as the ability to resist deformation or breakage, it has been fundamentally treated in two ways. One of them is to look for the right type of plastic and the other to introduce inside metal structures that reinforce the points that have to withstand greater tensions.
  • plastic When the type of plastic is mentioned, one is not only talking about whether it is of the class of polycarbonates, polysulfones, polyethersulfones or others, but it is meant that the plastic may or may not be loaded with other elements.
  • the load involves mixing with the plastic inorganic materials such as alumina or silica, although you can also load with organic or metallic materials, always with the intention of increasing the resistance of the whole.
  • the plastic when the plastic is pure, it has the advantage that the same physical and chemical characteristics are maintained throughout the structure.
  • US Patent 6,358,043 introduces organic materials into the mixture by mixing polycarbonate as a basic element and a styrene elastomer as a hardening element with a particle size of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the hardening does not seem sufficient because it includes a metal reinforcement sheet that extends inserted between the wings in the direction of the groove.
  • a series of problems of brackets that have embedded metal reinforcement elements when manufactured by injection processes can be listed. Among these problems, some can be listed as deformations in the plastic matrix, burrs, displacements of said sheet during the manufacturing process that can even cause the displacement of said sheet during its use in an orthodontic treatment process and also the increase in cost.
  • the present invention proposes a plastic bracket that achieving sufficient strength to avoid breakage, good finish to alleviate hydrolysis effects and that the Plastic material does not lose its transparency, has mechanical retention for the cementing material and it is not necessary to apply a chemical additive that improves the attachment of the bracket to the tooth, alleviating the problems of the prior art.
  • the materials chosen have been polycarbonate, polysulfone and polyethersulfone, because they behave well against hydrolysis and when the finish of the piece is adequate, they maintain the transparent color without tending to become opaque over time. They also resist sterilization with autoclave and have been used for medical devices on many occasions. These materials have been chosen without mixtures or loads of reinforcement materials so that the chemical structure of the whole piece is uniform and there are no areas of different hardness due to poor distribution of loads, especially in the surface or areas of narrowing.
  • the problem is to make the part manufactured from it material, whose shape is essentially known in the art, has predetermined characteristics of resistance to deformation and breakage.
  • the retention bases of the brackets manufactured by molding typically have grooves in the mesial-distal direction, which must be designed to let the air out and thus allow the total entry of the cemented material, do not deform with the tensions that It produces the chewing and have a certain roughness to compensate for the contractions of the cement when it is cured.
  • the molding process is of great importance for the bracket to maintain all the properties of the materials on which the calculations of the previous steps have been made.
  • the objectives are: - that the piece has a uniform finish and hydrolysis does not occur or at least is minimal; Y
  • the distance between slots is narrowed by sandblasting said base once the piece has been removed from the mold and has been cooled.
  • Fig. 1 is a perspective view of the bracket from a lateral-posterior point where the shape of the base can be seen.
  • Fig. 2 is the same view of the bracket of Fig. 1 to show the dimensions of the bracket construction parameters.
  • Fig. 3 is a vertical cross section of one of the grooves of the base of the bracket of Fig. 1.
  • Fig. 4 shows the shape of the sides of the groove, said shape being a function of the length of the radii T 1 , r 2 and the distance d between the centers ci, C 2 .
  • Fig. 5 shows how the depth p of the groove is a function of the angle ⁇ .
  • Fig. 6 is a top view of the bracket.
  • Fig. 7 shows the vertical cross sections made in planes A and B according to Fig. 5
  • Fig. 8 is a perspective view of the male used in the manufacture of injection molding that shapes the base of the bracket of Figure 1.
  • Fig. 9 schematically shows the two parts that make up the mold of the bracket, male for the base and body cavity.
  • Fig. 10 shows the union of the male with the cavity in an injection molding process indicating the injection point by means of the arrow "i” and the points of gas leaks by means of the arrows "o".
  • Fig. 11 schematically shows a section of an area close to a groove before and after being subjected to sandblasting.
  • bracket of the present invention the variables that have been considered to achieve the bracket of the present invention are: manufacturing material, bracket size, shape of the base, mold design and sandblasting of said base.
  • the materials chosen have been polycarbonate, polysulfone and polyethersulfone, because they behave well against hydrolysis and when the finish of the piece is adequate they maintain the transparent color without tending to become opaque over time, also resisting autoclave temperatures. These materials are not loaded with any other material because the size of the bracket is of the order of 8 mm 3 and at present it is not easy to know what the properties of a composite structure are when it is such a small element because the hardness measures they are not sufficiently developed and contrasted because the measurement markers of these measures are not contrasted either.
  • the bracket of the present invention is represented in Fig. 1 and consists of two portions that are a retention base 1 and a body of the bracket 2, the bracket body having a groove 3 that holds the arch and fins for upper ligatures 4 and lower 4 ', the retention base having grooves 6 made in the surface and support bands in the tooth 5, the injection point 7 being located in the geometric center of the base.
  • polysulfone has been used and based on its physical and chemical properties, the necessary tests have been carried out to calculate the appropriate dimensions of the bracket with the objective that it has a resistance to deformation and a force against adequate breakage.
  • the dimensions to be taken into account to achieve a bracket that meets the aforementioned objective are: the occlusal-gingival length I 1 , the mesial-distal length I 2 , the length I 3 from the bottom of the groove to the surface of the tooth and Ia length I 4 from the bottom of the groove to the ligation surface, which are bounded in Fig. 2. for better understanding.
  • the objective is to obtain a base that has a shape capable of achieving the mechanical retention of the cementing material, withstanding tensile forces of at least 50 Newtons.
  • the first conditioner of the shape of the grooves of the base is that it can be done by injection molding.
  • Fig. 1 shows the retention base 1 which is formed by support bands in the tooth 5 that define the external surface, and grooves 6.
  • the shape of the grooves 6 is one of the fundamental points to achieve the objective of The present invention, which as stated above is to achieve mechanical retention.
  • Figs 3- 7 show the shape of said grooves 6.
  • the grooves 6 are composed of two flat side walls 17 and a rear wall 9 having a concave shape of an arc of circumference
  • the Support bands on the tooth 5 are composed of said side walls 17 and an anterior wall 10 also with a concave shape of an arc of circumference.
  • the side walls 17 are substantially parallel to allow the exit of the piece of the injection mold and the anterior wall 10 has a radius of curvature greater than the posterior wall 9 so that the resin used in the tooth cementation operation occupies the largest possible surface area and thereby achieve the predetermined adhesion value of 50 Newton.
  • Figs 4 and 5 show the shape of the flat side walls 17 that make up the grooves 6, the degree of concavity of the rear walls 9 and anterior 10 being a function of the centers Ci, C 2 and the radii ⁇ , r 2 , and also the depth of the groove depending on the distance between the centers Ci and C 2 .
  • the depth of the groove is greater in the center of symmetry (plane A of Fig. 6) and decreases as it approaches the lateral ends (plane B of Fig. 6) as seen in Figs 5, 7 and 8.
  • the next step is to achieve a manufacturing method by injection molding that achieves a piece that does not have weak points, which can be produced by an inadequate orientation of the fibers, accumulation of gases or deformations of contraction in the cooling process.
  • the molding is carried out by means of two semi-molds joined with a sliding system to be able to eject the piece.
  • Said semi-molds are: a male of the base 11 illustrated in Figs 8 and 9, which generates the shape of
  • a reinforcing rib (not shown) positioned perpendicularly between the side walls (17) is provided.
  • the lengths of the occlusal-gingival edge and the mesial-distal edge of the male of the base 11 and of the body cavity are identical and have complementary ways to be able to join intimately as shown in Fig. 10.
  • Fig. 10 illustrates the results obtained: a single injection point located at the point referenced by number 8, with gas exhaust points in the male of the base referenced with number 14 and escape points in the body cavity referenced with numeral 5.
  • the last step of the process is performed to compensate for the contraction of the cementitious resin during its cure.
  • This contraction is approximately 10%, so it is intended to reduce the width of the grooves 6 by that 10%.
  • Fig. 11 shows the difference of surfaces in zones 9, 10 and 17 of the bracket before having been blasted and after it has been, which obviously is greater due to the roughness produced, but also the blasting must achieve that y ⁇ 0.9 x, where x is the width of the groove before sandblasting, and and the width of said groove after said sandblasting, to compensate for the contraction of the cementing resin.

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Abstract

La presente invenciòn està relacionada con un bracket de use en ortodoncia, que està fabricado totalmente de plàstico mediante un proceso de moldeo por inyecciòn, el cual consta de los elementos bàsicos de cualquier bracket, tales como la base de sujeciòn o cementaciòn al diente, el surco del arco en la direcciòn mesial-distal, y las aletas para ligaduras convencionales de alambres o elastòmeros, Y tiene la caracteristica fundamental de que su base de sujeciòn es, al igual que los brackets metàlicos, de retenciòn mecànica no necesitando por ello ser recubierta por ningùn tipo de aditivo quimico en la operaciòn de cementado.

Description

BRACKET DE PLÁSTICO CON RETENCIÓN MECÁNICA Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DEL MISMO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está relacionada con un bracket de uso en ortodoncia y su proceso de fabricación, el cual, aunque está hecho exclusivamente de plástico mediante moldeo por inyección, tiene características equiparables a los metálicos en cuanto a dureza, acabado y sujeción mecánica de Ia base.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Es sabido que en los tratamientos de ortodoncia hay que adherir a los dientes, mediante cementación, piezas tales como brackets, tubos bucales o aparatos de este tipo. Las partes específicas a unir son Ia superficie anterior o posterior del diente y una superficie del bracket que se conoce como superficie dental de Ia base. La base se une íntimamente al llamado cuerpo del bracket en el cual generalmente se encuentra el surco de retención del arco de ortodoncia.
Teniendo en cuenta los materiales de fabricación, los brackets pueden ser metálicos, cerámicos o plásticos pero, por motivos económicos y estéticos, se tiende cada vez más a que los brackets de ultima generación se fabriquen con plástico, ya que el material es más barato que el metal o Ia cerámica y, por otro lado, se pueden conseguir colores similares al de los dientes o mejor aún hacerlos trasparentes Io que da un valor estético añadido. Un reto tecnológico de los fabricantes de aparatos de ortodoncia es, pues, conseguir un bracket de plástico que proporcione características similares a los metálicos o cerámicos respecto a resistencia de deformación y/o rotura y a cualidades de retención, pero que además sea más estético y tenga un menor coste de fabricación. También es importante tener en cuenta el proceso de fabricación, que puede ser mediante mecanizado o mediante moldeo por inyección, siendo el más barato este último.
Las cuestiones a considerar, cuando se quiere conseguir un bracket de plástico con las características anteriormente mencionadas, son fundamentalmente: Ia forma de Ia base, la forma del cuerpo del bracket, el tipo de plástico y el proceso de moldeo para su fabricación.
Un primer objetivo de Ia presente invención es conseguir que el bracket tenga una base de retención mecánica. Si analizamos Ia base, un primer e importante aspecto a considerar es Ia fuerza de adhesión de ésta con el diente, debiendo dicha base soportar fuerzas del orden de 50-100 Newtons. Esto no es sencillo de conseguir teniendo en cuenta el material y el reducido tamaño de Ia pieza. Debido a esto, Ia forma de Ia base y en particular Ia de su superficie dental ha sido objeto de diversas patentes, ya que de dicha forma dependen tanto Ia fuerza de retención como Ia facilidad de implante. La retención puede ser química o mecánica, y es un factor que un profesional tiene en cuenta cuando elige un determinado tipo de bracket, debido a que Ia retención química conlleva el paso adicional de aplicar un líquido a Ia base para que se pueda producir de forma efectiva Ia unión de Ia base con el material de cementación.
El cuerpo del bracket tiene en general unas alas de retención y un surco para el arco que conforman una figura geométrica característica en Ia que se delimitan zonas con una mayor probabilidad de deformación o rotura cuando el bracket es sometido a las tensiones del arco que se introduce en el surco y a Ia masticación. Se sabe que el plástico tiene más facilidad para deformarse y romperse que el metal o Ia cerámica, pero además existe el problema adicional de que un bracket de plástico puede sufrir una degradación progresiva en el tiempo debido a Ia hidrólisis, que a Ia vez produce defectos mecánicos y un cambio progresivo en el color del plástico llegando a ponerse opaco. La degradación por hidrólisis se evita en gran parte mediante un acabado de Ia pieza Io más perfecto posible, y aquí entra en juego tanto el material elegido como el proceso de moldeo elegido.
Ya se ha dicho que de Ia forma de Ia base depende Ia unión del bracket con el diente, y que esta forma ha sido objeto de diferentes patentes. La patente US 4,544,353 expone un aparato de ortodoncia que mejora Ia técnica de unir por contacto directo los dientes con un aparato de ortodoncia. La técnica de unión por contacto directo consiste en aplicar el adhesivo sobre Ia superficie dental de Ia base; poner Ia base recubierta de pegamento sobre el diente; y limpiar el pegamento residual. Debido a Ia forma de Ia base de los aparatos de ortodoncia existentes en ese momento, esta operación se hacía dificultosa debido al deslizamiento de pegamento y bracket durante el posicionamiento de éste en Ia superficie del diente, y teniendo además que limpiar el adhesivo sobrante. En dicha patente, este problema se soluciona mediante una base que tiene un reborde con un ángulo entre 90° y 170° que se extiende por toda su periferia, definiendo así un hueco que recibe el adhesivo y que además de recortar cualquier exceso de pegamento impide su caída durante el posicionamiento en el diente.
La patente US 5,295,824 expone un bracket de plástico que mejora el proceso de unión de un bracket de plástico con los dientes, en el cual Ia superficie de unión con el diente se recubre con una mezcla de monómeros acrílicos y disolventes que atacan y disuelven el sustrato plástico por Io que se difunden dentro del mismo. Una vez que se ha recubierto Ia superficie dental de Ia base, se calienta el bracket y Ia mezcla para que se volatilicen los disolventes y los monómeros de peso molecular más bajo consiguiendo así una capa de material acrílico que es predominantemente monomérica. Esta primera capa actúa como un primer adhesivo y mejora Ia fuerza de unión cuando ésta se realiza con adhesivos dentales tales como los acrílicos. Los disolventes apropiados que se citan en dicha patente son benceno, cloroformo, acetona, diclorometano o cualquier otro que actúe como disolvente del plástico que compone el bracket. Los brackets de plástico que están fabricados con policarbonato son muy apropiados para usar este método.
Un objetivo buscado a Io largo del tiempo es conseguir brackets de plástico cuya base tenga una superficie dental Io suficientemente rugosa para que no se necesite vulcanizar Ia superficie antes de fijarlo al diente. Se intenta que el proceso sea análogo al de los brackets metálicos los cuales tienen en general unas ranuras en Ia superficie dental de Ia base, que son suficientes para conseguir un cementado que proporcione Ia fuerza de retención adecuada.
La patente US 6,071 ,117 propone un método para fabricar aparatos de ortodoncia fabricados con plástico mediante moldeo por inyección; Ia superficie de Ia base del bracket se proyecta hacia afuera con formas tales como cilindros o prismas rectangulares que son fácilmente configurables ya que se producen en un molde. Esta forma de Ia superficie de Ia base pretende que Ia superficie de unión del bracket con el cemento de fijación sea Ia máxima posible. Un primer problema se produce debido a que las superficies de las formas anteriormente mencionadas no pueden ser rugosas ya que si el molde se diseñase de esta manera, se podrían producir roturas al sacar el bracket del molde. Consecuencia de esto es que Ia geometría conseguida mediante el moldeo no es suficiente para conseguir las fuerzas adecuadas si Ia retención es mecánica. Para solucionar este problema se realiza un segundo paso que es deformar Ia geometría de Ia base en Ia parte exterior mediante calor o energía de ultrasonidos y proporcionar espacios, con forma de cono invertido próximos a Ia superficie exterior, que faciliten Ia retención mecánica de Ia base del bracket con Ia superficie del diente.
Posiblemente por problemas de Ia retención mecánica Ia patente US 6,190,165 del mismo beneficiario de Ia anterior patente expone un método similar en cuanto a Ia forma de Ia base y el proceso de deformación pero incluye un paso más que es posterior a los anteriores y consiste en bombardear con partículas para que choquen con Ia parte exterior de las proyecciones de Ia base.
El método expuesto en las anteriormente dichas patentes US 6,071 ,117 y US 6,190,165 tiene el problema de encarecer el producto pues además del paso de moldeo se necesita producir Ia deformación con Io que, aunque Ia deformación está realizada en estaciones de deformación que controlan el proceso, el elemento de calentamiento puede llegar hasta 400° F, Io que podría producir deformaciones en todo el bracket.
Un segundo objetivo de Ia presente invención es conseguir prestaciones mecánicas equivalentes a las de los brackets metálicos. Si consideramos el problema que plantea Ia dureza del bracket de plástico, o Io que es Io mismo Ia capacidad de resistencia a deformaciones o roturas, éste ha sido fundamentalmente tratado de dos maneras. Una de ellas es buscar el tipo de plástico adecuado y Ia otra introducir en su interior estructuras metálicas que refuercen los puntos que han de soportar mayores tensiones
Cuando se menciona el tipo de plástico no sólo se está hablando si es de Ia clase de policarbonatos, polisulfonas, poliétersulfonas u otros, sino que se quiere decir que el plástico puede estar o no cargado con otros elementos. La carga supone mezclar con el plástico materiales inorgánicos como alúmina o sílice, aunque también se puede cargar con materiales orgánicos o metálicos, siempre con Ia intención de aumentar Ia resistencia del conjunto. Por el contrario, cuando el plástico es puro se tiene Ia ventaja de que se mantienen las mismas características físicas y químicas en toda Ia estructura.
La patente US 5,2540,02 así como algunas realizaciones de las anteriormente citadas patentes US 6,071 ,117 y US 6,190,165, exponen un método para reforzar el plástico, en el cual se rellena el plástico dispersando en su interior materiales inorgánicos tales como partículas de vidrio. Sin embargo, este método de dispersión de partículas dentro del plástico, sean de vidrio, alúmina o metálicas, tiene el problema de que se producen micro roturas debido a que al inyectarse Ia mezcla tiene una gran temperatura y como cada componente tiene un coeficiente de dilatación diferente, al enfriarse se producen deformaciones. Este efecto es más intenso en las zonas más estrechas de Ia geometría del cuerpo que son por otro lado las de mayor probabilidad de rotura, y también en las zonas superficiales Io que produce un incremento en el efecto no deseado de Ia hidrólisis.
Para paliar el efecto anteriormente expuesto de las micro roturas Ia patente US 6,358,043 introduce en Ia mezcla materiales orgánicos mezclando policarbonato como elemento básico y un elastómero de estireno como elemento de endurecimiento con un tamaño de Ia partícula de 0.1 μm a 10 μm . No obstante el endurecimiento no parece suficiente pues incluye una lámina metálica de reforzamiento que se extiende insertada entre las alas en Ia dirección del surco. Se pueden enumerar una serie de problemas de los brackets que tienen elementos embebidos de refuerzo metálico cuando son fabricados mediante procesos de inyección. Entre dichos problemas se pueden enumerar algunos como deformaciones en Ia matriz plástica, rebabas, desplazamientos de dicha lámina durante el proceso de fabricación que incluso pueden producir el desplazamiento de dicha lámina durante su uso en un proceso de tratamiento de ortodoncia y, también el encarecimiento.
DESCRIPCIÓN BÁSICA DE LA INVENCIÓN
La presente invención propone un bracket de plástico que consiguiendo suficiente resistencia para evitar roturas, buen acabado para paliar efectos de hidrólisis y que el material plástico no pierda su transparencia, disponga de retención mecánica para el material de cementado y no sea necesario aplicar un aditivo químico que mejore Ia sujeción del bracket al diente, paliando los problemas de Ia técnica anterior.
El procedimiento para conseguirlo se compone de varios pasos, los cuales son:
a) elección de material, el cual debe ser "uniforme"; b) cálculo del tamaño del bracket, siendo dicho tamaño función del material con que se va a construir y de Ia resistencia a Ia deformación o rotura que se quiera conseguir; c) realización de ensayos de Ia forma de Ia base para conseguir que ésta alcance una fuerza de sujeción mecánica predeterminada, ya que debe considerarse que Ia forma de dicha base ha de ser Ia adecuada para fabricarse en un molde de inyección y extraerse de dicho molde sin roturas o desprendimientos, y que dicha fuerza es también función del tamaño y material con que se construye; d) diseño apropiado del molde, para que tenga un punto de inyección óptimo y con ello una adecuada evacuación de gases evitando Ia acumulación en zonas que quedarían debilitadas, una orientación de las fibras que proporcionen más dureza al conjunto y una menor deformación de contracción; y e) creación de una rugosidad de los surcos de Ia base mediante bombardeo con partículas, para conseguir retener el producto de cementado al diente.
Los materiales elegidos han sido policarbonato, polisulfona y poliétersulfona, porque se comportan bien contra Ia hidrólisis y cuando el acabado de Ia pieza es el adecuado mantienen el color transparente sin tender a hacerse opaco con el paso del tiempo. También resisten Ia esterilización con autoclave y han sido utilizados para productos sanitarios en multitud de ocasiones. Estos materiales se han elegido sin mezclas o cargas de materiales de refuerzo para que Ia estructura química de toda Ia pieza sea uniforme y no haya zonas de diferente dureza debido a una mala repartición de cargas, sobre todo en Ia superficie o zonas de estrechamiento.
Así pues, teniendo en cuenta que el material elegido es sin cargas y se tiene Ia certeza de que las características físicas y químicas de Ia pieza a fabricar son las mismas en todas las zonas, el problema es conseguir que Ia pieza fabricada de este material, cuya forma es esencialmente conocida en Ia técnica, tenga unas características predeterminadas de resistencia a Ia deformación y a Ia rotura.
Esto se ha conseguido mediante estudios basados en Ia simulación por elementos finitos, de forma que sabiendo cuál es el material, y las características de resistencia a Ia deformación y rotura, se consigue una forma óptima de Ia geometría del bracket y del tamaño mínimo de éste para que se cumplan las premisas iniciales.
Se han realizado dichas simulaciones mediante un software de aplicación de Ia empresa COSMOSWorks y, después de numerosos ensayos, se ha llegado a Ia conclusión de que se pueden producir modelos de plástico que, aun siendo algo mayores que los metálicos, cumplen con las características indicadas y que además tienen un tamaño Io suficientemente pequeño para ser utilizados en tratamientos de ortodoncia.
Una vez conocido el tamaño del bracket se ha estudiado Ia forma de Ia base para que ésta tenga unas buenas características mecánicas de retención. Las bases de retención de los brackets fabricados mediante moldeo tienen típicamente unas ranuras en Ia dirección mesial-distal, las cuales deben estar diseñadas para que dejen salir el aire y así permitir Ia total entrada del material de cementado, no se deformen con las tensiones que produce Ia masticación y tengan una cierta rugosidad para compensar las contracciones del cemento cuando éste se cura.
Teniendo en cuenta que: - las ranuras de Ia base han de poseer las características mencionadas arriba;
- los materiales de cementado tienen una contracción que va desde el 1 ,65% hasta el 4,16%; y
- se conoce el tamaño y forma del bracket mediante los cálculos realizados en el segundo paso del proceso de diseño, se han hecho diferentes configuraciones de base en cuanto a número de ranuras, longitud de Ia ranura, profundidad de Ia ranura, distancia entre ranuras y forma más o menos cóncava de Ia ranura. Mediante variación de parámetros, se ha conseguido una gran cantidad de configuraciones posibles, todas las cuales han sido probadas mediante ensayos de tracción con una máquina INSTRON para determinar Ia configuración óptima respecto a los parámetros de configuración. De las pruebas anteriormente mencionadas se han obtenido unos valores de los parámetros que configuran Ia forma de Ia base, que están comprendidos entre unos valores máximos y mínimos, dentro de los cuales se consigue una fuerza de retención igual o mayor que Ia predeterminada.
El proceso de moldeo tiene una gran importancia para que el bracket mantenga todas las propiedades de los materiales sobre los que se han hecho los cálculos de los pasos anteriores. Los objetivos son: - que Ia pieza tenga un acabado uniforme y no se produzca hidrólisis o al menos sea mínima; y
- que en el proceso de inyección no se acumulen tensiones por una difícil evacuación de los gases, Io que produciría una contracción no uniforme y una forma final no acorde a las características esperadas que han sido calculadas en los pasos anteriores.
Mediante un software de simulación se han realizado pruebas para ver cuál es el punto óptimo de inyección y en dónde deben estar situadas las zonas de escape de los gases para que, una vez sacada del molde, Ia pieza tenga las características requeridas de uniformidad de material, uniformidad de contracción y acabado superficial.
Para asegurar que Ia fuerza de retención no disminuya con Ia contracción máxima del 4,16 % se estrecha Ia distancia entre ranuras mediante un chorreo de arena de dicha base una vez que Ia pieza ha sido sacada del molde y ha sido enfriada.
Los resultados y características relativas a los cinco pasos del proceso para conseguir el bracket de Ia presente invención, se verán con más detalle en una descripción de una realización preferida de Ia invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una mejor comprensión del objeto de Ia presente invención se describe a continuación una realización práctica de Ia presente invención sobre Ia base de las figuras adjuntas, en donde:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva del bracket desde un punto lateral-posterior en donde se aprecia Ia forma de Ia base.
La Fig. 2 es Ia misma vista del bracket de Ia Fig. 1 para mostrar las cotas de los parámetros de construcción del bracket.
La Fig. 3 es una sección transversal vertical de una de las ranuras de Ia base del bracket de Ia Fig. 1.
La Fig. 4 muestra Ia forma de los lados de Ia ranura, siendo dicha forma función de Ia longitud de los radios T1, r2 y de Ia distancia d entre los centros c-i, C2.
La Fig. 5 muestra cómo Ia profundidad p de Ia ranura es función del ángulo α.
La Fig. 6 es una vista superior del bracket.
La Fig. 7 muestra las secciones transversales verticales realizadas en los planos A y B según Ia Fig. 5
La Fig. 8 es una vista en perspectiva del macho utilizado en Ia fabricación de moldeo por inyección que da forma a Ia base del bracket de Ia Figura 1.
La Fig. 9 muestra de forma esquemática las dos partes que componen el molde de fabricación del bracket, macho para Ia base y cavidad para el cuerpo.
La Fig. 10 muestra Ia unión del macho con Ia cavidad en un proceso de moldeo por inyección indicando el punto inyección mediante Ia flecha "i" y los puntos de escapes de gases mediante las flechas "o".
La Fig. 11 muestra de forma esquemática una sección de una zona próxima a una ranura antes y después de haber sido sometida a un chorreo de arena. REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN
Según se ha dicho anteriormente, las variables que se han considerado para conseguir el bracket de Ia presente invención son: material de fabricación, tamaño del bracket, forma de Ia base, diseño del molde y bombardeo con chorro de arena de dicha base.
Los materiales elegidos han sido policarbonato, polisulfona y poliétersulfona, porque se comportan bien contra Ia hidrólisis y cuando el acabado de Ia pieza es el adecuado mantienen el color transparente sin tender a hacerse opaco con el paso del tiempo, resistiendo además temperaturas de autoclave. Estos materiales no se cargan con ningún otro material porque el tamaño del bracket es del orden de 8 mm3 y en Ia actualidad no es fácil conocer cuáles son las propiedades de una estructura compuesta cuando se trata de un elemento tan pequeño porque las medidas de dureza no están suficientemente desarrolladas y contrastadas debido a que los marcadores de medición de estas medidas tampoco están contrastados.
El bracket de Ia presente invención está representado en Ia Fig. 1 y consta de dos porciones que son una base de retención 1 y un cuerpo del bracket 2, teniendo el cuerpo del bracket un surco 3 que sujeta el arco y unas aletas para ligaduras superiores 4 e inferiores 4', teniendo Ia base de retención unas ranuras 6 realizadas en Ia superficie y unas bandas de apoyo en el diente 5, situándose en el centro geométrico de Ia base el punto de inyección 7.
En Ia realización preferente se ha utilizado polisulfona y partiendo de sus propiedades físicas y químicas se han efectuado las pruebas necesarias para calcular las dimensiones adecuadas del bracket con el objetivo de que éste tenga una resistencia a Ia deformación y una fuerza contra Ia rotura adecuadas.
Las dimensiones a tener en cuenta para conseguir un bracket que cumpla el objetivo anteriormente dicho son: Ia longitud oclusal-gingival I1, Ia longitud mesial-distal I2, Ia longitud I3 desde el fondo de Ia ranura a Ia superficie del diente y Ia longitud I4 desde el fondo de Ia ranura a Ia superficie de ligadura, las cuales quedan acotadas en Ia Fig. 2. para mejor comprensión.
Los resultados obtenidos en las pruebas realizadas han sido los siguientes: 3,3mm < longitud oclusal-gingival I1 < 4,5mm;
2,8mm < longitud mesial-distal I2 < 3,6mm;
0,9mm < longitud fondo de Ia ranura-superficie diente I3 < 2,0;
0,7mm < longitud fondo de Ia ranura-superficie de ligadura I4 < 2,0; Habiéndose escogido para Ia realización preferida los valores de: longitud oclusal-gingival I1 = 3.5mm; longitud mesial-distal I2 = 3,1 mm; longitud fondo de Ia ranura-superficie diente I3 = 1 ,8mm; y longitud fondo de Ia ranura-superficie de ligadura I4 = 0,75mm.
Una vez conocida Ia forma y tamaño óptimos del bracket, el objetivo es obtener una base que tenga una forma capaz de conseguir Ia retención mecánica del material de cementado aguantando fuerzas de tracción de al menos 50 Newtons. El primer condicionante de Ia forma de las ranuras de Ia base, es que se pueda realizar mediante moldeo por inyección.
El primer condicionante supone que Ia pieza salga del molde sin que se produzca en ella ningún deterioro, no pudiendo por tanto tener dichas ranuras una forma cónica o prismática invertida, por Io que Ia forma de las ranuras de Ia base queda limitada. La Fig. 1 muestra Ia base de retención 1 que está formada por unas bandas de apoyo en el diente 5 que definen Ia superficie externa, y unas ranuras 6. La forma de las ranuras 6 es uno de los puntos fundamentales para conseguir el objetivo de Ia presente invención, el cual como se ha dicho anteriormente es conseguir una retención mecánica.
Las Figs 3- 7 muestran Ia forma de dichas ranuras 6. Según se aprecia en Ia Fig. 3, las ranuras 6 están compuestas por dos paredes laterales planas 17 y una pared posterior 9 que tiene forma cóncava de arco de circunferencia, mientras que las bandas de apoyo en el diente 5 están compuestas por dichas paredes laterales 17 y una pared anterior 10 también con forma cóncava de arco de circunferencia. Las paredes laterales 17 son sustancialmente paralelas para permitir Ia salida de Ia pieza del molde de inyección y Ia pared anterior 10 tiene un radio de curvatura mayor que Ia pared posterior 9 para que Ia resina usada en Ia operación de cementación con diente ocupe Ia mayor superficie posible y con ello conseguir el valor de adherencia predeterminado de 50 Newton.
Las Figs 4 y 5 muestran Ia forma de las paredes laterales planas 17 que conforman las ranuras 6, siendo el grado de concavidad de Ia paredes posterior 9 y anterior 10 función de los centros Ci, C2 y de los radios η, r2, y también Ia profundidad de Ia ranura función de Ia distancia entre los centros Ci y C2. La profundidad de Ia ranura es mayor en el centro de simetría (plano A de Ia Fig. 6) y decrece según se va acercando a los extremos laterales (plano B de Ia Fig. 6) según se aprecia en las Figs 5, 7 y 8.
En base a Io anterior, y teniendo en cuenta las siguientes variables:
- número de ranuras; - Ia longitud oclusal-gingival I1;
- Ia longitud mesial-distal I2;
- Ia anchura de Ia banda de apoyo en el diente I5;
- Ia anchura de Ia ranura I6; y
- Ia profundidad de Ia ranura 6, que es variable respecto a Ia posición angular y que se puede especificar por Ia diferencia de los valores de los radios de curvatura, se han ido cambiando los parámetros anteriormente mencionados y se han producido una serie de diferentes brackets, probándose Ia fuerza de retención de cada uno en una máquina INSTRON llegándose a Ia conclusión de que para unas medidas determinadas, se consiguen los objetivos predeterminados (factibilidad de fabricarse mediante moldeo por inyección y retención mecánica).
Los valores obtenidos que hacen posible el objetivo marcado, entre los cuales se encuentra el bracket de Ia realización preferente, se pueden resumir mediante las siguientes formulas:
3 ≤ Número de ranuras < 6;
0,2mm ≤ anchura de Ia ranura I6 ≤ 0,4mm;
0,45mm ≤ anchura de Ia banda de apoyo en el diente I5 ≤ 1 ; siendo Ia Ia anchura de Ia ranura I6 ≤ anchura de Ia banda de apoyo en el diente I5;
0,5mm ≤ profundidad en el centro del bracket 25 ≤ 0,7; siendo Ia profundidad de Ia ranura función de T1 y r2 como así mismo de Ia distancia entre centros donde 6 < r-, ≤ 20 , 2 ≤ r2 ≤ 5 y r2 ≤ (r-,-2).
Determinada Ia geometría total del bracket, el paso siguiente es conseguir un método de fabricación mediante moldeo por inyección que consiga una pieza que no tenga puntos débiles, los cuales pueden producirse por una orientación no adecuada de las fibras, acumulo de gases o por deformaciones de contracción en el proceso de enfriado.
El moldeo se realiza mediante dos semi-moldes unidos con sistema de corredera para poder expulsar Ia pieza. Dichos semi-moldes, son: un macho de Ia base 11 ilustrado en las Figs 8 y 9, el cual genera Ia forma de
Ia base de retención 1 y en él se pueden apreciar una parte saliente 6' que será causa de Ia forma de las ranura 6 y unas cavidades 5' que generan las bandas de apoyo en el diente 5, estando limitado el macho de Ia base por un borde oclusal gingival 19, un borde distal mesial 18, el punto de inyección 7; y una cavidad del cuerpo 12 ilustrada en Ia Fig. 9, que al rellenarse genera las partes del cuerpo del bracket 2 que como ya se sabe son el surco de retención 3 y las aletas 4, 4', estando limitada Ia cavidad del cuerpo un borde oclusal gingival y un borde distal mesial que coinciden con el del macho de Ia base 11.
Para reforzar las partes salientes (6') del macho de Ia base (11) se proporciona un nervio de refuerzo (no mostrado) posicionado perpendicularmente entre las paredes laterales (17).
Las longitudes del borde oclusal-gingival y del borde mesial-distal del macho de Ia base 11 y de Ia cavidad del cuerpo son idénticas y tienen formas complementarias para poderse unir íntimamente como se muestra en Ia Fig. 10.
Mediante un software de simulación especifico se han buscado puntos de inyección del plástico y puntos de evacuación para los gases que se generan durante Ia inyección, y así conseguir los más apropiados con el objeto de conseguir que el bracket tenga un acabado uniforme, no se acumulen tensiones en su estructura y que durante el proceso de enfriado no se produzcan contracciones que deformen con más intensidad unas partes que otras del bracket.
La Fig. 10 ilustra los resultados obtenidos: un único punto de inyección situado en el punto referenciado por el número 8, con puntos de escape de gases en el macho de Ia base referenciados con el número 14 y puntos de escape en Ia cavidad del cuerpo referenciados con el numeral 5.
El último paso del proceso se realiza para compensar Ia contracción de Ia resina de cementado durante su curación. Esta contracción es aproximadamente de un 10 %, por Io que se pretende reducir Ia anchura de las ranuras 6 en ese 10%. Esto se consigue mediante un chorreo de corindón con partículas de 120-180 mieras a 20 psi , 10 cm de distancia, durante 2 s, el cual produce rugosidades en las paredes que además de producir el efecto de reducir Ia anchura de Ia ranura produce una superficie de retención mayor por tener una superficie rugosa que es de mayor extensión que cuando está lisa.
La Fig. 11 muestra Ia diferencia de superficies en las zonas 9, 10 y 17 del bracket antes de haber sido chorreado y después de haberlo sido, que evidentemente es mayor debido a las rugosidades producidas, pero además el chorreo debe conseguir que y < 0.9x, donde x es Ia anchura de Ia ranura antes del chorreo de arena, e y Ia anchura de dicha ranura después de dicho chorreo de arena, para compensar Ia contracción de Ia resina de cementación.
Una vez descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia presente invención, así como una realización preferente de Ia misma, sólo queda por añadir que tanto su forma como los materiales y ejecución de Ia misma, son susceptibles de modificaciones, siempre y cuando no afecten de forma substancial a las características que se reivindican a continuación.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Bracket de uso en ortodoncia, fabricado totalmente de plástico mediante un proceso de moldeo por inyección, que comprende: una base de retención (1), definiendo dicha base de retención unas ranuras 6 y unas bandas de apoyo en el diente (5), Io que confiere a dicho bracket una retención mecánica; y un cuerpo del bracket (2), definiendo dicho cuerpo del bracket un surco del arco (3), y unas aletas para ligaduras (4, 4'), caracterizado porque:
- está fabricado de policarbonato, polisulfona o poliétersulfona;
- el cuerpo del bracket (2) tiene unas dimensiones definidas por:
* una longitud oclusal-gingival (I1) que está comprendida entre 3,3mm y 4,5mm;
* una longitud mesial-distal (I2) que está comprendida entre 2,8mm y 3,6mm;
* una longitud fondo de Ia ranura-superficie diente (I3) que está comprendida entre 0,9mm y 2,0mm; y
* una longitud fondo de Ia ranura-superficie de ligadura (I4) que está comprendida entre 0,7mm y 2,0mm;
- Ia base de retención (1 ) tiene forma cóncava para adaptarse al diente y se constituye por;
* unas ranuras (6) constituidas por dos paredes laterales (17) y una pared posterior (9), dichas paredes laterales (17) definidas mediante un radio de curvatura externo (η), un radio de curvatura interno (r2) y una distancia de separación entre centros (d), teniendo Ia pared posterior (9) forma cóncava con un radio de curvatura interno (r2);
* unas bandas de apoyo en el diente (5) constituidas por dichas paredes laterales (17) y una pared anterior (10) teniendo dicha pared anterior (10) forma cóncava con un radio de curvatura externo (π).
2. Bracket de uso en ortodoncia, según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque: - Ia base de retención (1 ) tiene un número de ranuras comprendido entre 3 y 6; - Ia anchura de Ia ranura (I6) es menor que Ia anchura de Ia banda de apoyo en el diente (I5), estando Ia anchura de Ia ranura (I6) comprendida entre 0,2mm y 0,4mm y Ia anchura de Ia banda de apoyo en el diente (I5) comprendida entre 0,45mm y 1 mm; - Ia profundidad en el centro del bracket (25) está comprendida entre 0,5mm y
0,7mm; y
- Ia profundidad de Ia ranura es función de los valores de los radios de curvatura externo (η) e interno (r2) como así mismo de Ia distancia entre centros (d), donde 6 ≤ r, ≤ 20 , 2 < r2 ≤ 5 y r2 ≤ (r-,-2).
3. Método de fabricación de un bracket de uso en ortodoncia según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque
- el molde de fabricación se compone de un macho de Ia base (11) y una cavidad del cuerpo (12) con sistema de corredera que tiene un único punto de inyección
(7) situado aproximadamente en el centro geométrico de Ia base y unos puntos de escape de gases (14) situados en el macho de Ia base y unos puntos de escape de gases (15) situados en Ia cavidad del cuerpo;
- dicho macho de Ia base (11) tiene unas partes salientes (6') entre las que se proporciona un nervio de refuerzo posicionado perpendicularmente entre las paredes laterales (17); y
- Ia base de retención (1) es sometida a un chorreo de corindón con partículas de 120-180 mieras a 20 psi , 10 cm de distancia, durante 2 s, que al producir rugosidades en Ia superficie disminuye Ia anchura de las ranuras (6) un valor en torno al 10%.
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