Лазерная сварка в ортопедической стоматологии

На сегодняшний день пайка считается устаревшей технологией изготовления ортопедических конструкций, хотя это простой способ решения проблем, связанных с металлическими каркасами. 

Техника внутриротовой сварки подробно описана на вебинаре Немедленная нагрузка с применением внутриротовой сварки. Конометрическая концепция.

Недостатки пайки, которые легко решаются сваркой

Данная технология обладает рядом недостатков. Главный из них – это необходимость нагрева спаиваемой области каркаса до достаточно высокой температуры, которая по своей величине превышает температуру плавления припоя. Результатом является нежелательная оксидация, выгорание органических компонентов конструкции и истончение участков каркаса, ухудшение связки с каркасом. 

Рисунок 1. Лазерная сварка в стоматологии.

Следующий недостаток – это истончение конструкции вследствие частичного преобразования металла в оксиды, которые дополнительно сполировываются, протез утрачивает сопротивляемость нагрузкам, а в крайних ситуациях образовываются дефекты. 

Невозможно переоценить значение лазерной сварки в случае, если после припасовки каркаса очевидна необходимость удлинить край коронки. При отсутствии аппарата для сварки приходится переделывать каркас полностью, отливать и припаивать недостающий фрагмент.

В процессе пайки каркас разогревается неравномерно, что вызывает внутри него расширительные напряжения, которые провоцируют растрескивание и отслойку хрупкого облицовочного покрытия. 

Использованием лазера исправляются и другие проблемы, если внешне полированные участки содержат щербинки, образованные за счет включений шлаков, остатков литейного тигля или формовочной массы, либо углубления, которые в свое время не были замечены на восковой модели или были приобретены в процессе отливки. Выделяют дефекты и иного происхождения, это могут быть объёмные поры вследствие усадки, их устраняют заглаживанием поверхности с помощью лазера, причем луч фокусируется большим диаметром, он лишь слегка подплавляет участок протеза на минимальную глубину. 

Рисунок 2. Литой протез после починки лазерной сваркой.

Еще один недостаток обусловлен тем, что при пайке применяется припой, расплав которого поглощает углерод, пламя горелки содержит углеводороды, в результате припой обогащается углеродом, его состав изменяется и утрачивается однородность, а это является основой для неблагоприятных последствий (деформация и поломка всей конструкции).

Следующий недостаток представляет собой гальванические токи, которые развиваются в ротовой полости пациента вследствие протезирования, даже если все конструкции выполнялись из одинакового сплава.

Пятый недостаток обусловлен применением паяльного флюса. Пайка иногда помогает устранить одну проблему, формируя предпосылки для появления другой. Это происходит в процессе ликвидации последствий некорректной установки литниковой системы, вызывающей образование узких пор, микропористости, провалов поверхности, трещин и разломов. В процессе запаивания перечисленных дефектов разогретый флюс может впитаться внутрь конструкции, а далее, при обжиге керамики, выходит наружу сквозь микропустоты. 

На этом перечисление недостатков пайки можно закончить, упомянув еще значительно более слабую прочность паяного соединения относительно цельного металла, что особо важно при использовании хрупких облицовок. Непрочный припой обратимые нагрузочные деформации переносит с трудом.

Рисунок 3. Аппарат точечной микросварки.

Для улучшения качества протезирования целесообразно использовать при починке и изготовлении ортопедических конструкций бесприпойные способы соединения, к числу которых относится лазерная сварка. 

Преимущества лазерной сварки

Существует ряд неоспоримых преимуществ, характерных для лазерной сварки деталей металлических конструкций ортодонтических аппаратов и ортопедических протезов.

1. Лазерное излучение обладает малой расходимостью, что позволяет точно сфокусировать его на небольшом участке, получив на выходе мощный луч высокой плотности, который способен подвергнуть сварке трудносвариваемые тугоплавкие материалы.
2. Бесконтактность работы и способность передачи излучения посредством световода позволяет выполнять сварку на труднодоступных участках. 
3. Получаемые при использовании лазера сварные швы характеризуются небольшой зоной термического воздействия на окружающий материал, это является профилактикой возможных термических деформаций. 
4. Нет необходимости в применении дополнительных материалов: флюсов и припоев.
5. Ограниченная локальность действия излучения помогает обработать фрагмент конструкции по близости от термочувствительных участков.
6. Небольшая продолжительность лазерной сварки избавляет от неблагоприятных структурных нарушений.
7. Скорость сварки достаточно высока.
8. Процесс сварки автоматизирован.
9. Специалист может легко и быстро маневрировать формой, продолжительностью и энергией лазерного луча, что обеспечивает гибкость управления технологическим сварочным процессом.

Рисунок 4. Использование лазера в стоматологии.

Механизм лазерной сварки

Рассмотрим подробнее процесс лазерной сварки. Блок питания лазерной установки преобразует переменный ток сети в мощную энергию, которая передается на электроды лампы накачки. Лазерное излучение, выходящее из резонатора, фокусируется на свариваемой поверхности в виде пятна малого диаметра, равного не более 1 мм. Меньшая доля попадающего на протез излучения отражается, большая часть поглощается, используется для нагрева материала и его плавления. При слишком высокой энергия излучения, которое попадает на единицу поверхности в области фокусировки, может наблюдаться испарение материала, что сопровождается выплеском его. 

Импульсный световой поток, создаваемый лазером, фокусируется на стыке металлических поверхностей в пятно 1 мм в диаметре. В области стыка деталей расплавленный металл стекает в щель, образованную деталями, а затвердевая, формирует сварное точечное соединение благодаря сплавлению. 

Детали к началу следующего воздействия лазерного импульса перемещаются, чтобы произошло частичное перекрытие точки сварки с предыдущей, так формируется сварочный шов. 

Энергия лазерного излучения определяется напряжением заряда, еще один важный показатель лазерной сварки – это размер пятна фокусировки, а также величина перекрытия точек сварки. За счет плавного изменения данных характеристик специалист выбирает наиболее оптимальный режим сварки для конкретной детали, при этом учитываются особенности конфигурации детали и ее химический состав. 

Рисунок 5. Лазерный скальпель в стоматологии.

Лазерное излучение при воздействии на материал вызывает цепочку сложных связанных между собой процессов, которые в большей или меньшей степени выявляются на обрабатываемой поверхности:

• поглощение энергии лазера поверхностью металла, нагрев материала и распределение тепла;
• термическое разрушение и термоупругая деформация материала, расплавление металла и поверхностное испарение его;
• под действием давления расплав движется, возможны его выплески, перенос на контактные поверхности, конвективное перемешивание;
• нагрев материала;
• происходит пластическая деформация металлических поверхностей;
• дальнейшее распространение излучения лазера;
• охлаждение и затвердение расплава, которое сопровождается структурными и химическими преобразованиями.

Конечный результат лазерной сварки чувствителен к тонким характеристикам излучения, к качеству поверхности свариваемого материала, составу исходного сплава. Эти внутренние взаимосвязи указанных процессов способствуют развитию ряда неустойчивостей и колебаний, существенно влияющих на окончательный результат. 

В процессе лабораторных исследований была установлена необходимость разработки и производства устройств, которые бы обеспечивали максимально точное позиционирование и укрепление соединяемых лазерной сваркой частей сложной конфигурации, к каковым относится большинство составных компонентов ортопедических конструкций и ортодонтических аппаратов.

Принцип работы оборудования при электрической сварке в полости рта представлен на вебинаре Немедленная нагрузка при помощи внутриротовой электросварки при полной адентии.