ASTM F136 / Ti-6Al-4V ELI Титанови пръти за протези

1. Какво е ASTM F136?

ASTM F136 е авторитетен стандарт, установен от ASTM International (предишно Американско общество за изпитване и материали), специално за титанови сплави, използвани в хирургически импланти. Пълното заглавие е 《Стандартна спецификация за кована сплав Ti-6Al-4V ELI (изключително ниска интерстициална) за експресно приложение на хирургически импланти. Той определя химичния състав, механичните свойства и металургичните изисквания за титаниева сплав за импланти – Ti‑6Al‑4V ELI (UNS R56401).

В областта на денталната медицина Ti‑6Al‑4V ELI обикновено се нарича титанова сплав клас 23 или TC4 ELI и се счита за „златен стандарт“ сред медицинските титанови сплави.

2. Какво означава "ELI"?

„ELI“ означава изключително ниска интерстициална реклама. В сравнение с конвенционалнитеTi‑6Al‑4V (клас 5), версията на ELI налага много по-строг контрол върху интерстициалните елементи като въглерод, кислород, азот и водород.

Използвайки данни, публикувани от Straumann като пример, изискванията за химичен състав за Ti‑6Al‑4V ELI са както следва:

Именно този строг контрол върху елементите на примесите дава на класа ELI по-висока якост на счупване и по-ниска скорост на нарастване на пукнатини от умора в сравнение с конвенционалния Ti‑6Al‑4V.

3. Защо Ti‑6Al‑4V ELI е подходящ за дентални възстановявания?

3.1 Отлична биосъвместимост

Когато титановата сплав е изложена на въздух или телесни течности, тя спонтанно образува стабилен, непрекъснат и плътен оксиден филм (главно TiO₂) върху повърхността си. Този филм придава отлична устойчивост на корозия в телесните течности (които по същество са разтвори на хлоридни соли) и материалът не предизвиква почти никакви нежелани тъканни реакции.

Проучванията потвърдиха, че Ti‑6Al‑4V ELI показва добра биобезопасност при тестове за цитотоксичност. Поради тази причина той се използва широко в зъбни импланти, опори, рамки за протези и различни други орални протезни устройства.

3.2 Идеални механични свойства

Типичните механични свойства на Ti‑6Al‑4V ELI са:

Висока специфична якост: Титановата сплав има само около 60% плътност на стоманата, но нейната здравина далеч надвишава тази на чистия титан. Това означава, че протезните рамки, направени от Ti‑6Al‑4V ELI, могат да бъдат по-тънки и по-леки, като същевременно поддържат достатъчна здравина, като по този начин подобряват комфорта на пациента.

Еластичен модул по-близо до костта: Въпреки че модулът на титан (≈110 GPa) все още е по-висок от този на човешката кортикална кост (20-30 GPa), той е значително по-нисък от този на неръждаемата стомана и кобалтово-хромовите сплави. Това помага за намаляване на ефекта на „екраниране от стрес“ – когато имплантът носи твърде много натоварване, което води до атрофия на околната кост.

Превъзходна устойчивост на умора: В оралната среда протезите се подлагат на хиляди циклични дъвкателни натоварвания всеки ден. Ti‑6Al‑4V ELI, със своята отлична якост на умора и устойчивост на повреди, може да поддържа структурната цялост в дългосрочен план.

3.3 Устойчивост на корозия

Устната кухина е топла, влажна, има променливо pH и съдържа остатъци от храна и микробни метаболити. Плътният оксиден филм върху Ti‑6Al‑4V ELI осигурява изключителна устойчивост на корозия в тази сложна среда и не освобождава вредни метални йони, както правят някои сплави на неблагородни метали.

4. Приложения в зъбопротезирането

 Абатменти за импланти

Абатментите за импланти свързват импланта (изкуствения корен) с короната и директно предават дъвкателните сили. FDA одобри много CAD/CAM персонализирани опори, направени от Ti‑6Al‑4V ELI (ASTM F136). Тези опори могат да бъдат дигитално проектирани и фрезовани, за да съответстват прецизно на анатомията на пациента.

 Рамки за протези и мостове

Независимо дали за фиксирани мостове или подвижни рамки за частични протези, Ti‑6Al‑4V ELI е идеалният избор. Технологията за фрезоване CAD/CAM може прецизно да изреже рамки от титаниеви пръти или блокове, като предлага по-висока точност и по-малко дефекти от традиционните методи за леене.

 Самите импланти

Някои системи за зъбни импланти също използват Ti‑6Al‑4V ELI (ASTM F136). Повърхностите на импланта често се третират (напр. чрез пясъкоструене и киселинно ецване, SLA), за да се насърчи остеоинтеграцията.

5. Производствени пътища: от титаниева шина до протеза

Стандартът ASTM F136 обхваща продуктови форми, включително пръти, ковашки материали, плочи, ленти и тел. При производството на зъбни протези обикновено се използват следните два метода за цифрова обработка:

Субтрактивно производство (фрезоване/CNC): Компонентът се обработва от титаниева пръчка или блок с помощта на компютърно контролирано рязане. Този метод предлага висока точност и добро качество на повърхността.

Производство с добавки (3D печат): Техники като селективно лазерно топене (SLM) или топене с електронен лъч (EBM) се използват за изграждане на детайла слой по слой от прах от титанова сплав. Този подход е подходящ за сложни геометрии.

Независимо от метода, крайният продукт трябва да отговаря на строгите изисквания на ASTM F136, за да се гарантира качество на импланта.

6. Как да изберем: ASTM F136 срещу ASTM F67

При избора на дентален материал ASTM F136 често се сравнява с ASTM F67 (чист титан, степени 1-4). Общите насоки са:

 Изберете ASTM F136 (Ti‑6Al‑4V ELI), когато приложението изисква висока носеща способност и устойчивост на разрушаване от умора – напр. имплантни опори, тънкостенни протези и мостове с няколко звена.
 Изберете ASTM F67 (чист титан), когато се изисква най-голяма биосъвместимост, необходимо е сложно студено формоване или когато основната грижа е оптималната остеоинтеграция.

7. Обобщение

ASTM F136 / Ti‑6Al‑4V ELI титаниева лента се превърна в предпочитан материал за производство на протези, тъй като предлага изключителен баланс на биосъвместимост, механични характеристики и възможност за обработка. Изключително ниският контрол на интерстициалния елемент му придава превъзходна якост на счупване и устойчивост на умора в сравнение със стандартните титанови сплави. Неговата отлична устойчивост на корозия и биосъвместимост осигуряват дълготрайна стабилност в сложната орална среда, докато неговият сравнително умерен еластичен модул помага за намаляване на защитата от напрежение и защитава околната костна тъкан.