Upload
daengarjuna
View
260
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Join Tesis Final
Citation preview
UNIVERSITAS INDONESIA
DEFORMASI SLOT BEBERAPA PRODUK BRAKET STAINLESS STEEL AKIBAT GAYA TORQUE PADA KAWAT
STAINLESS STEEL
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar spesialis ortodonti
Atika Zairina 1006785396
FAKULTAS KEDOKTERAN GIGI PROGRAM PENDIDIKAN DOKTER GIGI SPESIALIS
DEPARTEMEN ORTODONTI JAKARTA JUNI 2013
ii Universitas Indonesia
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Tesis ini adalah hasil karya saya sendiri dan semua sumber baik
yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.
Nama : Atika Zairina
NPM : 1006785396
Tanggal : 19 Juni 2013
Tanda Tangan :
iii Universitas Indonesia
HALAMAN PENGESAHAN
Tesis in diajukan oleh : Nama : Atika Zairina NPM : 1006785396 Progam Studi : Ortodonti Judul Tesis : Deformasi Slot Beberapa Produk Braket Stainless Steel Akibat Gaya Torque pada Kawat Stainless Steel Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Spesialis Ortodonti pada Program Studi Ortodonti, Fakultas Kedokteran Gigi, Universitas Indonesia.
DEWAN PENGUJI
Pembimbing I : drg. Erwin Siregar, Sp.Ort (K) ( )
Pembimbing II : drg. Nia Ayu Ismaniati, MDSc, Sp.Ort (K) ( )
Penguji I : drg Krisnawati, Sp. Ort (K) ( )
Penguji II : Prof. Dr. drg. Faruk Hoesin, MDs, Sp.Ort (K) ( )
Penguji III : drg. Nada Ismah, Sp. Ort ( )
Ditetapkan di : Jakarta Tanggal : 19 Juni 2013
iv Universitas Indonesia
KATA PENGANTAR / UCAPAN TERIMA KASIH
Alhamdulillah kita panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmatNya sehingga saya dapat menyelesaikan tesis ini tepat pada waktunya. Penulisan tesis ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Spesialis Ortodonti di Fakultas Kedoketeran Gigi Universitas Indonesia. Saya mengucapkan terima kasih kepada Yang terhormat drg. Erwin Siregar, Sp.Ort. (K) selaku pembimbing pertama dan penguji, atas segala dukungan, waktu, dan bimbingan kepada saya selama pembuatan tesis.
Yang terhormat drg. Nia Ayu Ismaniati, MDSc. Sp.Ort. (K) selaku pembimbing kedua dan penguji, atas segala dukungan, waktu dan bimbingan yang diberikan kepada saya selama pembuatan tesis.
Yang terhormat drg. Krisnawati, Sp.Ort. (K) selaku Kepala Bagian Spesialis Ortodonti, dan ketua penguji.
Yang terhormat Prof.Dr.drg. Faruk Hoesin, MDs, Sp.Ort. (K) selaku penguji yang telah banyak memberi masukan terhadap penulisan tesis.
Yang terhormat drg. Nada Ismah, Sp.Ort. selaku penguji yang juga memberikan masukan terhadap penulisan tesis ini.
Yang terhormat seluruh staf pengajar Departemen Ortodonti yang telah memberi ilmu, masukan dan dukungan selama perkuliahan.
Yang terhormat Bapak Ronald dan Bapak wahyu dari Perusahaan Teknik Surya Sarana Dinamika Bandung, serta Bapak Gani dari Laboratorium Biomedis Paska Sarjana UI yang telah berkenan mendukung pelaksanaan penelitian, memberi masukan, bantuan dan ide selama penelitian.
Keluarga tercinta : Papaku Zony Amry Tambunan, SE, MBA dan Mamaku Derityani Lhastiningsih, yang selalu memberikan doa dan dukungan selama perkuliahan. Papi dan Mami mertua yang selalu berdoa dan juga dukungan moril dalam masa-masa perkuliahan.
Keluargaku tercinta : Suami Reindel Zulfikar Ngabito, SE, M.M., yang selalu tidak hentinya memberikan dukungan, doa, semangat, inspirasi dan kesabaran di saat-saat perkuliahan, pembuatan tesis hingga selesainya pembuatan tesis ini, Anakku tercinta Aurellia Zahrani Ngabito dan Afdhilla Zahabia Ngabito yang selalu memberikan semangat dan cinta dan selalu berdoa dalam sholatnya agar maminya cepat lulus. Alhamdulillah doa kalian semua memberikan motivasi, penguat dan kesabaran sehingga dapat menyelesaikan tesis ini tepat pada waktunya.
v Universitas Indonesia
Adikku Nia Zairini Tambunan dan Kakakku Iman yang dalam kesibukannya masing-masing selalu memberikan doa dan dukungan dalam perkuliahan.
Sahabatku Amie, Ferla dan Citra yang sangat energik, penuh semangat yang tidak henti-hentinya menginspirasiku menyelesaikan pembuatan tesis ini
Dan juga bantuan dari klinik :Suster Nurhayati dan drg Ike fishuri yang banyak membantu tetap berjalannya klini selama masa perkuliahan. Tidak lupa juga bantuan yang cukup besar dari orang-orang rumah Andi, Ulfah, Yani, Teteh, Ale, Roy yang setia dan sabar dalam mebantu saya dalam urusan rumah tangga.
Kepada teman-teman Orto angkatan 2010 : Irwin, Citra, Samson, Irma, Marissa, Tuti, Hanny, Sabrina, dan Pipit serta my roomate Mba Lia yang sangat kompak, banyak memberi masukan dan memberi warna diskusi dalam perkuliahan ini. Semoga angkatan kita terus kompak.
Seluruh pegawai Departemen Ortodonti yang telah membantu dan memberi dukungan selama masa perkuliahan khususnya Pak Dedi dan Pak Ridwan. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas bantuan, dukungan dan doanya sehingga tesis ini berakhir dengan sangat baik.
Akhir kata, semoga Allah SWT membalas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu, dan apabila masih terdapat kekurangan, penulis berharap dapat menjadi masukan di kemudian hari. Semoga penulisan tesis ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu kedokteran gigi.
Jakarta, Juli 2013
Penulis
vi Universitas Indonesia
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademika Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : drg. Atika Zairina NPM : 1006785396 Program studi : Dokter Gigi Spesialis Ortodonti Departemen : Ortodonti Fakultas : Kedokteran Gigi Jenis Karya : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Nonexclusive Royaty-Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul:
Deformasi Slot Beberapa Produk Braket Stainless Steel Akibat Gaya Torque pada Kawat Stainless Steel
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilih Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di : Jakarta Pada tanggal : 19 Juni 2013
Yang Menyatakan
(Atika Zairina)
vii Universitas Indonesia
ABSTRAK
Nama : Atika Zairina Program Studi : Ortodonti Judul : Deformasi Slot Beberapa Produk Braket Stainless Steel Akibat Gaya Torque pada Kawat Stainless Steel Pendahuluan: Braket ortodonti merupakan komponen penting dalam piranti ortodonti cekat karena menghantarkan gaya dari kawat ke struktur gigi dan jaringan pendukungnya sehingga terjadi pergerakkan gigi. Komposisi logam dan proses manufaktur braket Stainless Steel mempengaruhi sifat fisik dan mekanis, salah satunya kekerasan dan kekuatan. Tetapi, beberapa pabrik mengurangi biaya produksi dengan mengabaikan proses manufaktur yang sesuai dengan standarisasi. Hal ini dapat menyebabkan deformasi slot braket khususnya saat diaplikasikan gaya torque. Deformasi slot braket dapat mengurangi besar gaya torque yang akan dihantarkan ke gigi dan jaringan pendukungnya sehingga hasil perawatan tidak efektif dan efisien. Beberapa braket Stainless Steel yang beredar dipasaran masih diragukan kualitasnya dalam perawatan ortodonti. Tujuan: Untuk membandingkan besar gaya torque akibat sudut puntir 300dan 450 kawat Stainless Steel serta deformasi slot permanen akibat gaya torque tersebut antara kelompok merk braket (3M, Biom, Versadent, Ormco dan Shinye). Metode Penelitiian: Lima puluh braket Stainless Steel edgewise dari 5 kelompok merk braket (n=10) di lem ke akrilik. Masing-masing braket dilakukan pengukuran tinggi slot dengan mikroskop stereoskopi, lalu diaplikasikan puntiran kawat melalui alat yang sudah dibuat pada penelitian ini sehingga diperoleh besar gaya torque. Setelah uji torque, dilakukan kembali pengukuran tinggi slot braket. Deformasi slot pemanen dihitung dari selisih dua tahapan pengukuran tinggi slot yaitu sebelum dan sesudah aplikasi gaya torque Hasil: Analisis statistik menunjukkan perbedaan bermakna besar gaya torque pada sudut puntir 300 dan 450 antara Biom dan Shinye dengan Omrco. Gaya torque paling besar yaitu pada merk braket 3M (300= 442,12 gmcm dan 450= 567,99 gmcm) , sedangkan yang terkecil adalah Biom (300= 285,50 gmcm, 450=361,38 gmcm). Perbedaan deformasi slot braket terjadi hampir pada semua kelompok merk braket. Deformasi slot braket hanya terjadi pada merk braket Biom (2,82 m) dan Shinye (2,52 m). Kesimpulan: Bentuk geometri slot, komposisi, proses manufaktur braket Stainless Steel dan sudut puntir kawat mempengaruhi besar gaya torque. Komposisi AISI 303 dan 17-4 PH serta proses manufaktur melalui MIM menghasilkan deformasi slot braket yang kecil dan secara klinis tidak signifikan. Kata kunci: Deformasi slot, torque, braket Stainless Steel, kawat Stainless Steel .
viii Universitas Indonesia
ABSTRACT
Name : Atika Zairina Study Program : Orthodontics Title : Slot Deformation Various Stainless Steel Bracket Products Due To The Torque Force of Stainless Steel Wire Introduction: Orthodontic bracket is an important component in fixed orthodontic appliances for distributing force to the structure of the tooth and its supporting tissues, causing tooth movement. Alloy composition and manufacturing process Stainless Steel bracket affects the physical and mechanical properties, one of which hardness and strength. However, some manufacturers reduce costs at the manufacturing process in accordance with standards. This can cause deformation of the bracket slot especially when applied torque force. In addition, slot deformation can reduce the torque force that will be transmitted to the tooth and its supporting tissues so that the treatment is ineffective and inefficient. Therefore, some Stainless Steel brackets quality in the market is still questionable for orthodontic treatments. Objective: To determine the deformation of the bracket slot of five brands (3M, Biom, Versadent, Ormco and Shinye) due to the force Stainless Steel wire with torsional angle of 45 and the amount of torque force with torsional angle of 30 and 45. Methods: Fifty Stainless Steel Edgewise brackets from five bracket groups brands (n = 10) is attached onto an acrylic. Each bracket slot height was measured with a microscope stereoscopy, then applied torsion wire through torque apparatus that has been made for this study to obtain the amount of torque force. Once the torque test has been done, then the width of bracket slot is re-measured. Deformation slot calculated from measurements of height difference between before and after the torque test. Results: Statistical analysis shows differences in slot bracket deformation in all group of bracket brands. But, clinically permanent slot deformation deformation occurs only on Biom (2.82 m) and Shinye (2.52 m). Repeated measure ANOVA comparison showed significant differences in the amount of torque at torsion angle of 300 and 450 between Biom and Shinye with Omrco. The 3M transmitted highest load (300 = 442,12 gmcm and 450 = 567,99 gmcm), while the lowest is Biom (300 = 285,50 gmcm and 450 = 361,38 gmcm). Conclusion: Stainless Steel bracket slot deformation is influenced by several factors specifically geometry bracket slot, the composition of the metal, manufacture and torsional angle wire. Alloy composition of AISI 303 and 17-4 PH and manufacture by the method of metal injection molding (MIM) has the smallest deformation. Key Words: Slot deformation, torque, Stainless Steel brackets, Stainless Steel wire
ix Universitas Indonesia
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL iHALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS iiHALAMAN PENGESAHAN iiiKATA PENGANTARivHALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI viABSTRAK viiABSTRACTviiiDAFTAR ISI ixDAFTAR GAMBAR xiDAFTAR TABELxiiiDAFTAR GRAFIKxivDAFTAR LAMPIRAN xv1. PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang11.2 Rumusan Masalah 31.3 Tujuan Penelitiian 31.4 Manfaat Penelitian 4
2. TINJAUAN PUSTAKA 62.1 Logam Stainless Steel dalam Bidang Ortodonti 62.2 Braket Stainless Steel 9
2.2.1 Manufaktur Braket Stainless Steel 102.2.1.1 Metal Injection Molding (MIM)112.2.1.2 Brazing pada Braket Stainless Steel 132.2.1.3 Laser Welded pada Braket Stainless Steel 15
2.3 Kawat Stainless Steel 172.3.1 Manufaktur Kawat Stainless Steel 18
2.4 Sifat Mekanis Stainless Steel 192.5 Braket Edgewise23
2.5.1 Sejarah Braket Edgewise 232.5.2 Prinsip Perawatan dengan Sistem Edgewise26
2.6 Biomekanika Torque di Perawatan Ortodonti282.6.1 Torque Gigi Insisivus Atas 302.6.2 Interaksi Slot Braket dengan Kawat Stainless Steel dalam Aplikasi Gaya Torque312.6.3 Pengukuran Slot Braket 34
2.7 Kerangka Teori37
3. KERANGKA KONSEP, HIPOTESIS, VARIABEL PENELITIAN DAN DEFINISI OPERASIONAL.. 38
3.1 Kerangka konsep383.2 Hipotesis383.3 Variabel Penelitian383.4 Definisi Operasional 38
xUniversitas Indonesia
4. METODE PENELITIAN414.1 Desain Penelitian414.2 Waktu dan Tempat Penelitian414.3 Sampel Penelitian 414.4 Alat dan Bahan Penelitian 434.5 Cara Kerja Penelitian 464.6 Alur Penelitian 494.7 Manajemen dan Analisis Data 50
5. HASIL PENELITIAN 525.1 Penelitian Pendahuluan 525.2 Pengukuran Perbedaan Besar Gaya Torque dengan Sudut Puntir 300 53
dan 4505.3 Pengukuran Deformasi Slot Braket Akibat Gaya Torque 57
6. PEMBAHASAN617. KESIMPULAN DAN SARAN71
7.1 Kesimpulan717.2 Saran 71
DAFTAR PUSTAKA 73
UCAPAN TERIMAKASIH
xi Universitas Indonesia
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Manufaktur braket dengan proses Metal Injection Molding ............ 12
Gambar 2. Scanning Electron Microscopy dari braket dengan teknik MIM menunjukkan porusitas permukaan yang luas ........................ 13
Gambar 3. Braket yang terdiri dari komponen sayap dan dasar braket yang disambung dengan brazing alloy ............................................. 14
Gambar 4. Foto tiga dimensi manufaktur braket dengan metode laser welded . 16 Gambar 5. Scanning electron micrographs dari mesh braket yang dibuat
dengan laser dan mesh braket normal .............................................. 17
Gambar 6. Kurva Stress-strain kawat ortodonti ................................................. 21 Gambar 7. Piranti Angless E arch ..................................................................... 23 Gambar 8. Piranti Angles Pin and Tube ........................................................... 24 Gambar 9. Piranti Angles Ribbon Arch ............................................................ 24 Gambar 10. Braket edgewise standar dengan satu sayap .................................... 25 Gambar 11. Braket edgewise standar dengan dua sayap (twin braket) .............. 28 Gambar 12. First order bend pada kawat rahang atas (kiri) dan
rahang bawah (kanan). Second order bend pada gigi insisivus rahang atas dan Third order bend dengan kawat rektangular ............................................................................ 29
Gambar 13. Kawat rektangular yang dipuntir sehingga menghasilkan gaya
kopel untuk memperoleh torque pada gigi ..................................... 31 Gambar 14. Kehilangan torque gigi insisvus atas sebesar 100
dan 150 gram menyebabkan efek retrusif ke lingual sebesar 2,7 mm dam 4 mm........................................................................... 33
Gambar 15. Torque play antara slot braket dengan kawat .................................. 33 Gambar 16. Kontak antara ujung tepi kawat dengan dinding slot braket saat aplikasi gaya torque sebesar 3 Ncm dapat menyebabkan notching pada dinding slot braket ............................ 34 Gambar 17. Titik pengukur slot .......................................................................... 34 Gambar 18. Mikroskop stereo merk Carl Zeiss .................................................. 35
xii Universitas Indonesia
Gambar 19. Pengukuran tinggi slot dengan masing-masing tiga garis di sayap mesial dan sayap distal ...................................................... 36
Gambar 20. Foto braket yang diukur tinggi slot dari sayap mesial dan sayap distal ................................................................................................ 36
Gambar 21. Alat rakitan uji torque yang digunakan dalam penelitian ............... 43 Gambar 22. Servomotor Merk Cool Muscle dengan crosshead sebagai
pemberi gaya pada kawat ................................................................ 44 Gambar 23. Chart recorder sebagai layar yang manampilkan besar
gaya torque dalam bentuk digital .................................................... 44 Gambar 24. Mikroskop stereoskopi merk Carl Zeiss.......................................... 45 Gambar 25. Tampilan software Axiocam pada layar komputer ......................... 45 Gambar 26. Lem Super Bonder Merk Loctite nomor 495 .................................. 45 Gambar 27. Mounting disc akrilik ...................................................................... 45 Gambar 28. Kawat Stainless Steel merk 3M ....................................................... 46 Gambar 29. Sampel yang sudah dipasang ke alat uji torque .............................. 47 Gambar 30. Tampilan besar gaya torque dalam satuan gramsentimeter (gmcm) 48 Gambar 31. Pengukuran besar gaya torque dengan cara melihat
chart recorder yang sudah diprogram kedalam servomotor dalam skala momen (gram sentimeter) ........................................... 54
Gambar 32. Foto braket kelompok A, B, C, D dan E sebelum dan sesudah
pemberian gaya torque kawat Stainless Steel .019x .025 dengan sudut puntir 450 ................................................................... 58
Gambar 33. Foto sebelum dan sesudah pemeberian gaya torque terlihat
pelebaran tinggi slot pada garis A (putih) lebih banyak daripada garis B (merah) ................................................................. 66
Gambar 34. Foto mikroskop stereo Braket 3M, Braket Biom, Braket Shinye . 68 Gambar 35. Foto mikroskop strereo braket kelompok A,B,C,D dan E
menunjukkan perbedaan bentuk slot braket dan sudut dasar slot braket ........................................................................................ 69
xiii Universitas Indonesia
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Perbandingan sifat mekanis alloy yang digunakan sebagai kawat ortodonti .................................................................................... 22
Tabel 2. Kode identitas braket berdasarkan nomor urut sampel yang melalui randomisasi .............................................................................. 54
Tabel 3. Hasil pengukuran besar gaya torque pada sudut puntir 300 dan 450
untuk setiap kelompok braket ............................................................... 55 Tabel 4. Hasil pengukuran perbedaan gaya torque pada sudut puntir
300 dan 450 antara kelompok braket ..................................................... 56 Tabel 5. Hasil pengukuran tinggi slot braket sebelum dan sesudah uji
torque (deformasi slot braket) pada masing-masing kelompok braket . 59 Tabel 6. Hasil pengukuran perbedaan deformasi deformasi slot braket
antara kelompok A,B,C,D,E akibat gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025 dengan sudut puntir 450 ...................................................... 60
Tabel 7. Analisis post-hoc untuk perbedaan deformasi slot braket antara
kelompok A,B,C,D,E akibat gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025 dengan sudut puntir 450 ..................................................... 60
xiv Universitas Indonesia
DAFTAR GRAFIK
Grafik 1. Plot Bland-Altman untuk pengukuran tinggi slot braket dengan mikroskop stereo ..................................................................... 55
Grafik 2. Besar gaya torque akibat sudut puntir 300 dan 450 pada setiap kelompok merk braket ......................................................................... 56
Grafik 3. Perbedaan besar gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025 di antara braket kelompok A,B,C,D,E ................................................. 57
Grafik 4. Grafik perbedaan deformasi slot braket antara kelompok A,B,C,D,E 60
xv Universitas Indonesia
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Uji statistik deskriptif untuk besar gaya torque pada sudut puntir 300 dan 450 ................................................................. 78
Lampiran 2. Uji multivariat untuk besar gaya torque pada sudut puntir 300 dan 450 ..................................................................................... 78
Lampiran 3. Uji Post Hoc untuk besar gaya torque pada sudut puntir 300 dan 450 ..................................................................................... 79
Lampiran 4. Uji statistik deskriptif untuk deformasi slot braket ........................ 79
Lampiran 5. Uji T-test berpasangan (tinggi slot sebelum dan sesudah uji torque) pada masing-masing kelompok merk braket ................................. 80
Lampiran 6. Uji Kruskall Wallis untuk untuk perbedaan deformasi slot antara kelompok merk braket ........................................................ 80
Lampiran 7. Uji Mann-Whitney untuk perbedaan deformasi slot braket antara kelompok merk braket ........................................................ 81
1
Universitas Indonesia
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Perawatan ortodonti dengan menggunakan piranti cekat merupakan perawatan
gigi yang paling banyak diminati, hal ini karena makin bertambahnya kesadaran
masyarakat untuk memiliki susunan gigi-geligi dan senyum yang baik sehingga
penampilan wajah lebih menarik. Kebutuhan perawatan ortodonti di Indonesia
meningkat dari berbagai kalangan anak-anak, remaja dan dewasa.1 Piranti ortodonti
yang beredar di Indonesia di impor dari mancanegara.
Komponen piranti ortodonti dengan kualitas baik dan sesuai standarisasi proses
pembuatan merupakan hal penting yang patut diperhatikan. Piranti ortodonti cekat
terdiri dari tiga komponen yaitu braket, kawat dan assesori (modul elastomerik, kawat
ligatur, pegas ulir, karet elastik).1,2 Pertimbangan dalam memilih piranti ortodonti
salah satunya adalah sifat mekanis yang dimiliki, karena berpengaruh terhadap
mekanoterapi dan hasil klinis perawatan ortodonti.3,4
Braket ortodonti merupakan komponen penting dalam piranti ortodonti cekat
karena menghantarkan gaya dari kawat ke struktur gigi dan jaringan pendukungnya
sehingga terjadi pergerakkan gigi.5,6,7. Pergerakkan gigi dalam perawatan ortodonti
dihasilkan dari interaksi antara kawat dengan braket dan ditunjang jaringan
periodonsium yang sehat.
Braket ortodonti dapat terbuat dari logam Stainless Steel, Titanium, keramik,
dan polikarbonat (plastik).4 Braket Stainless Steel paling banyak digunakan karena
lebih ekonomis, tidak mudah fraktur atau deformasi, tahan korosi dan
biokompatibel.8 Sistem standarisasi komposisi logam Stainless Steel dilakukan oleh
American Iron and Steel Institute (AISI) dengan mencantumkan nomor identifikasi
tipe Stainless Steel yang beredar di pasar.5,6,8 Komposisi logam dan proses
manufaktur braket Stainless Steel mempengaruhi sifat fisik dan mekanis, salah
satunya kekerasan dan kekuatan.6,10 Beberapa pabrik mengurangi biaya produksi
2
Universitas Indonesia
dengan mengabaikan proses manufaktur yang sesuai dengan standarisasi. Hal ini
tentu saja merugikan, karena berdampak pada hasil perawatan kurang baik. Jadi,
kualitas braket yang baik adalah salah satu syarat untuk dapat menghantarkan gaya
yang optimal dan adekuat sehingga menghasilkan pergerakkan gigi yang
diinginkan.6,8,9
Salah satu jenis pergerakkan gigi dalam perawatan ortodonti adalah torque.
Torque adalah perubahan inklinasi labio atau bukopalatal mahkota atau akar gigi.9,11
Torque seringkali dipakai dalam mekanoterapi perawatan ortodonti sistem edgewise,
bahkan sistem preadjusted juga masih menambahkan torque pada kawat. Aplikasi
gaya torque paling sering pada gigi insisif sentral rahang atas bertujuan untuk
memperoleh senyum lebih estetik dan hubungan insisif kelas satu yang membutuhkan
gaya 50-200 gramsentimeter. 4,12-14. Gaya torque diperoleh dari aktivasi puntiran
kawat di dalam slot braket. Menurut Lacoursiere dkk (2009), ekspresi torque yang
dihasilkan dipengaruhi oleh besarnya puntiran kawat, ukuran dan jenis kawat,
komposisi kawat, play yang dibentuk antara kawat dan slot braket, inklinasi gigi, dan
resistensi deformasi slot braket.13 Lacoursiere (2009) menitikberatkan bahwa
deformasi slot braket merupakan faktor yang paling berpengaruh dalam mengurangi
ekspresi torque.13
Deformasi dapat terjadi saat diaplikasikan gaya torque pada kawat, yaitu
deformasi elastis dan deformasi plastis atau permanen.5,6,13. Deformasi elastis adalah
deformasi yang sudah melewati batas proposional dan masih mungkin dapat kembali
ke bentuk semula. Sedangkan, deformasi permanen adalah deformasi yang sudah
melewati batas deformasi elastis dan tidak dapat kembali kebentuk semula.3,4
Penelitian oleh Kapur (1999) bahwa deformasi elastis yang terjadi dapat mengurangi
besar gaya torque yang akan dihantarkan kegigi dan jaringan pendukungnya, dan
deformasi plastis juga terjadi pada beberapa merk braket Stainless Steel yang diteliti.5
Beberapa braket Stainless Steel yang beredar di pasar tidak mencantumkan
komposisi dan proses manufaktur sehingga kualitasnya dalam perawatan ortodonti
masih diragukan. Untuk mendapatkan hasil perawatan yang baik maka operator atau
ortodontis harus menggunakan material ortodonti yang berkualitas baik juga.
3
Universitas Indonesia
Berbagai penelitian di luar negeri yang membandingkan deformasi slot braket
akibat gaya torque dari berbagai jenis braket Stainless Steel sudah dilakukan.6,13,14
Namun, penelitian tersebut menggunakan merk braket yang tidak beredar di
Indonesia. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian yang membandingkan besarnya
gaya torque yang dihasilkan dan deformasi slot dari berbagai merk braket Stainless
Steel yang memang beredar dan digunakan di Indonesia.
Berdasarkan hal tersebut diatas maka penulis ingin mengetahui mengenai
besarnya gaya torque yang dihasilkan dan deformasi slot braket dari beberapa merk
braket Stainless Steel yang beredar di Indonesia.
1.2 Rumusan Masalah Penelitian
1. Berapakah besar gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025 pada braket
kelompok A,B,C,D dan E dengan sudut puntir 300 ?
2. Berapakah besar gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025 pada braket
kelompok A,B,C,D dan E dengan sudut puntir 450?
3. Apakah terdapat perbedaan besar gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025
di antara braket kelompok A,B,C,D,E dengan sudut puntir 300 dan 450 ?
4. Apakah terdapat deformasi slot pada braket kelompok A,B,C,D,E akibat gaya
torque kawat Stainless Steel .019x.025 dengan sudut puntir 450 ?
5. Apakah terdapat perbedaan deformasi slot braket antara kelompok A,B,C,D,E
akibat gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025 dengan sudut puntir 450 ?
1.3 Tujuan Penelitian
1. Mengetahui besar gaya torque kawat Stainless Steel .019x .025 pada braket
kelompok A,B,C,D dan E dengan sudut puntir 300.
2. Mengetahui besar gaya torque kawat Stainless Steel .019x .025 pada braket
kelompok A,B,C,D dan E dengan sudut puntir 450.
3. Mengetahui perbedaan besar gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025 di
antara braket kelompok A,B,C,D,E dengan sudut puntir 300 dan 450 .
4
Universitas Indonesia
4. Mengetahui deformasi slot pada braket kelompok A,B,C,D,E akibat gaya
torque kawat Stainless Steel .019x.025 dengan sudut puntir 450.
5. Mengetahui perbedaan deformasi slot braket antara kelompok A,B,C,D,E
akibat gaya torque kawat Stainless Steel .019x.025 dengan sudut puntir 450.
1.4 Manfaat Penelitian
Bagi perkembangan ilmu pengetahuan khususnya ortodonti
1. Memberikan pemahaman mengenai perbedaan kualitas beberapa merk
braket Stainless Steel khusunya dalam menghantarkan gaya torque yang
sesuai untuk pergerakkan gigi
2. Mengetahui adanya deformasi slot braket yang dapat terjadi pada beberapa
merk braket Stainless Steel dan faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya
deformasi tersebut.
3. Dengan adanya hasil penelitian ini, maka diharapkan para ortodontis dapat
memilih braket Stainless Steel dengan sifat mekanis yang baik, sehingga
hasil perawatan ortodonti lebih efektif dan efisien.
Bagi institusi pendidikan
1. Memberikan informasi kepada klinik ortodonti RSGMP FKG UI mengenai
perbedaan beberapa merk braket Stainless Steel khususnya dalam hal besar
gaya torque yang dihasilkan dan deformasi slot braket, sehingga membantu
dalam pemilihan braket yang akan digunakan.
Bagi pasien dan masyarakat
1. Memberikan edukasi ke pasien mengenai pilihan piranti ortodonti yang
digunakan dalam perawatan ortodonti.
2. Memberikan edukasi ke masyarakat mengenai dampak masalah yang
disebabkan kualitas braket Stainless Steel yang buruk terhadap hasil
perawatan ortodonti.
5
Universitas Indonesia
Bagi Peneliti
1. Menambah pengetahuan peneliti mengenai beberapa faktor yang dapat
mempengaruhi perbedaan besarnya gaya torque pada beberapa merk
braket Stainless Steel.
2. Menambah pengalaman peneliti untuk membuat alat uji penelitian yang
tepat guna dan akurat.
6
Universitas Indonesia
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Logam Stainless Steel dalam Bidang Ortodonti
Stainless Steel (SS) pertama kali ditemukan pada tahun 1913 oleh ahli
metalurgi Inggris bernama Harry Brearly. Penemuan ini awalnya tidak sengaja
menambahkan kromium pada baja rendah karbon dan menyebabkan baja tersebut
menjadi tahan karat.15 Penelitian terhadap Stainless Steel terus berkembang dan tahun
1930-an mulai diproduksi. Stainless Steel dalam metalurgi adalah alloy besi dengan
kandungan kromiun 10,5%-11%. Penambahan kromium (Cr) bertujuan meningkatkan
ketahanan korosi dengan membentuk lapisan oksida (Cr2O3) di permukaan logam
Stainless Steel. Unsur lain selain besi, karbon dan kromium yaitu Nikel, Molybdenum
dan Titanium dengan komposisi yang berbeda-beda sehingga menghasilkan variasi
sifat mekanis dari beberapa produk Stainless Steel yang beredar di pasar. 8
Stainless Steel banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang kehidupan
contohnya industri, peralatan rumah tangga, medis dan alat kedokteran gigi, salah
satunya di bidang ortodonti. Sebelum Stainless Steel ditemukan, bahan dasar kawat,
spur, ligatur dan braket ortodonti terbuat dari emas 14-18 karat. Emas memilliki
ketahanan korosi yang tinggi tetapi harganya sangat mahal. Stainless Steel mulai
digunakan dalam bidang ortodonti pada tahun 1933, ketika Archi Brusse menjelaskan
mengenai sifat Stainless Steel untuk bidang ortodonti pada pertemuan American
Society of Orthodontist (ASO).16 Awal tahun 1940, Begg dan Wilcox bekerja sama
membuat kawat ortodonti yang kemudian dikenal Australia Stainless Steel.
Kepopuleran Stainless Steel semakin meningkat dikalangan ortodontis karena
memiliki kombinasi sifat mekanis yang baik, tahan korosi dan harga ekonomis.
Stainless Steel digunakan dalam bidang ortodonti sebagai bahan dasar braket, kawat,
molar tube, band, pegas dan lain-lain.8,16 Komposisi dan manufaktur Stainless Steel
yang berbeda-beda menghasilkan beberapa jenis Stainless Steel dan diklasifikasikan
oleh American Iron and Steel Institute (AISI).
7
Universitas Indonesia
Klasifikasi Stainless Steel didasarkan pada struktur metalurginya, yaitu
Austenitik, Ferritik, Martensitik, Duplek dan Precipitation Hardening .
1. Austenitik Stainless Steel
Austenitik Stainless Steel memiliki mikrostruktur face centre cubic.
Penambahan 8% Nikel pada alloy ini mencegah transformasi austenit ke martensit
saat pendinginan, sehingga austenit lebih stabil walaupun pada suhu kamar. Austenit
SS banyak digunakan secara luas dalam bidang kedokteran gigi khususnya ortodonti
karena sifatnya yang tahan korosi di rongga mulut dan keuletan (ductility) yang
tinggi.15,17 Tipe AISI 304L SS dan 303 banyak digunakan sebagai bahan dasar braket
ortodonti dengan komposisi 18-20% kromium (Cr), 8-10% Nikel, sedikit Mangan,
Silikon dan karbon 0,03%. AISI 303 adalah tipe austenitik Stainless Steel pertama
yang merupakan campuran 18% kromium dan 8% Nikel, dan sedikit Selenium.
Sedangkan tipe 316L SS memiliki kandungan Nikel lebih tinggi, 2-3% Molybdenum
dan karbon yang lebih rendah untuk menambah resistensi terhadap korosi
intergranular. Tipe AISI 302 dengan komposisi 17-19% kromiun, 8-10% Nikel dan
0,08% karbon biasanya digunakan untuk kawat ortodonti.8 Oleh karena mikrostuktur
austenit yang stabil, maka proses pemasanan austenit SS tidak dapat mengeraskan
logam tersebut. Pemanasan dengan suhu 400-9000C akan membentuk ikatan
kromium karbid sehingga kromium di permukaan akan berkurang dan menyebabkan
Stainless Steel mudah korosi.3,4,15
2. Ferritik Stainless Steel
Alloy ini adalah tipe AISI 400 dengan sifat ketahanan korosi yang cukup baik
walaupun tidak sebaik austenitik SS disebabkan kandungan kromium yang lebih
rendah. Komposisinya mengandung kromiun 11,5-27%, karbon 0,20% dan tanpa
Nikel.3 Walaupun banyak digunakan dalam bidang industri, tetapi alloy ini jarang
digunakan dalam bidang kedokteran gigi.
3. Martensitik Stainless Steel
Tipe Martensitik Stainless Steel dapat dikeraskan dengan cara dipanaskan (heat
treatment) sehingga memiliki sifat kekerasan yang baik, tetapi ketahanan korosi
8
Universitas Indonesia
paling rendah dibandingkan austenitik dan ferritik SS. Komposisinya mengandung
kromium 12-14%, Molybdenum 0,2-1%, Nikel 0-2%, dan karbon 0,1-1%.15
4. Precipitation Hardening Stainless Steel
Precipitation hardening (PH) Stainless Steel adalah kombinasi optimal dari
sifat-sifat tipe martensitik dan austenitik yaitu lebih kuat dan ketahanan korosi yang
baik. Kekuatan (tensile strength) yang tinggi disebabkan oleh proses heat treatment
yang menghasilkan presipitat (endapan) salah satu atau lebih elemen Copper,
Aluminium, Titanium, Niobium dan Molybdenum yang memang ditambahkan ke
dalam alloy Stainless Steel.18 Tipe 17-4 PH banyak digunakan dalam berbagai bidang
kedokteran gigi termasuk sebagai bahan dasar braket ortodonti. Komposisi utama tipe
17-4 PH yaitu kromium 17% dan Nikel 4% dengan penambahan Copper 4% dan
Niobium 0,3%. 6,8 Menurut penelitian Flores (1994) braket ortodonti dengan bahan
dasar tipe 17-4 PH memiliki titik yield strength yaitu batas antara deformasi elastik
dan deformasi plastik yang tinggi.6 Dengan kata lain, braket yang terbuat dari bahan
dasar 17-4 PH apabila diberikan gaya sebesar 0,2 lbs tidak mudah terjadi deformasi
permanen sehingga gaya yang dihantarkan tetap stabil. Selain kekuatan dan
ketahanan korosi yang baik, proses manufaktur lebih mudah dan menghasilkan braket
dengan ukuran lebih kecil daripada braket Stainless Steel lainnya sehingga estetik
lebih baik.6
5. Rangkap (Duplek) Stainless Steel
Duplex Stainless Steel memiliki bentuk mikrostruktur campuran austenitik dan
ferritik. Kombinasi dari kedua tipe tersebut menghasilkan kekuatan dua kali lipat
lebih baik daripada austenitik SS dan tidak mudah fraktur dibandingkan dengan
ferritik SS.8,19 Selain itu, sifat tahan korosi dalam mulut terutama korosi karena
gaya/tekanan (stress corrosion cracking ) lebih baik daripada austenitik SS.
Komposisinya mengandung kromium yang tinggi 18-30%, Molybdenum yang tinggi
0,1-4,5 % dan Nikel lebih rendah 1,35-6%, , tembaga dan besi. Nitrogen ditambahkan
untuk menambah kekuatan dan tahan korosi. Tipe 2304 dan 2205 Duplex SS
digunakan sebagai bahan dasar braket ortodonti dan indikasi untuk pasien yang alergi
9
Universitas Indonesia
Nikel. Penelitian oleh Platt dkk (1997) melaporkan bahwa 2205 Duplex SS lebih
tahan korosi dibandingkan tipe AISI 316L sebagai bahan dasar braket ortodonti. 19
2.2 Braket Stainless Steel
Braket ortodonti merupakan salah satu komponen penting piranti ortodonti
cekat. Braket adalah komponen pasif yang menyalurkan gaya dari kawat ke seluruh
jaringan pendukung gigi. Braket pertama kali terbuat dari emas yang kemudian
digantikan oleh material Stainless Steel pada tahun 1930-an. Selain braket Stainless
Steel, material braket dari plastik dan keramik mulai dikembangkan untuk
memperbaiki estetik braket.9
Braket plastik (polikarbonat) pertama kali diteliti oleh Newman tahun 1969.
Ttetapi, kepopuleran braket ini tidak dapat bertahan lama dan menurut Tamizharasi
dkk (2010) bahwa braket plastik mudah terjadi diskolorosasi pada enamel akibat
penyerapan air dan mudah terjadi deformasi saat aplikasi gaya torque.20 Upaya untuk
memperbaiki kekuatan braket yaitu mengkombinasikan material dengan keramik atau
logam.
Braket keramik dipasarkan tahun 1987 dan disambut baik oleh kalangan
ortodontis. Walaupun secara estetik baik, tetapi kurang memberikan hasil klinis yang
memuaskan.20 Kapur (2004) melaporkan bahwa braket keramik mudah terjadi fraktur
terutama saat diberi gaya lingual torque dibandingkan braket Stainless Steel.5
Penelitian lainnya yaitu oleh Nishio dkk (2009) membuktikan bahwa braket keramik
mudah fraktur ketika pasien mengunyah makanan keras dan menyebabkan lapisan
tipis enamel gigi yang menempel pada braket ikut retak saat debonding. Upaya
mengatasi kekurangan tersebut yaitu dengan mengganti slot pada braket keramik
dengan slot yang terbuat dari logam Stainless Steel.21 Harga bahan dasar braket
keramik dan proses manufakturnya yang sulit menyebabkan harga braket mahal.
Beberapa literatur melaporkan bahwa braket yang terbuat dari Stainless Steel
dapat menerima gaya torque sebesar 100-200 gm-cm tanpa terjadi fraktur
dibandingkan braket keramik atau braket plastik.11,20 Oleh karena itu, meskipun
secara estetik kurang baik, braket Stainless Steel masih menjadi pilihan utama
10
Universitas Indonesia
ortodontis karena mempunyai banyak keunggulan baik dalam sifat mekanik maupun
fisik apabila dibandingkan dengan braket keramik atau plastik.8,20
2.2.1 Manufaktur Braket Stainless Steel
Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi sifat dari braket adalah proses
manufaktur, komposisi alloy dan brazing. Metode dasar manufaktur braket Stainless
Steel umumnya melalui penggilingan (milling) atau pengecoran (casting). Namun,
dalam beberapa tahun terakhir ditemukan metode terbaru yaitu metal injection
molding (MIM), yang kemudian lebih sering digunakan untuk manufaktur braket
ortodonti dibandingkan kedua proses lainnya. Proses penggilingan menggunakan
mata pisau untuk memotong batangan atau pipa logam, dapat menyebabkan
permukaan slot braket lebih kasar. Manufaktur braket melalui proses pengecoran
(casting) yaitu bahan dasar dilelehkan dalam tungku listrik, lalu baja leleh tersebut
dicor ke dalam cetakan.10 Biaya manufaktur melalui proses pengecoran paling mahal
dibandingkan teknik MIM dan penggilingan. MIM lebih ekonomis dibandingkan
kedua proses tradisional tersebut, karena bahan dasar yang dibutuhkan untuk
membuat bahan mentah lebih murah dan juga limbah dari bahan mentah dapat diolah
kembali. Pengecoran (casting) menghasilkan produk braket yang presisi, akan tetapi
membutuhkan biaya paling mahal karena logam yang digunakan lebih banyak dan
tidak dapat memproduksi dalam jumlah banyak. Sementara penggilingan (milling)
kurang menghasilkan produk braket dengan ukuran yang presisi. Selain lebih murah,
MIM menghasilkan braket dalam bentuk satu kesatuan (single piece appliance),
sehingga dapat mencegah terjadinya korosi.10,22 Namun, kekurangan proses MIM
berdasarkan penelitian oleh Zinelis dkk (2005) dilaporkan bahwa terjadi porus pada
beberapa braket yang mungkin disebabkan penyusutan saat proses sintering
(pemanasan tanpa menyebabkan meleleh).23 Walaupun proses MIM merupakan
teknologi terbaru dan kompetitif dalam manufaktur braket, akan tetapi masih
diperlukan penelitian klinis dan laboratorik untuk lebih menyempurnakan proses
tersebut.23,24 Menurut Gioka dkk (2004) manufaktur slot braket yang buruk dapat
menyebabkan masuknya partikel logam, terbentuknya cekungan (groove) dan goresan
11
Universitas Indonesia
sehingga mengurangi area kontak antara kawat dengan dinding slot braket sehingga
gaya yang disalurkan juga berkurang.12 Kapur (2004) menyimpulkan juga bahwa
kualitas manufaktur braket yang baik merupakan salah satu faktor yang dapat
menambah resistensi braket terhadap gaya torque, sehingga tidak mudah terjadi
deformasi permanen pada slot braket.25
2.2.1.1 Metal Injection Molding (MIM)
Metai Injection Molding mulai berkembang di Amerika pada awal tahun 1980-an
dan menjadi terobosan di bidang industri untuk memproduksi bagian-bagian kecil
dengan bentuk yang rumit. Dalam bidang ortodonti, beberapa piranti seperti braket,
asesori dibuat dengan proses MIM. Proses MIM adalah metode kompaksi dari
campuran serbuk logam dengan polimer yang kemudian di injeksikan ke dalam
cetakan. Metode ini dapat menghasilkan braket dengan toleransi yang akurat, karena
penyusutannya terjadi konsisten dan dapat diperhitungkan dalam desain cetakan.23,26
Tahap pertama yaitu persiapan bahan mentah yang terdiri dari campuran bubuk
logam 55-65% dengan bahan pengikat 45-35%, dilanjutkan tahap kedua dengan
injeksi bahan mentah ke dalam cetakan (green part). Selanjutnya pada tahap ketiga
cetakan yang berisi green part dipanaskan atau dilarutkan dengan air untuk
menghilangkan bahan pengikat yang disebut juga debinding dan dihasilkan cetakan
brown part. Pada tahap ini dilakukan proses pemanasan (age hardening).23,26,27 Tahap
ini sebaiknya dilakukan hati-hati, karena suhu, waktu dan tingkat pendinginan yang
diaplikasikan dapat mempengaruhi sifat fisik dan mekanik Stainless Steel.27 Tahap
terakhir yaitu proses sintering brown part pada suhu 14000C. Penyusutan yang terjadi
pada tahap ini sekitar 17-22% dari bentuk awal, oleh karena itu bahan mentah pada
tahap awal dibuat lebih besar 17-22% (Gambar 1).23-26.
12
Universitas Indonesia
Gambar 1. Manufaktur braket dengan proses Metal Injection Molding.(Sumber: Zinelis, 2005)23
Menurut Staffolani (1999), beberapa pabrik menggunakan jenis alloy yang
bervariasi dalam membuat braket dengan teknik MIM.28 Namun, komposisi elemen
dalam alloy yang digunakan memiliki pengaruh terhadap biokompatibel, resisten
korosi dan pelepasan ion dari piranti ortodonti tersebut. Braket ortodonti yang
diproduksi melalui teknik MIM merupakan bentuk tunggal dengan dimensi toleransi
yang ketat yaitu 0,3% sehingga lebih tahan korosi dibandingkan melalui teknik
brazing dan 97 % nilai kepadatan hampir sama dengan kepadatan material
dasarnya.24 Kerugian teknik ini adalah porus pada permukaan braket yang mungkin
disebabkan penyusutan green part saat proses pelelehan. Walaupun secara teori
disebutkan memiliki nilai kepadatan yang baik, tetapi faktor lainnya seperti jenis
bubuk, metode debinding, suhu dan waktu untuk tahap pelelehan dapat memberikan
efek porus selama proses manufaktur. 23,26
Porus pada braket ortodonti dapat mengurangi sifat mekanis contohnya
kekerasan dan tahan korosi. Kekerasan (hardness) yang berkurang terutama pada
komponen sayap mempengaruhi distribusi gaya torque dari kawat ke struktur
jaringan pendukung gigi sehingga ekspresi torque tidak maksimal. Hal ini disebabkan
karena kontak maksimal antara dinding slot dengan kawat berkurang dan mudahnya
13
Universitas Indonesia
terjadi deformasi permanen sayap braket (Gambar 2).24 Oleh karena itu, kontrol
kualitas produk braket dengan teknik MIM dari beberapa pabrik sebaiknya
mencantumkan informasi mengenai bahan dasar yang digunakan dan tahapan proses
manufaktur.24
Gambar 2. Scanning Electron Microscopy dari braket dengan teknik MIM menunjukkan
porusitas permukaan yang luas.(Sumber: Eliades, 2009)24
2.2.1.2 Brazing pada Braket Stainless Steel
Brazing adalah proses sambungan dua logam dengan memanaskan dan
menambahkan logam pengisi (filler). Dalam bidang material ortodonti, metode
brazing biasanya digunakan untuk perekatan titik-titik retensi (mesh) ke dasar braket
dan penyambungan antara dasar braket dengan komponen sayap. Metode ini dapat
mengkombinasikan sifat tertentu dari alloy, contohnya alloy dengan sifat yang lebih
kaku digunakan untuk brazing komponen sayap sehingga tidak mudah patah saat
menerima gaya dan alloy yang lebih lentur digunakan untuk komponen dasar braket
sehinga mempermudah ortodontis saat proses pelepasan braket (debonding).24
Kualitas penyambungan dengan metode ini dipengaruhi oleh pengetahuan optimal
mengenai prosedur brazing, suhu yang dibutuhkan, logam pengisi dan bahan flux.
14
Universitas Indonesia
Logam pengisi yang digunakan yaitu perak, emas, Nikel dan tembaga (Gambar
3).24,29
Gambar 3. Braket yang terdiri dari komponen sayap dan dasar braket yang disambung dengan
brazing alloy. (Sumber:Zinelis, 2005)23
Logam pengisi perak digunakan dalam bidang industri termasuk ortodonti.
Tetapi, proses brazing dengan perak pada logam Stainless Steel menyebabkan
terlepasnya ion tembaga (Copper) dan Zinc yang berbahaya dalam rongga mulut. 10,24
Penelitian oleh Zinelis dkk (2004) melaporkan bahwa alloy brazing yang
mengandung ion tembaga dan Zinc memiliki efek sitotoksik yang tinggi dan
berbahaya untuk pasien ortodonti.29 Proses brazing menggunakan pemanasan dengan
suhu yang tinggi yaitu 540-8700C sehingga terbentuk endapan kromium karbid yang
dapat menyebabkan korosi pada logam Stainless Steel. Korosi yang terjadi dapat
menyebabkan patahnya komponen sayap dari dasar braket saat perawatan ortodonti
ataupun saat proses melepaskan braket (debonding). 22
Penelitian dikembangkan untuk menemukan logam pengisi yang lebih aman
digunakan pasien ortodonti. Beberapa manufaktur menggunakan emas dengan
kelebihannya yaitu titik persambungan dasar braket dengan komponen sayap lebih
lentur, kuat dan tidak mudah patah. Namun, bahan dasar emas ini juga masih
menyebabkan korosif terutama di perekatan mesh pada dasar braket karena Stainless
Steel tidak semurni emas sehingga terjadi pelepasan ion-ion dalam logam Stainless
15
Universitas Indonesia
Steel. Pelepasan ion dari material ortodonti termasuk braket merupakan hal yang
harus dihindari karena dapat menyebabkan reaksi alergi dan efek sitotoksik pada
pasien.24,29
Bahan dasar lain yang dapat digunakan pada proses brazing braket ortodonti
adalah Nikel dan tembaga. Nikel kurang biokompatibel karena pelepasan ion Nikel
dapat menyebabkan reaksi alergi tingkat tinggi. Sementara, bahan dasar tembaga
sangat dibatasi karena mudah terlepasanya ion Copper (Cu) ke dalam rongga mulut.
Selain bersifat toksik, pelepasan ion-ion tersebut dapat menyebabkan berkurangnya
kekuatan sambungan terutama antara komponen dasar braket dengan sayap sehingga
mempengaruhi struktur integritas braket. Pemilihan bahan dasar brazing yang optimal
untuk manufaktur braket ortodonti adalah hambatan dalam teknik ini, karena bahan
dasar tersebut harus memenuhi kriteria metalurgi untuk pencampuran dengan
Stainless Steel, resisten korosi, menghasilkan kekuatan mekanik di area
persambungan terutama antara komponen sayap dengan dasar braket dan bebas dari
elemen yang bersifat toksik seperti Kadmiun, Nikel, Tembaga, Zinc. 22,24
Berdasarkan uraian diatas, berbagai jenis bahan dasar brazing yang digunakan
dengan Stainless Steel tidak memberikan kualiats braket yang ideal dan bersifat
korosif. Oleh karena kelemahan tersebut maka mulai diperkenalkan teknik baru yaitu
laser welded. 22
2.2.1.3 Laser Welded pada Braket Stainless Steel
Pengelasan (welding) adalah penyatuan dua logam dengan mengaplikasikan
panas, tekanan atau keduanya tanpa menambahkan logam filler. Teknik welding ada
tiga yaitu spot welding, pressure welding dan laser welding. Laser welded
diperkenalkan untuk manufaktur braket Stainless Steel sebagai alternatif metode
brazing. Laser welded adalah penyatuan dua logam dengan sinar intensitas tinggi dan
koheren yang difokuskan pada area persambungan untuk melelehkan kedua
permukaan logam.30 Metode ini menyatukan komponen sayap dengan dasar braket
lebih sempurna, terlihat batas antara persambungan lebih jelas (Gambar 4).22
16
Universitas Indonesia
Gambar 4. Foto tiga dimensi manufaktur braket dengan metode laser welded . (Sumber: Eliades T, 2007)22
Keuntungannya dibandingkan metode brazing adalah area persambungan
lebih baik sehingga sifat mekanis yang lebih baik dan lebih tahan korosi.22
Biokompatibilitas dibuktikan pada penelitian oleh Sestini dkk (2006) yang
menemukan bahwa terdapat toleransi yang baik dari sel osteoblas, fibroblas, dan
keratinocytes terhadap laser welding. Selain digunakan untuk menyatukan komponen
sayap dengan dasar braket, teknologi laser juga digunakan untuk membentuk mesh
braket. Permukaan dasar braket yang halus diberi perlakuan berupa sinar laser
Nd:YAG untuk menciptakan retensi untuk bahan adhesif. Sinar laser yang
dipancarkan akan melelehkan dan menguapkan logam, serta membentuk lubang
retensi pada permukaan dasar braket (Gambar 5).31
Gambar 5. Scanning electron micrographs dari mesh braket yang dibuat dengan laser dan mesh
braket normal . (Sumber : Sorel, 2002)31
Perkembangan teknik laser welded untuk manufaktur braket berjalan pesat
sejalan dengan meningkatnya kualitas braket ortodonti yang lebih ideal. .
17
Universitas Indonesia
2.3 Kawat Stainless Steel
Kawat adalah komponen aktif dari piranti ortodonti karena menghasilkan gaya
untuk menggerakkan gigi. Jenis alloy yang pertama kali digunakan sebagai kawat
ortodonti adalah emas pada awal abad 20. Penemuan Stainless Steel ditahun 1930
mulai diaplikasikan untuk bahan dasar dalam bidang ortodonti. Kawat Stainless Steel
mulai menggantikan kawat emas karena memiliki kekuatan, daya pegas yang lebih
baik, sifat tahan korosi dan harga lebih murah. Selain itu, kawat Stainless Steel dapat
dibentuk, kekakuan baik dan biokompatibel. Jenis alloy lain yang sekarang digunakan
untuk kawat ortodonti yaitu Nikel Titanium dan Beta Titanium. Variasi dari
komposisi dan manufaktur setiap alloy menghasilkan sifat mekanis yang berbeda-
beda, sehingga penggunaan jenis kawat disesuaikan dengan tahap perawatan
ortodonti dan tujuan pergerakkan gigi yang direncanakan. 32
Komposisi alloy Stainless Steel yang paling sering digunakan untuk
manufaktur kawat ortodonti adalah tipe austenit 18-8 (18% kromium dan 8 %
Nikel).33 Walaupun beberapa penelitian sebelumnya melaporkan bahwa alloy
Stainless Steel tipe 17-4 PH (Precipitation Hardening) memiliki yield strength yang
lebih tinggi dan resilien yang lebih baik dibandingkam alloy kawat Stainless Steel
yang biasa digunakan, akan tetapi tipe alloy ini kurang digemari sebagai kawat
ortodonti.19,33
Kawat ortodonti Stainless Steel terdiri dari penampang bulat berukuran .014,
.016, .018 dan penampang rektangular berukuran .016x.016, .016x.022,
.017x.025, .018x.025, .019x.025 dan .021x.025. Variasi dimensi tersebut
mengindikasikan bahwa kawat Stainless Steel dapat digunakan pada semua tahap
perawatan. Kawat Stainless Steel penampang bulat digunakan pada tahap awal
perawatan dengan aplikasi bending agar lebih lentur sehingga dapat masuk ke posisi
gigi yang tidak beraturan. Sejak diperkenalkan sistem straight wire oleh Andrew
tahun 1979 maka mulai berkembang jenis alloy lain yaitu Nikel Titanium. Kawat
Stainless Steel masih digunakan dalam tahap awal perawatan karena harga lebih
murah dan biokompatibel terutama untuk pasien yang alergi terhadap Nikel.16,20,32
18
Universitas Indonesia
Kawat penampang rektangular digunakan pada tahap retraksi dan tahap akhir
perawatan ortodonti. Salah satu pergerakkan gigi dalam tahap akhir perawatan
ortodonti adalah pergerakkan akar gigi arah fasio/bukolingual (torque). Pergerakkan
torque membutuhkan kawat rektangular yang berukuran hampir sama dengan slot
braket yang digunakan.25,32 Alternatif lain untuk pergerakkan torque dapat
menggunakan kawat Beta Titanium. Menurut OBrien (1997), kawat Beta Titanium
memiliki sifat kekakuan (modulus elastisitas) lebih rendah dibandingkan Stainless
Steel, tetapi kemampuan menyimpan energi (resilien) lebih besar. Hal tersebut
mempengaruhi perbedaan klinis antara kawat Stainless Steel dengan Beta Titanium
saat aplikasi gaya torque.32 Sifat mekanis akan dibahas lebih rinci dalam bab
selanjutnya.
2.3.1 Manufaktur Kawat Stainless Steel
Manufaktur kawat ortodonti Stainless Steel diproses melalui beberapa tahap yaitu
pelelehan (melting), pengecoran (casting), penggulungan (rolling) dan penarikan
kawat (drawing).3,9
1. Pelelehan (melting)
Sifat fisik material dipengaruhi oleh proses/tahapan manufakturnya, pemilihan
bahan mentah untuk di olah dan teknik pelelehan. Suhu yang dibutuhkan
tergantung dari titik leleh jenis Stainless Steel yang digunakan sebagai bahan
mentah. Teknik pelelehan bisa menggunakan tungku atau vakum leleh. Menurut
Thompson (2000), teknik vakum leleh dapat mempertahankan homogenitas
struktur kimia dibanding dengan alat tungku.34
2. Pengecoran (Casting)
Pengecoran Stainless Steel yang sudah dilelehkan yaitu dengan menuangkan ke
dalam cetakan lalu didinginkan (cold working) sehingga diperoleh bentuk batang
(ingot). Mikrostruktur ingot terdiri dari kristal-kristal yang mempengaruhi sifat
mekanis yang akan dihasilkan. Proses dan suhu pendinginan (cold working)
menyebabkan terbentuk kristal baru yang menggumpal di permukaan ingot.
19
Universitas Indonesia
Struktur kristal logam yang dihasilkan dalam setiap tahap proses manufaktur
akan mempengaruhi sifak fisik dan mekanis kawat Stainless Steel. 9
3. Penggulungan (Rolling) dan Penarikan Kawat (Drawing)
Tahap mekanik yang pertama yaitu menggulung ingot menjadi batang logam
yang panjang dengan diameter lebih kecil. Penggulungan kawat menyebabkan
ikatan antar kristal sangat kuat. Setelah penggulungan dilakukan penarikan kawat
dengan memasukkan kawat yang sudah digulung ke lubang kecil sehingga
dihasilkan kawat ortodonti. Walaupun struktur kristal tidak mengalami
perubahan saat proses penggulungan dan penarikan, tetapi proses tersebut
dilakukan berulang kali dan dapat menyebabkan keretakan di permukaan. Untuk
mengatasi hal tersebut dilakukan annealing yaitu proses pemanasan dan
pendinginan dengan suhu dan waktu yang terkontrol.3,4 Proses pemanasan (heat
treatment) bertujuan untuk menghilangkan tegangan sehingga mengurangi
kemungkinan patah dan menambah resilien kawat. Perubahan ukuran kristal saat
pemanasan dan pendinginan dapat dikontrol dengan suhu dan waktu yang sesuai.
Suhu untuk pemanasan tergantung dari titik leleh jenis Stainlees Steel yang
digunakan, biasanya dengan suhu 4000C-5000C selama 30 menit.9,33 Sifat
mekanis Stainless Steel banyak dipengaruhi oleh proses manufaktur logam
tersebut. Oleh karena itu, pabrik pembuat kawat ortodonti harus menjalankan
prosedur manufaktur kawat sesuai standar sehingga dihasilkan kawat ortodonti
yang berkualitas.
Kawat rektangular dibuat dengan cara menggulung kawat bulat dan membentuknya
menjadi rektangular. Hal ini menyebabkan tepi kawat rektangular bulat dan
mempengaruhi interaksi dengan slot braket yang akan dibahas lebih lanjut di bab
berikutnya. 33
2.4 Sifat Mekanis Stainless Steel
Sifat mekanis suatu material adalah sifat yang berhubungan dengan gaya atau
energi dari material tersebut. Sifat mekanis tersebut menggambarkan keuntungan,
kerugian, dan keunikan dari suatu material. Terminologi mengenai beberapa sifat
20
Universitas Indonesia
mekanis material akan dijelaskan khususnya sifat mekanis yang dimiliki Stainless
Steel. Sifat mekanis diukur berdasarkan kemampuan material untuk mencegah
terjadinya deformasi permanen dan fraktur ketika diberi gaya.3 Menurut Thurow
(1972) ada tiga karakteristik dasar yang diutamakan dalam perawatan ortodonti yaitu
kekakuan/modulus elastisitas (stiffness), kekuatan (strength) dan working range.9
Modulus ini dianggap sebagai ukuran kekakuan material. Semakin besar nilai
modulus elastisitas maka semakin kaku suatu material. Modulus elastisitas (E) adalah
rasio dari stress dan strain.. Stress adalah daya tahan material terhadap gaya yang
diberikan (gaya/unit area), sedangkan strain adalah fraksi perubahan dimensi karena
adanya gaya (defleksi/panjang unit). Pengukuran sifat mekanis dapat digambarkan
melalui kurva Stress-strain (Gambar 6).3,35
Kekuatan (strength) dari suatu material ditentukan dari nilai proportional
limit, yield strength (yield point) dan ultimate tensile strength Ketiganya
menunjukkan deformasi elastis, deformasi permanen dan kombinasi deformasi elastis
dan permanen. Deformasi elastis adalah perubahan bentuk akibat diberi gaya sampai
batas proporsional (proportional limit) yang apabila gaya dihilangkan maka kembali
ke bentuk semula. Deformasi elastis terjadi bila stress dan strain masih sebanding.
Saat terjadi deformasi elastis, ada kemampuan untuk menyimpan energi yang disebut
resilien. Apabila material diregangkan melebihi batas elastik, maka material tersebut
tidak akan kembali ke bentuk semula atau mengalami deformasi plastis/permanen.9
Jarak/ besarnya aktivasi elastik sebelum terjadi deformasi permanen disebut working
range, hal ini menentukan kemampuan material untuk mempertahankan
kelenturannya sehingga dapat mengerakkan gigi yang malposisi. Jadi, deformasi
plastis/permanen adalah perubahan bentuk yang menetap/permanen akibat gaya yang
melebihi yield strength dan terjadi bila stress dan strain sudah tidak sebanding.3,9,33
Kombinasi deformasi elastis dan permanen ditunjukkan melalui titik yield
strength, yaitu batas antara deformasi elastik dan deformasi plastik atau sudah terjadi
deformasi plastik (0,1%). contohnya apabila kawat dibengkokan atau dipuntir dengan
gaya diatas dari titik yield strength, maka tidak akan kembali ke bentuk semula. Titik
ultimate tensile strength yaitu batas kemampuan material dalam menerima gaya
21
Universitas Indonesia
maksimum yang dicapai setelah terjadi deformasi permanen sampai material patah.
Jarak dari titik yield strength sampai titik kegagalan (failure point) menunjukkan
kemampuan kawat untuk dibengkokkan sampai kawat tersebut patah atau besarnya
deformasi permanen sebelum kawat patah. 35
Gambar 6. Kurva Stress-strain kawat ortodonti. (Sumber : Proffit, 2007)35
Karakteristik lainnya adalah kekerasan (hardness) yaitu kemampuan material
untuk menerima deformasi permanen tanpa mengalami patah. Kekerasan suatu
material berhubungan dengan kekuatan (strength) dan keuletan (ductility). Secara
umum, apabila kekerasan dan kekuatan meningkat, maka keuletan akan berkurang.
Oleh karena itu, beberapa manufaktur mencoba menghasilkan material yang
rmemiliki kekuatan dan kekerasan yang baik tanpa mengurangi keuletan.36
Stainless steel yang digunakan sebagai bahan dasar material kawat ortodonti
memiliki keunikan, keuntungan dan kerugian dibandingkan jenis kawat lainnya.
Stainless Steel memiliki nilai modulus elastisitas berkisar 160-180 Gpa, yang
dipengaruhi proses manufaktur, komposisi alloy (terutama kandungan karbon), proses
wire drawing dan heat treatment.3,4,33 Modulus elastisitas Stainless Steel paling tinggi
diantara alloy lain yang digunakan dalam bidang ortodonti, contohnya Kobalt
Kromiun Nikel, Beta Titanium dan Nikel Titanium sehingga lebih kaku dan gaya
22
Universitas Indonesia
yang dihasilkan besar.37 Nilai yield strength juga lebih tinggi dibandingkan jenis
kawat ortodonti lainnya dan bervariasi yaitu 1100-1500 Mpa sehingga kawat
Stainless Steel lebih mudah dibengkokkan. Nilai yield strength dapat meningkat
menjadi 1700 Mpa setelah proses heat treatment.33,37 Menurut Brantley (2001),
perbedaan saat proses heat treatment dapat mempengaruhi kandungan karbon dalam
alloy Stainless Steel sehingga mempengaruhi sifat mekanis yang dihasilkan material
tersebut.4 Jadi, keuntungan sifat mekanis yang dimiliki Stainless Steel adalah lebih
ekonomis, biokompatibel, mudah dibengkokkan, dapat disolder dan welding,
sedangkan kerugiannya adalah gaya yang dihasilkan besar, kurang lentur dan gaya
defleksi kecil.3,4 Berdasarkan sifat mekanis yang dimiliki kawat Stainless Steel, maka
kawat tersebut sering digunakan dalam tahap retraksi anterior dan tahap penyelesaian
contohnya unruk memperoleh ekspresi torque dan koordinasi lengkung gigi.33
Tabel 1. Perbandingan sifat mekanis alloy yang digunakan sebagai kawat ortodonti. (Sumber:Ferracane, 2001)37
Stainlees Steel yang digunakan sebagai bahan dasar braket juga memiliki
keuntungan dan kerugian dibandingkan material lainnya seperti keramik, plastik dan
Titanium.5,8,20 Komposisi dan proses manufaktur yang ideal menghasilkan beberapa
keuntungan sifat mekanis braket Stainless Steel yaitu lebih kuat, tidak mudah
deformasi permanen, tahan korosi dan biokompatibel.8 Oleh karena itu, Stainless
Steel cocok digunakan sebagai bahan dasar braket ortodonti. 8
23
Universitas Indonesia
2.5 Braket Edgewise
2.5.1 Sejarah Braket Edgewise
Awal abad tigapuluh, Edward H. Angle memperkenalkan ortodonti melalui 4
sistem yaitu E-arch, Pin and Tube, Ribbon arch dan mekanisme edgewise. E-arch
yaitu desain lengkung kawat berdiameter besar dengan ligatur di setiap gigi dan
molar band di gigi molar juga screw untuk ekspansi lengkung rahang sehingga
dicapai oklusi yang baik (Gambar 7). Namun, kegagalan dari sistem E-arch yaitu
hubungan aksial gigi yang tidak baik. Angle menyimpulkan bahwa pergerakkan gigi
sebaiknya bodily agar hasil perawatan lebih stabil sehingga dikembangkan desain
piranti Pin and Tube. Dalam perkembangannya ternyata piranti ini kurang efisien
karena Pin harus di solder sesuai dengan aksial setiap gigi sehingga membutuhkan
waktu yang lama saat kontrol (Gambar 8).16,38
A B
Gambar 7. Piranti Angless E arch. (Sumber:Graber, 2000)38
24
Universitas Indonesia
Gambar 8. Piranti Angles Pin and Tube . (Sumber:Graber, 2000)38
Sistem ketiga yaitu Ribbon arch dengan slot vertikal yang lebih mudah
digunakan dibandingkan kedua sistem sebelumnya, akan tetapi kontrol akar sangat
minimal sehingga pergerakkan gigi hanya tipping (Gambar 9).38 Berdasarkan
kegagalan dari piranti sebelumnya, Angle mengganti desain braket menjadi slot
horisontal yang kemudian dikenal slot edgewise. Istilah edgewise mengacu pada
kemampuan braket tersebut untuk menerima kawat berpenampang melintang
segiempat dengan dimensi terbesar horisontal.39 Awalnya braket edgewise standar
hanya memiliki satu sayap dengan slot berbentuk rektangular dan tiga dinding yang
berukuran .022x.028 inchi . Desain braket seperti ini menjadi pilihan utama piranti
ortodonti cekat sampai tahun 1970an (Gambar 10).9,39
Gambar 9. Piranti Angles Ribbon Arch. (Sumber:Graber, 2000)38
25
Universitas Indonesia
Gambar 10. Braket edgewise standar dengan satu sayap. (Sumber : Thurow, 1972)9
Tahun 1930 Angle meninggal dunia dan perkembangan sistem edgewise
dilanjutkan oleh muridnya yaitu Charles H Tweed. Braket edgewise di modifikasi
menjadi dua sayap (twin braket) dengan dua alur kawat yang terpisah (Gambar 11).
Braket edgewise awalnya hanya memiliki satu ukuran slot .022 karena saat itu kawat
yang digunakan terbuat dari emas. Perkembangan material kawat Stainless Steel saat
itu menghasilkan pemikiran untuk membuat braket dengan slot .018, dengan alasan
mengurangi jarak antar braket sehingga kawat lebih fleksibel dan gaya lebih ringan. 9,16
Gambar 11. Braket edgewise standar dengan dua sayap (twin braket).
(Sumber: Thurow, 1972)9
26
Universitas Indonesia
Perkembangan braket sistem edgewise standar kemudian diperbaharui oleh
Lawrence Andrews pada tahun 1976. Andrews meneliti mengenai prinsip oklusi ideal
dan kemudian merevolusi braket edgewise standar menjadi braket preadjusted
edgewise. Berbeda dengan sistem edgewise standar yang menggunakan wire bending,
sistem modern edgewise atau dikenal juga straight wire mulai mengaplikasikan
preskirpsi braket untuk setiap gigi. Preskripsi yang diaplikasikan ke braket yaitu
angulasi slot untuk koreksi mesiodistal, inklinasi dasar braket untuk memperoleh
torque dan jarak dari dasar braket ke dasar slot sebagai koreksi posisi in-out gigi. 2,12
Prinsip sistem modern edgewise adalah memperoleh posisi akurat gigi dengan
preskripsi braket yang berbeda-beda untuk setiap gigi sehingga mengurangi
kebutuhan wire bending. Andrews membuat beberapa serial braket untuk kasus tanpa
pencabutan dan dengan pencabutan. Hal ini kurang efisien dan ekonomis karena
ortodontis harus stok braket dalam jumlah yang banyak.2 Selanjutnya, Ronald Roth
merekomendasikan untuk menggunakan hanya satu serial braket Andrew dengan
preskripsi untuk kasus pencabutan. Roth (1979) menambahkan torque pada segmen
anterior rahang atas dan tip pada gigi kaninus.2,12,20
Perkembangan terbaru yaitu braket preskripsi MBT yang diperkenalkan oleh
Richard McLaughlin, John Bennet dan Hugo Trevisi tahun 1990. Preskripsi MBT
memiliki perbedaan dengan preskripsi Roth dan Andrews yaitu penambahan torque
di segmen anterior rahang atas dan lingual crown torque di segmen anterior rahang
bawah. Pengurangan tip pada braket preskripsi MBT di rahang atas bertujuan untuk
mengurangi kebutuhan penjangkaran.20
2.5.2 Prinsip Perawatan dengan Sistem Edgewise
Pergerakkan gigi dalam ortodonti ada tiga bidang yaitu oklusogingival,
mesiodistal dan labio atau bukopalatal. Pergerakkan gigi pada perawatan ortodonti
diperoleh dari gaya aktif kawat yang didistribusikan ke gigi dan struktur jaringan
pendukungnya. Kawat ortodonti Stainless Steel memiliki dua jenis penampang yaitu
bulat dan rektangular, keduanya digunakan dalam sistem edgewise. Mekanoterapi
27
Universitas Indonesia
perawatan ortodonti untuk memperoleh posisi gigi yang ideal biasanya di buat
tekukan pada kawat (wire bending).9,39
Jika dipakai kawat penampang bulat, maka gigi bebas bergerak di sekeliling
kawat atau disebut juga pergerakkan tipping, sedangkan dengan kawat penampang
rektangular maka pergerakkan gigi lebih terkontrol karena gaya friksi/gesek antara
kawat dengan slot bertambah besar.39 Sistem edgewise membagi tekukan (bending)
menjadi tiga yaitu first order bend, second order bend dan third order bend.2,35,38
First order bend yaitu tekukan pada kawat untuk kompensasi perbedaan
ketebalan kontur permukaan labial gigi atau posisi in-out gigi. Menurut Graber
(2000), first order bend mempengaruhi ekspansi lengkung gigi. First order bend pada
piranti braket edgewise modern dipreskripsikan ke dasar braket. Hal ini mengurangi
kebutuhan tekukan pada kawat, walaupun untuk beberapa kasus first order bend
masih dilakukan pada piranti braket edgewise modern.38
Second order bend adalah salah satu bagian yang penting dalam tahap akhir
perawatan ortodonti. Tekukan pada kawat dilakukan dalam arah vertikal untuk
koreksi angulasi arah mesiodistal sehingga diperoleh angulasi yang diinginkan.35,38
Third order bend atau torque termasuk dalam tahap akhir perawatan ortodonti
yang diaplikasikan hanya pada kawat rektangular. Gaya torque tersebut diperoleh
melalui puntiran kawat, sehingga saat diinsersikan ke dalam slot braket memberikan
pergerakkan akar arah bukolingual.9,35,38 Aplikasi gaya torque dari kawat tidak
terbatas hanya pada sistem edgewise saja, tetapi masih diaplikasikan juga pada sistem
preadjusted dengan menambahkan torque pada kawat. Hal ini mungkin disebabkan
karena ukuran slot braket yang dihasilkan dari proses manufaktur tidak sesuai dengan
preskripsi awalnya (Gambar 12).40
28
Universitas Indonesia
Gambar 12. A: First order bend pada kawat rahang atas (kiri) dan rahang bawah (kanan). B:Second
order bend pada gigi insisivus rahang atas dan C:Third order bend dengan kawat rektangular. (Sumber: Proffit , 2007)35
2. 6 Biomekanika Torque di Perawatan Ortodonti
Menurut Archambault dkk (2010) definisi torque dalam bidang ortodonti yaitu
perubahan inklinasi arah labio atau bukopalatal akar gigi akibat gaya dari kawat yang
dipuntir didalam slot braket.11 Thurow (1972) mendefinisikan torque sebagai momen
dari kawat rektangular yang dipuntir dan kontak dengan slot braket sehingga dapat
merotasi gigi di sekitar centre of resistance.9 Sedangkan, torsion adalah
regangan/strain pada kawat yang dipuntir akibat reaksi terhadap gaya torque
tersebut.9,28 Menurut Isaacson (1993), mekanika third order bend pada piranti
edgewise yaitu kawat rektangular dimasukkan ke slot braket sehingga menghasilkan
gaya kopel yaitu dua gaya dengan besar yang sama tetapi berlawanan arah sehingga
merotasi gigi di sekitar centre of resistance.41 Satuan untuk momen torque yaitu
gramsentimeter (gmcm) yang berarti besarnya gaya (Force=F) dikali jarak lurus
antara centre of resistance ke titik aplikasi gaya (Gambar 13).21,41
29
Universitas Indonesia
Gambar 13. Kawat rektangular yang dipuntir sehingga menghasilkan gaya kopel untuk
memperoleh torque pada gigi. (Sumber : Isaacson dkk, 1993).41
Secara umum, perubahan inklinasi gigi arah labio atau bukopalatal dipengaruhi oleh
faktor kawat (jenis material kawat, bentuk penampang kawat, dimensi kawat,
deformasi kawat dan sudut puntir kawat), braket (bahan material, proses manufaktur,
desain, ukuran slot, bentuk slot, metode ligasi, dan deformasi slot braket), dan
morfologi gigi.14,21,25 Material braket mempengaruhi kekuatan untuk menerima gaya
yang diaplikasikan melalui kawat ortodonti. Braket ortodonti dapat terbuat dari
Stainless Steel, Monokristalin, Polikarbonat dan Titanium.20,42
Beberapa literatur melaporkan bahwa braket yang terbuat dari Stainless Steel
dapat menerima gaya torque sebesar 100-200 gmcm tanpa terjadi fraktur
dibandingkan braket keramik atau braket plastik.12,42 Feldner (1994) menyimpulkan
bahwa gaya torque yang optimal sebesar 175 gm-cm.42 Sedangkan, menurut Kapur
dkk (1999) braket titanium memiliki dimensi slot braket yang lebih stabil saat
diberikan gaya torque dibandingkan braket Stainless Steel.5 Hasil penelitian oleh
Lacoursiere (2009) menyimpulkan bahwa terjadi pelebaran slot braket Stainless Steel
setelah aplikasi gaya torque dengan sudut puntir akhir 510, yang berarti terjadi
deformasi permanen pada slot braket.13 Deformasi slot braket dapat mengurangi
besarnya gaya torque yang akan dihantarkan ke gigi dan jaringan pendukungnya.11
Morfologi dan sudut antara sumbu longitudinal akar dan mahkota gigi juga
mempengaruhi gaya torque yang dihasilkan. Selain itu, jaringan biologis setiap
individu memberikan respon yang berbeda-beda terhadap gaya torque yang
dihantarkan.14
30
Universitas Indonesia
2.6.1 Torque Gigi Insisivus Atas Kontrol inklinasi gigi insisivus atas arah labiopalatal dengan aplikasi third
order bend (torque) merupakan hal yang harus diperhatikan dalam penggunaan
piranti sistem edgewise.41,44 Tujuan torque pada gigi insisivus atas untuk memperoleh
hasil perawatan dengan senyum lebih estetik dan hubungan insisivus kelas satu
(overjet dan overbite 2mm). Beberapa literatur menyimpulkan bahwa gaya untuk
torque gigi insisivus sentral rahang atas yaitu 50-200 gmcm.11,13,14,43
Andrew (1972) melaporkan bahwa angulasi labiopalatal gigi insivus atas dan
bawah mempengaruhi oklusi posterior dan lebar lengkung gigi.45 Hipotesis Andrew
(1972) yaitu apabila torque gigi insisivus kurang adekuat maka akan mempengaruhi
ruang pada lengkung gigi. Hal ini dilaporkan bahwa apabila empat gigi insisivus
maksila diberikan palatal root torque sebesar 50 maka dihasilkan ruang 1 mm pada
lengkung gigi.12,44-46 Kapur (2004) menyimpulkan beberapa faktor lokal yang
berpengaruh dalam menghasilkan gaya torque yang sesuai yaitu inklinasi normal
gigi, jarak braket dari tepi insisal mahkota gigi, variasi bentuk anatomi gigi dan
akurasi pemasangan braket.25
Untuk memperoleh hubungan segmen bukal kelas I, idealnya angulasi gigi
insisivus atas terhadap bidang palatal adalah 1100 dan gigi insisivus bawah terhadap
bidang mandibula 920. Apabila terjadi perubahan angulasi dari nilai 1100, maka relasi
segmen bukal tidak akan ideal walaupun overjet dan overbite terkoreksi. Hipotesis
mengenai pengaruh angulasi gigi insisivus terhadap relasi segmen bukal diteliti oleh
Sangcharearn (2007) yang menyatakan bahwa apabila angulasi gigi insisivus
bertambah maka hubungan molar cenderung berubah menjadi kelas III, dan
sebaliknya apabila angulasi gigi insisivus berkurang maka hubungan molar senderung
menjadi kelas II.46
Pemberian torque yang tidak sesuai dapat menyebabkan gigi insisivus menjadi
retroklinasi (undertorqued) sehingga mengurangi ruang yang tersedia di lengkung
gigi dan menghambat pergerakkan ke distal (retraksi) gigi-geligi anterior.47 Protraksi
gigi posterior juga dapat menyebabkan efek resiprokal di segmen anterior dan
menyebabkan kehilangan torque yaitu pergerakkan tipping ke lingual. Menurut
31
Universitas Indonesia
Siatkowski (1999) bahwa kehilangan torque pada segmen anterior sebesar 100 dapat
menyebabkan gigi tipping ke lingual sebesar 2,7 mm dan apabila sebesar 150 maka
gigi tipping ke lingual 4 mm. Hal ini tentu saja akan merubah hubungan
anteroposterior khususnya segmen anterior rahang atas dan bawah. Selain itu, senyum
pasien juga menjadi kurang estetik karena gigi terlihat memanjang (efek retrusif)
(Gambar 14).47 Kapur (2004) menambahkan bahwa inklinasi ideal gigi di akhir
perawatan sebaiknya diperhatikan untuk mencegah terjadinya relaps.25
Gambar 14. Kehilangan torque gigi insisvus atas sebesar 100 dan 150 menyebabkan efek
retrusif ke lingual sebesar 2,7 mm dam 4 mm. (Sumber: Siatkowski,1999)47
2.6.2 Interaksi Slot Braket dengan Kawat Stainless Steel dalam Aplikasi Gaya Torque
Slot braket adalah bagian dari braket untuk tempat perlekatan kawat ortodonti
dan dinyatakan dalam 1/1000. Ukuran slot braket yang beredar sekarang adalah
.018x.025 dan .022x.028. Slot braket awalnya pada tahun 1920-an hanya
diperkenalkan satu ukuran yaitu .022x.028, hal ini karena menyesuaikan jenis kawat
emas yang digunakan.40 Mekanisme edgewise yang diperkenalkan oleh Angle saat
itu menitikberatkan pada pergerakkan torque sehingga dikembangkan slot braket
ukuran .022x.028 yang sesuai dengan ukuran kawat emas .022x.028. Selanjutnya,
32
Universitas Indonesia
tahun 1930-an mulai dikembangkan material kawat yang terbuat dari Stainless Steel
dengan keunggulan sifat pegas lebih baik dan harga lebih murah, tetapi lebih
kaku.16,40,49 Penggunaan kawat Stainless Steel pada slot .022 berkembang pesat,
tetapi dikhawatirkan gaya yang dihantarkan menjadi lebih besar sehingga terjadi
kerusakkan jaringan pendukung gigi. Hal tersebut mendorong pemikiran untuk
membuat braket dengan slot .018, sehingga kawat Stainless Steel lebih fleksibel dan
gaya lebih ringan. Braket slot .018 mulai diperkenalkan pada tahun 1955, yang
kemudian dilanjutkan dengan penemuan ukuran kawat yang lebih kecil. Hal ini
adalah perkembangan pemikiran peneliti yang ingin memperbaiki sistem perawatan
ortodonti saat itu sehingga lahirlah sistem light wire.40,49
Karakteristik slot braket yang ideal yaitu memilki kekakuan dan kekerasan
sehingga dapat menerima gaya yang diaplikasikan dari kawat, tidak mudah deformasi
plastis dan fraktur. Permukaan slot sebaiknya tidak terlalu kasar dan tidak porus agar
saat pemberian gaya torque kawat dapat berkontak penuh dengan dinding slot
braket.12,24,42 Proses manufaktur braket yang berbeda-beda mempengaruhi
karakteristik dan akurasi ukuran slot. Bahkan, walaupun proses manufakturnya sama
untuk satu merk braket tetapi ukuran slot dapat berbeda-beda.42 Material slot braket
dari Stainless Steel jarang fraktur, tetapi terjadi deformasi plastis. Deformasi plastis
saat pemberian gaya torque menyebabkan gaya yang dihantarkan berkurang sehingga
pergerakkan gigi terhambat .21,22
Ekspresi maksimal torque diperoleh dengan insersi kawat yang berukuran
hampir sama dengan ukuran slot braket.43 Tetapi, untuk insersi kawat ke dalam slot
braket diperlukan selisih antara dimensi vertikal atau tinggi slot braket dengan
dimensi vertikal kawat. Dengan kata lain, tinggi slot braket harus lebih besar dari
dimensi vertikal kawat.43 Hal tersebut dikenal juga dengan istilah play yaitu sudut
antara kawat dengan dinding slot braket.
Hubungan antara play, tinggi slot braket dan ukuran kawat diteliti oleh Joch
(2010) yang memformulasikan bahwa nilai torque klinis yaitu selisih antara play
dengan preskripsi torque di braket (Gambar 15).42 Braket edgewise tidak memiliki
preskripsi tip dan torque maka nilai torque klinis sama dengan play.
33
Universitas Indonesia
Gambar 15. Torque play antara slot braket dengan kawat. = Torque play/sudut yang dibentuk
antara slot braket dengan kawat, = sudut antara garis tengah slot dengan garis ortogonal. (Sumber: Joch, 2010)42
Penelitian Sebanc dkk (1984) melaporkan bahwa kawat Stainless Steel
.019x.025 di slot braket .022 membentuk play 11-140.48 Creekmore (1979)
menjelaskan bahwa kawat Stainless Steel .019x.025 di slot braket .022
menghasilkan play sebesar 10,50 yang efektif dalam menghasilkan pergerakkan
torque gigi. Jadi, faktor-faktor yang dapat mempengaruhi besarnya play adalah
ukuran dan material slot braket yang digunakan, bentuk slot braket, ukuran dan
material kawat, bentuk tepi/ujung kawat.21,25,43. Manufaktur kawat rektangular berasal
dari proses menggulung/rolling kawat bulat, sehingga bentuk tepi kawat sedikit
membulat (tidak bersudut 900).47 Sebanc dkk (1984) menjelaskan bahwa kawat
rektangular ternyata memiliki bentuk tepi membulat yang mempengaruhi nilai play
dan torque yang dihasilkan.48 Semakin bulat bentuk tepi maka play semakin besar.
Untuk setiap penambahan play 0,001 inci dalam slot, maka braket akan kehilangan
torque sebesar 40.47,48
Menurut Morina dkk (2008), penambahan play dapat juga disebabkan karena
deformasi slot braket khususnya modulus elastisitas dinding slot braket sehingga
dimensi vertikal slot melebar akibat aplikasi gaya torque.14 Penelitian oleh Fischer
Brandies (2000) menyimpulkan bahwa kekerasan material berpengaruh terhadap
resistensi deformasi saat diberi gaya torque sebesar 100-300 gmcm. Aplikasi gaya
34
Universitas Indonesia
torque 300 gmcm menyebabkab notching di dinding slot. Hal ini dapat mengurangi
besar gaya torque yang akan disalurkan ke gigi dan jaringan pendukungnya sehingga
secara klinis ekspresi torque pada gigi tidak maksimal dan waktu perawatan menjadi
lebih lama (Gambar 16). 51
Gambar 16. Kontak antara ujung tepi kawat dengan dinding slot braket saat aplikasi gaya
torque sebesar 3 Ncm dapat menyebabkan notching pada dinding slot braket. (Sumber : Fischer Brandies,2000)51
2.6.3 Pengukuran Slot Braket Kesulitan untuk mengukur tinggi slot braket disebabkan bentuk slot braket
yaitu tepi yang membulat dan antara dinding slot insisal dan gingival tidak
paralel atau membentuk trapezoid.47,48 Cash dkk (2004) mengukur tinggi slot
yaitu tinggi atap slot (A) dan tinggi dasar slot (B) dari arah lateral dan
menyimpulkan bahwa jenis braket yang berbeda memiliki benuk slot yang
berbeda pula. Alat ukur untuk mengukur tinggi slot adalah mikroskop stereo. 40
Gambar 17. Titik pengukur slot. (A) atap slot (B) dasar slot. (Sumber:Cash, 2004)40
35
Universitas Indonesia
Mikroskop stereo adalah varian mikroskop optik yang memiliki dua lensa
optik dengan dua jalur terpisah sehingga memberikan sudut pandang yang sedikit
berbeda antara mata kanan dan mata kiri. Benda yang diamati dengan mikroskop
ini dapat dilihat secara tiga dimensi. Mikroskop stereo memiliki perbesaran 7-30
kali, seringkali digunakan untuk objek yang berukuran relatif besar. Sumber
cahaya dihasilkan dari lampu halogen yang dipasang dekat meja preparat dan
dibungkus tangkai serat optik. Tangkai serat optik memberikan operator
keleluasaan untuk memilih kondisi pencahayaan yang sesuai dengan sampel.
Mikroskop stereo dilengkapi dengan kamera CCD (Charge couple device) dan
diintegrasikan dengan perangkat lunak komputer tiga dimensi. Pengukuran benda
dapat dilakukan dengan perangkat lunak komputer yang memiliki skala
pengukuran. 52
Gambar 18. Mikroskop stereo merk Carl Zeiss.
(Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Stereo_microscope.)52
Penelitian lainnya yang menggunakan alat mikroskop stereo yaitu Kapur dkk
(1999), membandingkan deformasi slot braket Stainless Steel dengan braket
Titanium setelah diberikan gaya torque. Pengukuran slot braket yaitu mengukur
sisi mesial slot oklusogingiva dari arah frontal dengan pembesaran 30x. Tinggi
slot braket diukur pada tiga pasang titik di sayap mesial dan tiga pasang di sayap
distal dari arah frontal, kemudian dihitung nilai rata-ratanya. Kesulitan dari arah
frontal adalah gambar yang dihasilkan tidak memiliki batas yang jelas karena
gambaran tiga dimensinya.5,50
36
Universitas Indonesia
Gambar 19. Pengukuran tinggi slot dengan ma