Superelasticity and force plateau of nickel-titanium springs: an in vitro study

abstract Objective: This paper analyzed whether nickel-titanium closed coil springs (NTCCS) have a different superelastic (SE) behavior according to activation and whether their force plateau corresponds to that informed by the manufacturer. Methods: A total of 160 springs were divided into 16 subgroups according to their features and activated proportionally to the length of the extensible part (NiTi) of the spring (Y). The force values measured were analyzed to determine SE rates and force plateaus, which were mathematically calculated. These plateaus were compared to those informed by the manufacturer. Analysis of variance was accomplished followed by Tukey post-hoc test to detect and analyze differences between groups. Results: All subgroups were SE at the activation of 400% of Y length, except for: subgroups 4B and 3A, which were SE at 300%; subgroups 4E and 4G, which were SE at 500%; and subgroup 3C, which was SE at 600%. Subgroup 3B did not show a SE behavior. Force plateaus depended on activation and, in some subgroups and some activations, were similar to the force informed. Conclusions: Most of the springs showed SE behavior at 400% of activation. Force plateaus are difficult to compare due to lack of information provided by manufacturers.

resumo Objetivo: o presente artigo analisou se as molas helicoidais fechadas de níquel-titânio apresentam superelasticidade (SE), de acordo com a ativação, e se o platô de força medido corresponde ao informado pelo fabricante. Material e Métodos: 160 molas foram divididas em 16 subgrupos, de acordo com suas características, e foram ativadas proporcionalmente ao comprimento da parte extensível (NiTi) da mola (Y). Os valores de força obtidos foram analisados para determinar as taxas de SE e os platôs de força, os quais foram calculados matematicamente - sendo esses platôs comparados aos informados pelos fabricantes. Uma análise de variância foi realizada, seguida do teste post-hoc de Tukey, para detectar e analisar as diferenças entre os grupos. Resultados: todos os subgrupos apresentaram SE em ativação de 400% do comprimento Y, com exceção dos subgrupos 4B e 3A (que apresentaram SE a 300%), dos subgrupos 4E e 4G (com SE a 500%) e do subgrupo 3C (que apresentou SE na ativação de 600%). O subgrupo 3B não apresentou comportamento superelástico. Os platôs de força dependeram da ativação e em alguns subgrupos, em determinadas ativações, foram semelhantes à força informada pelo fabricante. Conclusões: a maioria das molas apresentou comportamento superelástico na ativação de 400%. Os platôs de força são difíceis de ser comparados, devido à falta de informações por parte dos fabricantes.

Propriedades em flexão de fios de liga de Ni-Ti / Bending properties of Ni-Ti alloys wires

As ligas de niquel-titânio (Ni-Ti) são usadas na fabricação de fios ortodônticos devido principalmente a sua maior resiliência e menor módulo de elasticidade quando comparadas com outras ligas metálicas, especialmente o aço inoxidável. O objetivo do presente trabalho foi comparar as propriedades mecânicas em flexão de fios de liga com memória de forma de diferentes fabricantes e lotes. Dois lotes de três fabricantes foram ensaiados em flexão três pontos de acordo com a norma ISO 15841:2006(E). Os resultados mostraram que os fios designados como termoativados geram tensões menores que os fios designados como superelásticos, observou-se variações de até 28% entre fios designados como superelásticos e 31% entre fios designados como termoativados. Na comparação dos lotes do mesmo fabricante observou-se também a não homogeneidade entre os fios.

The nickel-titanium (Ni-Ti) alloys are used in the manufacture of orthodontic wires mainly due to its greater resilience and low modulus of elasticity when compared to other alloys, particularly stainless steel. The aim of this study was to compare the mechanical properties of shape memory alloys wires in three-point bending in different manufacturers. Two lots of three manufacturers were tested in three-point bending according to ISO 15841:2006 (E). The results showed that wires designated as termoactivated generated lower tensions than the designated as superelastic, variations of up to 28% between wires designated as superelastic and 31% between wires d esignated as termoactivated were found. In the manufacturer lots comparison was also not observed homogeneity between wires.

Fios ortodônticos uperelásticos e sua aplicabilidade na clínica ortodôntica: revisão da literatura / Superelastic orthodontic wires and its application in clinical orthodontics: literature review

Na rotina clínica diária, o ortodontista usa diversos materiais, que incluem ligas metálicas na forma de fios metálicos. Entretanto, para que o profissional exerça uma Ortodontia de excelência é necessário que ele tenha conhecimento das propriedades desses fios. Existem diferentes tipos de fios no mercado: fios de aço inoxidável, fios de cromo-cobalto, fios de níquel-titânio e fios de beta-titânio. Entre os fios feitos de liga de níquel-titânio, existem três subdivisões: uma liga convencional e duas ligas superelásticas. A superelasticidade, associada ao efeito memória de forma, é uma propriedade usada em ortodontia para iniciar o movimento dentário na primeira fase do tratamento ortodôntico. Essa propriedade é considerada biologicamente compatível com o movimento dentário efetivo. Esses fios apresentam-se no mercado em diferentes temperaturas de transformação, oferecem a melhor adaptação na ranhura do braquete, proporcionando maior simplicidade e rapidez ao tratamento. Entretanto, apresentam pouca formabilidade, e não aceitam solda. Também são mais onerosos que outros fios. Além disso, a baixa rigidez desses fios não permite que sejam utilizados para a retração dos dentes anteriores ou fechamento de espaços. Portanto, recomenda-se o uso coerente dos fios ortodônticos superelásticos, acompanhado de um ótimo diagnóstico e planejamento, para que o resultado seja uma correção ortodôntica mais eficiente e realizada em menor período de tempo.

During clinical routine, the orthodontist uses several materials, which include metallic alloys in the form of metallic wires. However, it is necessary that the professional has some knowledge of the properties of those wires. Different types of wires are commercially available: stainless steel wires, chrome-cobalt wires, nickel-titanium wires and beta-titanium wires. Among the nickel-titanium wires, there are three subdivisions: a conventional alloy and two superelastic alloys. The superelasticity, associated to the effect of form memory, is a property used in orthodontics to initiate the dental movement in the first phase of the orthodontic treatment. This property is considered to be biologically compatible with the effective dental movement. These wires are available at the market in different transformation temperatures, and they offer the best adaptation in the groove of the bracket, simplicity and a faster treatment. However, they present little formability, and they don’t accept solder. They are also more onerous than other wires. Moreover, the low rigidity of these wires doesn’t allow them to be used for the retraction of the anterior teeth or closing of spaces. Therefore, the coherent use of superelastic orthodontic wires is recommended, accompanied by a detailed diagnosis and planning, so the result will be an efficient orthodontic correction, accomplished in a shorter period of time.

Propriedades mecânicas de fios de NiTi e CuNiTi com efeito memória de forma utilizados em tratamentos ortodônticos / Mechanical properties of NiTi and CuNiTi wires used in orthodontic treatment

Objetivou-se nessa pesquisa comparar oito tipos de fios de NiTi superelásticos e termoativos, de seis empresas comerciais (GAC, TP, ORMCO, MASEL, MORELLI e UNITEK) àqueles com adição de cobre (CuNiTi 27 e 35OC, ORMCO), observando se as propriedades mecânicas dos dois últimos justificariam sua escolha clínica. Para tal foram realizados ensaios de tração e microscopia eletrônica de varredura. Os ensaios de tração foram realizados em máquina de ensaios mecânicos da marca EMIC, modelo DL10000, de 10 toneladas de capacidade, no Instituto Militar de Engenharia (IME). A composição química e a topografia superficial dos fios foram determinadas através da microscopia eletrônica de varredura em microscópio da marca JEOL, modelo JSM-5800 LV com sistema de microanálise EDS (energy dispersive spectroscopy). Os resultados mostraram que, de forma geral, os fios de NiTi termoativados apresentaram cargas mais suaves de desativação em relação aos superelásticos. Entre os fios que apresentaram as cargas biologicamente mais adequadas de desativação estão os termoativados da GAC e da UNITEK. Entre os fios de NiTi superelásticos, os de CuNiTi 27ºC da ORMCO foram os que apresentaram as cargas mais suaves de desativação, sendo semelhantes, estatisticamente (ANOVA), às apresentadas pelos fios de NiTi termoativados da UNITEK para a deformação de 4%. Quando comparados os fios de CuNiTi a 27 e a 35ºC, observou-se que os primeiros apresentaram forças de desativação de, aproximadamente, 1/3 das apresentadas pelos últimos, para a deformação de 4%. Quando analisada a microscopia eletrônica de varredura de superfície, os fios de NiTi superelásticos que apresentaram melhores acabamentos foram os da MASEL e MORELLI e os que apresentaram os piores acabamentos foram os de NiTi e CuNiTi 27ºC da ORMCO...

Leveling and aligning orthodontic wires must be able to generate light and continuous forces. Thus need to have high springback and flexibility. For this purpose it was suggested a variety of supereslatic and termoactivated Nickel-Titanium (NiTi) wires that may offer a load-deformation curve, in a constant plataform. Copper NiTi wires are presented as exhibiting better thermoactivating properties for optimum-forces system with better dental movement control. The aim of this study was to compare 8 NiTi superelastic and thermoactivated wires of six different brands (GAC, TP, ORMCO, MASEL, MORELLI and UNITEK) to Copper addicted wires (CuNiTi 270C and 350C, ORMCO) to verify if the mechanical properties of Copper NiTi would support it’s clinical use. Stress-strain tests were done in Engeneering Military Institute (IME-Brazil), through test machine (EMIC- DL 10000 model). Scanning electronic microscope with energy dispersive spectroscopy (JOEL, JSM-5800 LV model) was used to determine chemical composition and superficial topography of the wires. Results showed that, in general, thermoactivated NiTi wires exhibited lower deactivation loads when compared to NiTi superelastics. Among the thermoactivated, the GAC and UNITEK ones are the lighter ones. Among the superelastics, the Copper NiTi 270C (ORMCO) were the lighter ones, statistically similar (ANOVA) to thermoactivated NiTi from UNITEK, for 4% strain. Once Copper NiTi 270C showed deactivated loads 62% lower than Copper NiTi 350C , under 4% strain. As regard to Scanning Electronic Microscopy results for superelastic NiTi wires, better superficial burnishing were found for MASEL and MORELLI ones...