Capitolo 2 – Fili ortodontici
Capitolo 2
FILI ORTODONTICI.
Valutazione della frizione tra brackets ceramici e filo ortodontico
In ortodonzia è necessario conoscere la forza d’attrito tra brackets e filo ortodontico in modo da
poter applicare al dente una forza opportuna ed ottenere così un’ottima risposta biologica ed un
adeguato movimento del dente. L’attrito valutato in brackets ceramici verrà poi confrontato con
quello dei brackets in acciaio inox (SS).
I materiali testati sono:
Fili ortodontici: acciaio inox (SS), lega Co-Cr, beta-titanio (TMA), lega Ni-Ti (Nitinol) di varie
sezioni (sez. circolare 0.016”,0.018”, sez. rettangolare 0.016”x0.016”, 0.016”x0.022”,
0.017”x0.017”, 0.017”x0.025”, 0.018”x0.025”, 0.019”x0.025”);
Brackets ceramici monocristallini con vari canali per il filo (slot): 0.018” e 0.022”;
L’equipaggiamento utilizzato per questo esperimento è mostrato sotto:
Figura 2.1 : testing machine, A-visione d’insieme, B-particolare.
La macchina, attraverso la cella di compressione, misura la forza d’attrito tra i due materiali mentre
la macchina, mediante una traversa fa scorrere (5.1 mm/min) tra loro racket e filo (accoppiato al
racket nello slot).
Sono stati testati 40 provini di filo ortodontico per tipo di metallo in racket con 0.018” di solt, 70
provini di filo ortodontico per tipo di metallo in racket con 0.022” di solt.
In brackets di 0.018” di slot, il TMA e il Nitinol hanno prodotto una forza d’attrito molto alta
rispetto a SS e Co-Cr.
In brackets di 0.022” di slot, SS e Co-Cr hanno prodotto una forza d’attrito molto minore rispetto a
beta-Ti e Nitinol.
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I risultati statistici sono comunque ben illustrati nelle tabelle successive.
Grafico 2.1 : media della forza d’attrito prodotta tra differenti fili ortodontici e brakets con slot di 0.018”.
Grafico 2.2 : media della forza d’attrito prodotta tra differenti fili ortodontici e brakets con slot di 0.022”.
L’effetto della sezione del filo sulla forza d’attrito si può ricavare dai grafici precedenti. Per
brackets con slot da 0.018” un incremento della sezione del filo ortodontico porta, in tendenza, ad
un aumento della forza d’attrito.
Per i beta-Ti (TMA) abbiamo un valore simile di forza d’attrito col bracket per sezioni di 0.016”,
0.017”x0.017” e 0.016”x0.022”, presenta invece un significativo incremento della frizione la
sezione 0.017”x0.025”.
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Con brackets con slot di 0.022” i fili delle 4 leghe presentano un incremento della forza d’attrito con
l’aumento della sezione. E’ da notare, per quanto riguarda il TMA, che i fili ortodontici 0.016” e
0.018” e 0.017”x0.017” producono la stessa frizione, significativamente minore di quella associata
al 0.016”x0.022”.
Per mostrare l’effetto del materiale costituente il racket sulla forza d’attrito mostriamo la seguente
tabella.
Tabella 2.1 : forza d’attrito tra le 4 leghe e brackets di ceramica e SS con slot di 0.018”.
Si può notare come, per ogni tipo di filo in TMA disponibile, la forza d’attrito bracket ceramico-filo
TMA sia di gran lunga superiore a quella bracket SS-filo TMA.
Un confronto tra la forza d’attrito prodotta dai fili delle 4 leghe con brackets ceramici e in SS ci
suggerisce che, per la maggior parte dei fili, l’attrito col bracket ceramico produce una forza
significativamente maggiore a quella prodotta col bracket in SS; ciò si attribuisce alle diverse
caratteristiche del materiale costituente i brackets.
Come si può notare alle foto SEM (riportate di seguito) la superficie dello slot del bracket ceramico
presenta numerose e piccole indentazioni, mentre quella dello slot del bracket in SS appare
relativamente liscia.
La differenza di frizione esplicata da questi due materiali si attribuisce quindi principalmente alle
condizioni superficiali del bracket.
Clinicamente, l’uso dell’accoppiamento filo in TMA e bracket ceramico sta prendendo sempre più
piede perché consente di applicare al dente una forza di trazione maggiore a quella ottenibile con la
soluzione bracket in SS e filo in SS (utilizzata nei casi dove la forza di trazione non deve superare
determinati valori).
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Figura 2.2 : foto al SEM di (A) bracket in acciaio inox SS , (B) bracket in ceramica , (C) superficie slot
del bracket in SS , (D) superficie slot del bracket ceramico.
Conclusioni:
La forza d’attrito nei brackets ceramici aumenta con le dimensioni della sezione del filo
ortodontico ed inoltre SS < Co-Cr < Nitinol < TMA ;
La forza d’attrito è significativamente più elevata in bracket ceramici rispetto a bracket in
acciaio inox (SS) per tutte le combinazioni di leghe e slot utilizzati ;
Fili di sezione rettangolare producono frizioni maggiori rispetto a quelli di sezione circolare.
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L’impiego delle leghe al titanio in ortodonzia
Le leghe utilizzate per la fabbricazione degli apparecchi ortodontici sono state,nel corso degli anni,
relativamente poche. Ad esclusione dell'oro che è stato utilizzato per un breve periodo, la principale
lega costituente i fili ortodontici è stata l'acciaio inossidabile austenitico.
Esso ha mantenuto la sua diffusione in quanto è caratterizzato da stabilità, rigidità, resilienza
modellabilità. nonché da un costo contenuto. Un'altra lega abbastanza diffusa è quella al cromocobalto-nickel (Eigiloy); più recentemente e stata introdotta una lega al nickel-titanio (Nitinol) che
presenta un'eccellente memoria elastica ed una bassa rigidità ;la sua scarsa modellabilità ne limita le
applicazioni in casi in cui non sono necessarie numerose anse e pieghe nel filo. Sebbene le proprietà
richieste ad un filo ortodontico siano diverse, generalmente sono tre le caratteristiche che esso deve
possedere:
grande memoria elastica:deve essere cioè possibile effettuare una notevole attivazione senza che
il filo subisca deformazioni permanenti. Ciò evita al clinico l'inserimento di anse complesse con
conseguente minor fastidio per il paziente ;
rigidità minore rispetto all’acciaio: in tal modo è possibile utilizzare fili di sezione maggiore con
il vantaggio di riempire lo slot e quindi di ottenere un buon controllo dei movimenti di terzo
ordine, entro il range dello sviluppo di forze biologiche;
buona modellabilità tale che il filo possa assumere facilmente configurazioni complicate senza
fratturarsi;
Queste caratteristiche sono tutte presenti nel bera-titanio, il quale consente anche ai effettuare delle
giunzioni di componenti ausiliari mediante puntatura senza incorrere in riduzioni della resilienza.
I1 beta-titanio è la lega più nuova introdotta nella professione ortodontica. I1 titanio è stato
utilizzato come metallo strutturale sin dal 1952 e da allora ne è stato più volte proposto l'uso in
ortodonzia. La scarsità dei risultati ottenuti da una tale applicazione può essere spiegata con le
inadeguate caratteristiche di ritorno elastico delle leghe al titanio allora disponibili. Per poter
competere con l'acciaio inossidabile una lega deve possederne almeno le stesse caratteristiche di
modellabilità e di ritorno elastico che dipende dal rapporto tra rigidità e modulo di elasticità (YS/E).
Questo rapporto nel caso dell'acciaio inossidabile è di 1,1x10-2 .
L'iniziale impiego industriale del titanio prevedeva l'uso dei metallo ad un grado di purezza del
99,2. A temperature inferiori a 1625° F questo metallo presenta una struttura a cristallo esagonale; a
temperatura ambiente il rapporto YS/E è di 0,35 x 10-2 .Ciò implica che un apparecchio costruito
con titanio puro potrebbe subire soltanto un terzo della deflessione elastica di un apparecchio simile
in acciaio inossidabile.
La seconda fase nella storia del titanio consiste nello sviluppo di leghe a base di titanio
caratterizzate però ancora dalla stessa struttura a cristallo esagonale, per cui si ottenevano risultati
soltanto di poco migliori.
Nel 1960 si rese disponibile una forma completamente nuova di lega al titanio caratterizzata da una
struttura cubica detta “fase beta". Con l'aggiunta di altri elementi quali ad esempio il molibdeno una
lega base di titanio può mantenere la sua struttura beta anche se raffreddata a temperatura ambiente;
queste leghe prendono il nome di titanio beta stabilizzato.
Goldberg e Burstone hanno dimostrato che con un'accurata lavorazione di un 11% di molibdeno, un
6% di zirconio, un 4% di stagno è possibile sviluppare un filo ortodontico con un rapporto YS/E di
1.8 x 10-2 cioè con caratteristiche superiori a quelle dell'acciaio inossidabile. I risultati dei tests
comparativi con l'acciaio inossidabile eseguiti con l'ausilio del tester Tinius Olsen sono riportati nel
grafico sottostante.
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I1 modulo di elasticità del beta titanio è circa due volte rispetto al Nitinol e meno della metà rispetto
all'acciaio inossidabile .
Grafico 2.3 : risultati dei test comparativi di rigidità tra l’acciaio inox e tre leghe a base di titanio.
La sua rigidità lo rende ideale nei casi in cui si richiedono forze minori dell'acciaio, ma in cui un
modulo di elasticità più basso risulterebbe inadeguato per sviluppare le forze dell'intensità
desiderata. È stato detto che la modellabilità del beta titanio è simile a quella dell'acciaio
inossidabile; comunque tale lega non può essere piegata eccessivamente per cui è richiesta una
notevole accuratezza nella scelta delle pinze e delle procedure di modellazione.
I1 filo al beta titanio può subire delle giunzioni mediante puntura ed ha una buona resistenza alla
corrosione.
Riassumendo, il filo al beta titanio possiede un eccellente equilibrio un alto ritorno elastico, una
buona modellabilità ed una bassa rigidità, caratteristiche che lo rendono particolarmente indicato in
un notevole numero di situazioni cliniche.
Elevati valori di ritorno elastico consentono incrementi di attivazioni, il che è sempre desiderabile,
senza che altre proprietà quali la modellabilità vengano sacrificate eccessivamente.
Le nuove leghe al titanio (Beta III, Ti6Al4V, ecc.) consentono in virtù delle loro particolari
caratteristiche meccaniche la costruzione di apparecchi in grado di sviluppare forze biologiche non
lesive. Esse inoltre consentono la progettazione di sistemi di forze semplici e privi di effetti
collaterali a tutto vantaggio dell’efficienza dell’apparecchio e del comfort del paziente.
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