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Fili ortodontici: caratteristiche tecniche

Classificazione dei fili ortodontici

Poiché l’utilizzo terapeutico dei fili ortodontici si basa sulle sue caratteristiche di malleabilità, si è raggiunto un accordo internazionale con il quale i fili ortodontici vengono classificati secondo la loro elasticità. I fili ortodontici si differenziano tra loro per un comportamento di elasticità lineare (fili tipo 1) e per quello non lineare (fili tipo 2). I fili ortodontici con comportamento di elasticità lineare, se viene applicata una sollecitazione meccanica, mostrano un’espansione direttamente proporzionale (lineare) alla sollecitazione stessa fino al limite elastico del materiale. A questo tipo 1 di fili ortodontici appartengono tutti quelli in acciaio inossidabile (ad es. remanium®, dentaflex®, Noninium®, Equire), in CoCr (ad es. remaloy®) o in lega di Ti (ad es. rematitan® SPECIAL). Un comportamento elastico non lineare del tipo 2, cioè un’espansione indirettamente proporzionale alla sollecitazione applicata, è caratteristico invece di fili ortodontici super elastici come quelli in NiTi (ad es. rematitan®”LITE“, Tensic®).

Caratteristiche dei fili ortodontici di tipo 1

Per i fili ortodontici di tipo 1, le caratteristiche meccaniche vengono definite secondo i parametri che seguono.

  1. Modulo di elasticità (E)
    Il modulo di elasticità E (unità di misura kN/mm2) quale caratteristica fisica (misurata a temperatura ambiente) indica la rigidità del materiale di cui sono costituiti i fili ortodontici. Corrisponde al rapporto tra ciascun carico unitario inferiore al limite di proporzionalità e la relativa deformazione unitaria.
  2. Limite elastico Rp0,2 (carico unitario di scostamento dalla proporzionalità)
    Il limite di elasticità Re indica quale sollecitazione elastica possono sopportare i fili ortodontici. Rappresenta un valore tecnico e quindi dipendente dal processo di produzione: può quindi essere differente per qualsiasi filo. Per motivi tecnici, il limite elastico Rp0,2 (espresso in N/mm2) viene considerato al posto del limite di elasticità, in quanto alla minima deformazione permanente (espansione) di 0,2% il limite elastico Rp0,2 è più facilmente misurabile. Lo si deve intendere come il valore fino al quale i fili ortodontici raggiungono la loro massima elasticità senza quasi (0,2%) deformazione plastica. Per i fili ortodontici intrecciati, tale valore non è particolarmente rilevante, per cui viene meno la ISO/CD 15841.
  3. Resistenza a trazione Rm
    Per resistenza a trazione Rm (espressa in N/mm2) si intende la massima espansione della curva tensione-allungamento unitario. Come per il limite elastico, è un valore tecnico che identifica le caratteristiche di elasticità dei fili ortodontici, ma di secondaria importanza. Fino ad oggi (anche nella DIN 13971) la resistenza a trazione veniva impiegata per classificare la resistenza o la durezza dei fili. Un filo „elastico“ o „extra elastico“ viene differenziato dalla sua resistenza a trazione. È tuttavia ragionevole risalire a tale indicazione dal limite elastico Rp0,2. La resistenza a trazione è importante nella misura in cui il rapporto tra Rp0,2/Rm è la misura della fragilità di un filo. Di ciò si deve tenere conto quando si piegano i fili ortodontici con le pinze. Tanto maggiore sarà Rp0,2 rispetto a Rm, tanto più facilmente si romperà un filo. Per i fili ortodontici intrecciati, tale valore non è particolarmente rilevante, per cui viene meno la ISO/CD 15841.
  4. Allungamento A
    L’allungamento dopo rottura A (espresso in %) indica la deformabilità plastica che i fili ortodontici sono in grado di sopportare prima della rottura. Un elevato allungamento dopo rottura è la misura della plasticità di un filo (deformazione permanente). Per i fili ortodontici intrecciati, tale valore non è particolarmente rilevante, per cui viene meno la ISO/CD 15841.
  5. Resistenza alla flessione Sb
    La forza necessaria per piegare i fili ortodontici di tipo 1 è proporzionale alla flessione. Inoltre, essa dipende dal diametro del filo e dalla sua lunghezza. Nella ISO/CD 15841 si è deciso di misurare tale valore con la cosiddetta prova a 3 punti con un filo lungo 10 mm e carico centrale. Tali parametri corrispondono, circa, alla distanza inter bracket tra 3 attacchi contigui, con quello centrale che funge da elemento di flessione. La resistenza alla flessione Sb (espressa in N/mm) è quindi un valore che esprime la rigidità di ogni singolo diametro di filo sottoposto a piegatura, con il quale un ortodontista può valutare la forza del filo impiegato per correggere una specifica malposizione dentale.
  6. Limite di flessione S0,1
    Se per piegare i fili ortodontici viene superato il loro limite di elasticità, il filo subirà una deformazione permanente (plastica). Analogamente al limite elastico, anche il limite di flessione è difficilmente calcolabile. Come il limite elastico Rp0,2, il limite di flessione S0,1(espresso in N) definisce la forza necessaria alla flessione, con la quale rimane una deformazione permanente di 0,1 mm. Un filo di tipo 1 può esprimere la sua elasticità fino al raggiungimento del limite di flessione.

Caratteristiche dei fili ortodontici di tipo 2

I fili in NiTi, da anni impiegati in campo ortodontico, sono di particolare interesse rispetto ai tradizionali fili in acciaio per le loro caratteristiche meccaniche uniche. Inizialmente, i fili in NiTi venivano impiegati per il loro basso modulo di elasticità (1/5 rispetto all’acciaio) e per la loro particolarmente elevata elasticità lineare e reversibilità. Originariamente la super elasticità di questi fili ortodontici veniva trattenuta attraverso speciali processi di formatura a freddo. Negli ultimi anni, grazie alla specifica selezione di temperature di trasformazione, è stato possibile influire sui fili in lega di NiTi per farli reagire in elasticità non lineare se sottoposti a stress (trazione o piegatura) a temperatura corporea. Durante la piegatura, il valore di allungamento non aumenta in modo lineare, ma si incurva in un piano forza di flessione, per aumentare poi senza alcun incremento considerevole della forza applicata. Una volta eliminata la pressione, l’effetto è reversibile con la differenza che il piano di forza di flessione è minore rispetto a quando il filo è sottoposto a pressione.
Le differenze con i fili ortodontici in NiTi Dentaurum (rematitan® ”LITE“, Tensic® ed Equire) consistono nella loro temperatura di trasformazione e pertanto nei loro differenti valori di forza di piegatura, per determinati spessori di filo, in funzione della temperatura corporea e delle temperature di trasformazione.
Per i fili ortodontici di tipo 2, le caratteristiche meccaniche vengono definite secondo i parametri che seguono.

  1. Piano forza di flessione F3,0, F2,0, F1,0, F0,5
    Per i fili ortodontici di tipo 2 a elasticità non lineare, ad es. i fili NiTi super elastici, la norma ISO/CD 15841 stabilisce solo il test di piega su 3 punti per la definizione delle loro caratteristiche meccaniche. Poiché questi fili (rematitan® ”LITE“, Tensic® ed Equire) reagiscono in maniera super elastica solo se sottoposti a forze e sono in ampia misura reversibili, le forze di flessione Fa (espresse in N) vengono dichiarate al determinato valore di flessione pari a 3,1 mm e dopo il rilascio della forza a 3,0 – 2,0 – 1,0 e 0,5 mm. In questo modo l’ortodontista può non solo estrapolare dalla tabella il valore della forza necessaria per una malposizione dentale, ma può anche vedere con quale costanza la forza produce uno spostamento dentale. I valori dati valgono a temperatura corporea (37 ± 2) °C.
  2. Reversibilità (Rev.)
    Di regola, se i fili ortodontici super mostrano proprietà meccaniche di elevata elasticità, dovranno anche dimostrare di possedere reversibilità (espressa in %) durante l’applicazione e il rilascio della forza. Per questo motivo la reversibilità viene determinata dai gradi di deformazione dopo la piegatura (in %) ad un valore di flessione di 3,1 mm e dopo il completo rilascio.
  3. Temperatura di trasformazione Af
    Le proprietà meccaniche dei fili ortodontici in NiTi dipendono anche dalla temperatura di trasformazione, per cui la fase martensitica si trasforma in quella austenitica. In accordo con la ISO/CD 15841 la cosiddetta “Austenit-Finish-Temperatur” Af (espressa in °C) è la temperatura determinata quando la fase martensitica si è convertita completamente in quella austenitica. Tanto più piccola è la differenza tra la temperatura corporea e la Af, tanto minori saranno le forze sul piano super elastico (piano forza di flessione).

I fili ortodontici di Dentaurum Italia

Tutti i fili ortodontici Dentaurum sono prodotti con leghe metalliche. La composizione chimica (in percentuale) è disponibile nella tabella dei materiali presente nel catalogo di ortodonzia Dentaurum.

Resistenza alla corrosione
La biocompatibilità dei fili ortodontici in lega metallica può essere determinata dalla sua resistenza alla corrosione. La resistenza alla corrosione viene testata in modo conforme alla normativa internazionale ISO 10271. La Dentaurum dichiara con assoluta coscienza che tutti i fili proposti hanno passato tale test con eccellenti risultati di resistenza alla corrosione.

Struttura austenitica
Le leghe di ferro (acciai) possiedono varie strutture cristalline in funzione della loro composizione chimica e della loro temperatura. Come austenitico viene definito un acciaio a struttura cristallina cubica a corpo centrato, che non presenta alcun ferromagnetismo (non può essere magnetizzato come una barra magnetica). Gli acciai normali (ad es. gli acciai da costruzione) sono stabili solo a temperature superiori a 900°C. Per i cosiddetti acciai inossidabili austenitici a base di CrNi si osserva una struttura austenitica anche a temperatura ambiente.
Con le leghe in NiTi impiegate in ortodonzia, l’esistente struttura cristallina (cubica a corpo centrato) creata a temperature più elevate, si converte in struttura cristallina esagonale compatta alla cosiddetta temperatura di trasformazione. Anche in questo caso la fase a temperatura elevata è nota come fase austenitica, mentre quella a temperatura bassa è nota come fase martensitica.

Struttura martensitica
La struttura martensitica degli acciai legati a basse temperature, note come strutture tetragonali a corpo centrato, si convertono nella fase austenitica se raffreddate velocemente (“tempra”). La trasformazione avviene immediatamente. Dopo la tempra, nella fase martensitica viene disciolto più carbonio di quanto possa produrre l’equilibrio termo-dinamico. In questo stato l’acciaio è molto duro e fragile. Questa caratteristica può essere modificata e migliorata con opportuni trattamenti termici come la tempra o la ricottura.
Nelle leghe in NiTi impiegate per fabbricare i fili ortodontici, avvengono dei processi cristallini simili a quelli dell’acciaio. La fase austenitica creata a elevate temperature si converte in martensitica a basse temperature. Tale cambiamento avviene nelle leghe in NiTi con una certa isteresi e a una determinata temperatura, minore durante il raffreddamento che durante il riscaldamento. Le caratteristiche meccaniche nella fase austenitica corrispondono ai fili ortodontici di tipo 1 e sono molto differenti da quelle nella fase martensitica. In particolare, un filo piegato nello stato martensitico riprenderà la sua forma originale se scaldato oltre la sua temperatura di trasformazione. Questo effetto viene chiamato “memoria di forma” (shape memory effect).
Una trasformazione martensitica può essere innescata in fase austenitica anche con l’applicazione di forze meccaniche, se la forza viene applicata a una temperatura leggermente sotto quella di trasformazione (“struttura martensitica indotta da stress”). In questo stato il filo in NiTi avrà caratteristiche super elastiche.