Effects of stress relaxation in beta-titanium cantilevers used in orthodontic mechanics

Dental Press J Orthod. 2021 Dec 15;26(6):e212069. doi: 10.1590/2177-6709.26.6.e212069.oar. eCollection 2021.

Abstract

Objective: This study evaluated the force decay and design shape changes caused by stress relaxation in two different orthodontic cantilever configurations.

Methods: Eighty cantilevers made of 0.017 x 0.025-in beta-titanium wires were standardized in a passive position, using real scale templates, and randomly divided into two groups (n = 40): Type 1 and Type 2. Each group received a different design (Type 1 with three bends, and Type 2 with two bends), and both were divided in four subgroups (n = 10) according to the evaluation periods: G1 = 24h, G2 = 1 week, G3 = 4 weeks, and G4 = 8 weeks. Mechanical tests were performed immediately after preactivation and at the end of each period, to evaluate force decay. The cantilevers were also scanned and the angles of the bends were measured to assess shape changes.

Results: Cantilever forces decayed over time. Type 1 - G1 showed less force decay than Type 2 (10.83 cN vs 17.87 cN). Type 1 cantilevers showed significant force decay only when G4 was compared to G1 (9.05 cN), G2 (11.73 cN), and G3 (9.78 cN). Type 2 cantilevers presented differences when G1 was compared to G2 (9.57 cN) and G3 (7.89 cN). Regarding to the cantilever angle closest to the bracket insertion, Type 1 cantilevers showed significant decrease for G2 (1.58°) and G4 (1.52°).

Conclusions: Cantilevers' design and proximity of the bends influenced force decay pattern overtime. Type 1 cantilevers presented more stable design at the first weeks than Type 2.

Objetivo:: O presente estudo avaliou a perda de força e as mudanças no design causadas pelo relaxamento da tensão em duas diferentes configurações de cantilevers ortodônticos.

Métodos:: 80 cantilevers feitos de fios de beta-titânio 0,017” x 0,025” foram padronizados em uma posição passiva, usando modelos em escala real, e divididos aleatoriamente em dois grupos (n = 40) com desenhos diferentes: o Tipo 1 possuía três dobras e o Tipo 2, duas dobras. Ambos os tipos foram divididos em quatro subgrupos (n = 10), de acordo com os períodos de avaliação (G1 = 24h; G2 = uma semana; G3 = quatro semanas; G4 = oito semanas). Testes mecânicos foram feitos imediatamente após a pré-ativação e ao fim de cada período, para avaliar a perda de força. Os cantilevers também foram escaneados e os ângulos das dobras foram medidos, para se avaliar as mudanças em seu formato.

Resultados:: Os cantilevers perderam força ao longo do tempo. Os do Tipo 1 - G1 mostraram menos perda de força do que os do Tipo 2 (10,83 cN vs 17,87 cN). Oscantilevers do Tipo 1 mostraram perda de força significativa apenas ao se comparar G4 a G1 (9,05 cN), G2 (11,73 cN) e G3 (9,78 cN). Os cantilevers do Tipo 2 apresentaram diferenças quando G1 foi comparado a G2 (9,57 cN) e G3 (7,89 cN). Com relação ao ângulo do cantiléver mais próximo à inserção no braquete, os cantilevers do tipo 1 mostraram redução significativa para G2 (1,58°) e G4 (1,52°).

Conclusões:: O design dos cantilevers e a proximidade das dobras influenciaram o padrão de perda de força ao longo do tempo. Os cantilevers do Tipo 1 mostraram um design mais estável nas primeiras semanas do que os do Tipo 2.

MeSH terms

  • Dental Alloys*
  • Orthodontic Wires*
  • Stress, Mechanical
  • Titanium

Substances

  • Dental Alloys
  • Titanium