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. 2022 Jan;83(1):59-72.
doi: 10.1007/s00056-021-00317-y. Epub 2021 Jul 6.

Friction behavior of the wire material Gummetal®

Isabel Eri Kopsahilis  1 , Dieter Drescher  2
Affiliations

Friction behavior of the wire material Gummetal®

Isabel Eri Kopsahilis et al. J Orofac Orthop. 2022 Jan.

Abstract
in English, German

Objectives: Gummetal® (Maruemu Works, Osaka, Japan), a new orthodontic wire material successfully used in clinical applications since 2006, is biocompatible and exhibits exceptionally high elasticity, nonlinear elastic behavior, plasticity and strength. Systematic comparisons of friction behavior are lacking; thus, the friction of Gummetal® in the binding modus was compared to commonly used low friction wires.

Materials and methods: In vivo tests were run with Gummetal®, CoCr (cobalt-chromium Elgiloy®, Rocky Mountain Orthodontics, Denver, CO, USA), β‑Ti (β-Titanium TMA®, Ormco, Orange, CA, USA), NiTi (nickel-titanium, NiTi-SE, Dentalline, Birkenfeld, Germany), and stainless steel (SS; Ref. 251-925, 3M Unitek, Monrovia, CA, USA) [dimensions: 0.014 inch (0.35 mm), 0.016 inch (0.40 mm), 0.016 × 0.022 inch (0.40 × 0.56 mm), and 0.019 × 0.025 inch (0.48 × 0.64 mm)-β-Ti not available in the dimension 0.014 inch]. These were combined with Discovery® (Dentaurum, Ispringen, Germany), Micro Sprint® (Forestadent, Pforzheim, Germany), Clarity™ (3M Unitek), and Inspire Ice™ (Ormco) and slots in the dimension 0.022 inch (0.56 mm) and, except for the 0.019 × 0.025 inch wires, in the dimension 0.018 inch (0.46 mm). They were ligated with a 0.010 inch (0.25 mm) steel ligature (Smile Dental, Ratingen, Germany). Brackets were angulated by applying a moment of force of 10 Nmm against the wire, which was pulled through the slot at 0.2 mm/s.

Results: In 660 tests using 132 bracket-wire combinations, friction loss for Gummetal® was comparable to and, in a few combinations with Micro Sprint®, significantly lower (p < 0.05) than SS and CoCr. The friction for Gummetal® was significantly lower (p < 0.05) than NiTi, and β‑Ti. In some bracket-wire combinations, lower friction was found with round wires compared to rectangular wires, except for the combination with Inspire Ice™, which was higher but not significant. Slot size did not have a significant effect on friction in most combinations.

Conclusion: The low friction associated with Gummetal® wires during arch-guided tooth movement will be a valuable addition to the armamentarium of orthodontists.

Zusammenfassung: ZIELSETZUNG: Gummetal® (Maruemu Works, Osaka, Japan), ein neues kieferorthopädisches Drahtmaterial, seit 2006 erfolgreich in der klinischen Anwendung, ist biokompatibel und weist eine außerordentlich hohe Elastizität, ein nichtlineares elastisches Verhalten sowie eine hohe Plastizität und Festigkeit auf. Systematische Vergleiche des Reibungsverhaltens fehlen; daher wurde die Reibung von Gummetal® im Bindungsmodus mit üblicherweise verwendeten Drähten mit geringer Reibung verglichen.

Material und methoden: Fünf unterschiedliche Drahtlegierungen, Gummetal®, CoCr (Elgiloy®, Rocky Mountain Orthodontics, Denver/CO, USA), β‑Ti (TMA®, Omco Corp., Orange/CA, USA), NiTi (NiTi-SE, Dentalline, Birkenfeld, Deutschland) und Edelstahl („stainless steel“, SS; 3M Unitek, Monrovia/CA, USA) in den Dimensionen 0,014 inch (0,35 mm), 0,016 inch (0,40 mm), 0,016 inch × 0,022 inch (0,40 × 0,56 mm) und 0,019 inch × 0,025 inch (0,48 × 0,64 mm) wurden in vivo miteinander verglichen – β‑Ti war in der Dimension 0.014 inch nicht verfügbar. Die Drähte wurden mit 4 konventionellen Brackets, Discovery® (Dentaurum, Ispringen, Deutschland), Micro Sprint® (Forestadent, Pforzheim, Deutschland), Clarity™ (3M Unitek, Monrovia/CA, USA) und Inspire Ice™ (Ormco Corp., Orange, CA, USA) der Slotgröße 0,022 inch (0,56 mm) und, mit Ausnahme der 0,019 × 0,025 inch Drähte, der Slotgröße 0,018 inch (0,46 mm) kombiniert. Als Ligatur wurde eine 0,010 inch (0,25 mm) Stahlligatur (Smile Dental, Ratingen, Deutschland) verwendet. Brackets wurden mit einem Drehmoment von 10 Nmm gegen den Draht anguliert, der mit 0,2 mm/s durch den Slot gezogen wurde.

Ergebnisse: In 660 Tests mit 132 Bracket-Draht-Kombinationen war der Reibungsverlust für Gummetal® vergleichbar mit dem von SS und CoCr und in einigen Kombinationen mit Micro Sprint® signifikant geringer (p < 0,05). Die Reibung für Gummetal® war signifikant niedriger (p < 0,05) als NiTi, und β‑Ti. Bei einigen Bracket-Draht-Kombinationen wurde eine geringere Reibung bei runden Drähten im Vergleich zu rechteckigen Drähten festgestellt, außer bei der Kombination mit Inspire Ice™, die höher, aber nicht signifikant war. Die Slotgröße hatte bei den meisten Kombinationen keinen signifikanten Einfluss auf die Reibung.

Schlussfolgerungen: Die geringe Friktion der Gummetal®-Drähte bei der bogengeführten Zahnbewegung wird eine wertvolle Ergänzung des Armamentariums der Kieferorthopäden sein.

Keywords: In vitro tests; Orthodontic appliances; Orthodontic brackets; Orthodontic wires; Tooth movement techniques.

PubMed Disclaimer

Conflict of interest statement

I.E. Kopsahilis and D. Drescher declare that they have no competing interests.

Figures

Fig. 1
Fig. 1
Surface structure (approx. 2000× magnification scanning electron microscope [SEM] image) of a Gummetal®, b steel, c β-Ti, d CoCr, and e NiTi Oberflächenstruktur (Vergr. ca. 2000:1, REM[Rasterelektronenmikroskop]-Darstellung) von a Gummetal®, b Stahl, c β-Ti, d CoCr und e NiTi
Fig. 2
Fig. 2
Positioning apparatus Positionierungsapparatur
Fig. 3
Fig. 3
Measurement system Messsystem
Fig. 4
Fig. 4
Friction (in N) of a Clarity™, b Discovery®, c Inspire Ice™, and d Micro Sprint® in combination with tested wire materials and dimensions presented in box plots. The box covers 50% of the data from 25–75 percentiles. The line within the box marks the median, the whiskers mark the minimum and maximum, the circles the outliers and the asterisks the “extreme” outliers Friktion (N) von a Clarity™, b Discovery®, c Inspire Ice™ und d Micro Sprint® in Kombination mit getesteten Drahtmaterialien und -dimensionen dargestellt in Box Plots. Die Box umfasst 50% der Daten von der 25. bis zur 75. Perzentile. Die Linie innerhalb der Box markiert den Median, Whiskers markieren Minima und Maxima, Kreise Ausreißer, Sternchen „extreme“ Ausreißer
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References

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