Purpose : This study evaluated the internal accuracy of zirconia laminate veneers printed by DLP and compared them with prostheses produced by conventional CAD/CAM system to investigate the potential for clinical use of DLP ceramic printing technology.
Materials and methods : An anatomical laminate veneer was designed using a CAD software (3Shape Dental Designer; 3Shape, Copenhagen, Denmark). Zirconia laminate veneers were made by 3D printing and milling. 3 specimens were printed by a DLP 3D printer (ZIPRO, Aon, Seoul, Korea) using zirconia paste with resin binder (ININI-CERA, Aon, Seoul, Korea). As a control, 3 specimens were fabricated by a milling machine (K5+; Vhf, Ammerbuch, Germany) using zirconia blocks (Luxen Zirconia 1200 Zr, Dentalmax Co., Seoul, Korea).
Scanned data was saved in STL format. Using a three-dimensional evaluation program(Geomagic control X, Geomagic Gmbh, Germany), STL files were edited into internal surface. After automatically aligning the reference CAD data and the scan data of the specimen, best fit alignment was performed. A deviation between the data was calculated as the Root Means Square (RMS) value.
Result :The internal surface of trueness mean values of DLP group and ML group were 55.9㎛ and 37.3㎛.
Conclusion : According to the accuracy results of this study, the mean values of all groups were lower than the clinically acceptable value suggested in the above study. DLP technology can manufacture zirconia laminate with acceptable dimensional accuracy.
Keyword : 3D printing, Digital Light Processing(DLP), Laminate, Zirconia, Trueness
서론
디지털 덴티스트리와 세라믹 3D 프린팅 기술의 도입은 치과 보철물 제작과정에 있어 큰 변화를 일으켰다. 노동 집약적이며 많은 시간이 소요되는 기존의 제작 과정을 비교적 빠르고 정확하며 효율적인 방식으로 발전시킨 컴퓨터를 이용한 설계 및 제조 기반의 디지털 제작과정으로 발전하였다.
치과분야에서 활용되고 있는 3D 프린팅 기술 중 하나인 DLP(Digital light processing)의 경우 Digital Micromirror Device(DMD)를 사용하여 광경화성 레진이 담긴 수조에 UV light를 조사하여 슬라이싱된 이미지를 한 층씩 적층하는 방식이다. DLP 방식으로 보철물을 제작하는 과정은 다음과 같다. 먼저, CAD 프로그램을 통해 보철물을 디자인하고 STL(Standard Triangle Language) 형태의 파일로 저장한 뒤에 전용 슬라이싱 소프트웨어를 사용하여 층별로 분할된 다중 슬라이스 이미지로 변환한 후에 3D 프린터를 사용하여 제조한다.
세라믹 3D 프린팅 기술은 또한 CAD/CAM 시스템을 활용하여 크라운, 브릿지, 베니어를 포함한 치과 수복물을 제작할 수 있다. 환자의 치아를 디지털 스캔하여 3차원 모델을 생성하고, 이 모델을 소프트웨어에서 불러온 뒤에 보철물을 디자인한다. 디자인 단계가 완료되면 3D 프린터는 세라믹 재료를 사용하여 층층이 쌓아올려 제작한다.
이처럼 낭비되는 재료와 labor이 최소화되고 복잡한 3차원 형상의 구현이 가능한 3D 프린팅의 장점으로 인해 광원 기반 세라믹 제조 기술(Lithography-based ceramic manufacturing)을 치과 보철물 제작에 적용하려는 연구개발이 진행되고 있다. 하지만 특유의 복잡한 공정과정으로 인하여 적용 분야가 한정되어 있고 치과 분야에서의 상용화는 더디게 이뤄지고 있는 현황이다. 따라서 본 연구는 DLP 방식으로 제작한 3D 프린팅 지르코니아 라미네이트의 내면 정확도를 측정하고 기존 CAD/CAM 시스템으로 제작된 보철물과 비교하여 DLP 세라믹 프린팅 기술의 임상적 활용 가능성을 평가하고자 하였다.
연구 방법 및 재료
1. 주모형 선정 및 시편 디자인
치아 모형(D85DP-500B, Nissin Dental, Kyoto, Japan)의 상악 제1 중절치를 지대치로 준비하였고 치과의사에 의해 0.3mm 두께의 지르코니아 라미네이트 제작을 위해 프랩되었다(Fig.1) 프랩된 치아는 모델 스캐너 (Identica Blue; Medit, seoul, korea)를 사용하여 스캔하였다. CAD 소프트웨어 (3Shape Dental Designer; 3Shape, Copenhagen, Denmark)를 사용하여 해부학적인 라미네이트 베니어를 디자인하였다. 디자인 파일을 STL 형식으로 저장하고 각각의 엔지니어링 소프트웨어로 전송하였다.
2. 시편 제작
지르코니아 라미네이트는 3D 프린팅 및 밀링을 통해 제작되었다. 지르코니아 페이스트와 레진 바인더 (ININI-CERA, Aon, Seoul, Korea)를 사용하여 DLP(디지털 라이트 프로세싱) 3D 프린터(ZIPRO, Aon, Seoul, Korea)로 3개의 시편을 인쇄하였다. 대조군으로는 지르코니아 블록 (Luxen Zirconia 1200 Zr, Dentalmax Co., Seoul, Korea)을 사용하여 밀링 머신(K5+; Vhf, Ammerbuch, Germany)으로 3개의 시편을 제작하였다.
3. 3차원 평가
스캔된 데이터는 STL 형식으로 저장하였고 3차원 평가 프로그램 (Geomagic control X, Geomagic Gmbh, Germany)을 사용하여 정확한 중첩을 위하여 내면으로 분할하였고 평가 영역 외의 부분은 삭제하여 데이터를 저장하였다. 참조 CAD 데이터와 시편의 스캔 데이터를 초기 정렬한 후, best-fit alignment를 시행하여 기준 데이터와 측정 데이터 간의 편차를 획득하였다. 데이터 간의 편차는 Root Means Square (RMS) 값으로 계산되었다.
결과
DLP 3D 프린터를 사용하여 제작된 3D 프린팅 라미네이트와 밀링 머신으로 제작한 지르코니아 라미네이트 Trueness 평균값은 55.9 μm 및 37.3 μm이였다(Table 1).
3D 편차는 Color-difference map으로 나타내었다(Fig 2, 3). 양(+)의 편차는 빨간색으로 나타나고 음(-)의 편차는 파란색으로 나타나며 편차가 0에 가까울수록 녹색으로 나타난다. Figure 2와 Figure 3의 내면 Color-difference map에서 두 그룹 모두 마진부의 얇은 영역에서 파란색 영역이 나타났다. 내면부에서는 DLP 그룹이 ML 그룹에 비해 붉은색 영역이 더 크게 나타났다. 이는 넓은 영역에서 보철물을 한 층씩 제작하는 워크플로우의 변수로 인해 발생한 것으로 보인다.
결론 및 고찰
본 연구는 현재 개발 중인 세라믹 프린팅 기술 중 DLP방식으로 제작한 지르코니아 라미네이트의 마진 및 내면 Trueness를 평가하고, 기존 CAD/CAM 시스템으로 제작한 보철물과 비교하여 DLP 세라믹 프린팅 기술의 임상적 활용 가능성을 조사하였다. D 프린팅 공정에서 발생할 수 있는 변수로는 서포터의 수와 배치, 프린팅 방향, 프린팅 높이, 프린팅 기술, 슬러리 페이스트의 조성 등이 있다. 본 연구에서 사용된 DLP 프린팅 기술은 UV light의 회절 현상에 영향을 받을 수 있으며, 프린터의 uv light 강도에 따라 제작되는 치과 보철물의 품질에 영향을 미칠 수 있다고 보고되고 있다.
CAD/CAM 기술을 사용하여 제작된 지르코니아 라미네이트의 정확도는 사용된 지르코니아 블록의 종류에 따라 달라지는 것으로 보고되었으며, 각 그룹별 RMS의 평균값은 114.84 μm, 147.37 μm, 111.09 μm로 나타났다. DLP 3D 프린터를 사용하여 제작된 지르코니아 크라운의 3차원 정확도를 평가한 연구에 따르면, 보고된 내면 정확도 값은 239.3 ± 7.9 μm이였다.
DLP 프린팅 기술을 사용하여 제조된 지르코니아 라미네이트는 임상적으로 허용 가능한 범위 내에 존재하는 내면 RMS 값을 나타내었다. 본 연구는 비록 적은 수의 시편을 사용하였지만, 세라믹 3D 프린팅 기술의 임상적 활용 가능성 및 심미 치과 분야에서의 활용 잠재성을 나타내었다.
