Purpose: The purpose of this study is to compare the trueness of 3-unit anterior resin bridges fabricated by additive manufacturing method by setting various layer thicknesses.
Materials and methods: The typodont model with the maxillary right central incisor and canine prepared and the lateral incisor missing was scanned and 3-unit bridge was designed using computer-aided design(CAD) software. 3-unit resin bridges were fabricated by additive manufacturing methods respectively(N=9). 3-unit resin bridges were scanned with an extraoral scanner and 3D deviation analysis was performed to the scanned data for evaluating the discrepancies in internal and pontic base. The discrepancy was evaluated using root mean square (RMS) value.
Results: As a result of evaluating the internal trueness of the 3-unit bridge manufactured by the additive manufacturing method, the RMS value of the 25 μm layer group was 36.1 μm, 26.4 μm in the 50 μm layer group, and 21.6 μm in the 75 μm layer group.
Conclusion: The accuracy was highest at 75㎛ layer thickness and lowest at 25㎛. It was derived that thinner layer thickness does not mean better accuracy. But all specimens were within the clinical acceptance range.
서론
CAD/CAM(Computer-aided design/Computer-aided manufacturing) 시스템은 설계와 제조단계에서 컴퓨터를 이용하는 시스템으로 치과분야에서는 기존의 아날로그 방식을 대체해 수복물을 제작하는 데에 사용되고 있다. CAM 시스템에는 절삭 가공 방식과 적층 가공 방식으로 분류할 수 있는데, 절삭 가공 방식은 밀링 장비를 활용해 재료를 버로 절삭하여 제조하는 방식이고, 적층 가공 방식은 재료를 층층이 쌓아 올려 형상을 제조하는 방식이다. 기존의 절삭 가공 방식에 비해 적층 가공 방식은 재료의 사용과 제작 과정에서의 효율이 좋다고 알려져 있고 그 활용이 점차 증가하고 있다.
적층가공 방식 중의 하나인 DLP(Digital Light Process) 방식은 장비 내에 광경화성 액상 레진이 담긴 수조를 장착하고 UV 빔 프로젝터를 면 단위로 조사하여 한 층씩 출력물을 중합 시켜 제조하는 방식으로 임시치아, 수술용 가이드 등에 널리 사용되고 있다.
임시치아는 주로 레진 소재를 사용하여 제작하고 있는데, 최종 보철물이 제작되기 전까지 삭제된 치아에 장착하는 보철물로써 환자 구강내에서 지대치를 보호하고 치아의 정출이나 경사방지, 저작 및 심미기능을 제공한다. 그러므로 임시치아의 역할은 매우 중요하다.
구강 내에서 견딜 수 있는 강도, 자연치와 유사한 색상 등 구강 내에서 임시치아가 갖춰야할 중요한 여러 요소 중에서도 높은 정확도는 가장 필수적이다. 정확도가 낮은 임시치아를 장착하게 된다면 우식이 발생하는 등 치료받으려는 치아의 건강이 더 악화될 가능성이 있다. 선행연구에 따르면 적층가공 방식으로 제작된 수복물의 정확도는 사용된 적층 방식, 빌드 각도, 레이어의 두께 등에 영향을 받는다고 보고된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 그 중 하나인 레이어 두께를 변수로 정확도를 평가하였고, 구치부보다는 상대적으로 임시 수복이 더 필수적인 전치부를 선정하여 진행하였다. 다양한 레이어 두께를 설정하여 적층 제조한 레진 3본 브릿지의 정확도를 비교, 평가하고자 한다.
연구 방법
1. 모형 선택 및 수복물 제작
본 연구에서 레진 3본 브릿지 임시치아를 제작하기 위해 상악 우측 중절치와 견치가 프렙되고 측절치가 탈락한 주모형(D85DP-500B.1, Nissin Dental, Japan)을 선택하였고, 스캐너(E4, 3-Shape, Copenhagen, Denmark)로 모형을 스캔하였다. 치과용 디자인 소프트웨어(3Shape, Copenhagen, Denmark)를 사용하여30㎛의 시멘트 갭을 부여한 후 해부학적인 형태의 3본 브릿지를 디자인하였다. 디자인된 STL(Standard Tessellation Language)파일을 전용 슬라이싱 소프트웨어로 불러온 후 25, 50, 75㎛의 레이어 두께로 적층이 되도록 설정하였다. DLP(Digital Light Processing) 방식의 3D 프린터(Asiga, Sydney, Australia)를 이용하여 시편을 각각 출력하였다(N=9, n=3). 출력 후 시편을 세척 및 건조하고 10분간 후경화를 진행하였다.
2. 3차원 평가
3차원 정확도를 평가하기 위해 총 9개 시편의 내면을 모델 스캐너(E4, 3-Shape, Copenhagen, Denmark)로 스캔하였다. 스캔된 데이터를 STL파일 형식으로 저장 후 3차원 중첩 소프트웨어(Geomagic control X, Geomagic Gmbh, Germany)를 이용하여 디자인 파일과 스캔파일을 중첩하여 정확도를 평가하였다. 중첩된 데이터의 편차를 분석하기 위해 3차원 색차 분석을 시행하였다. 파란색 영역은 음의 편차를 나타내며 빨간색 영역은 양의 편차를 나타낸다. 정확도 평가를 위해 RMS값(Root mean square)을 계산하였다. N은 총 측정 포인트 수, X1은 기준 데이터 측정 포인트, X2는 크라운 스캔데이터의 측정 포인트다. 각 그룹별 RMS 값의 평균을 구하여 비교하였다.
연구결과
적층가공 방식으로 제작한 3본브릿지의 내면 진실도 평가 결과는 table1과 같다. 25㎛레이어 그룹의 RMS값은 35.7(±2.2)㎛, 50㎛레이어 그룹은 26.4(±2.8)㎛, 75㎛레이어 그룹은 21.6(±1.9)㎛으로 나타났다.
고찰 및 결론
본 연구는 다양한 레이어 두께로 설정하여 적층 제조한 전치부 레진 3본브릿지 내면 및 인공치 베이스의 정확도를 비교하였다. 진실도 평가 결과 RMS 평균값이 25㎛, 50㎛, 75㎛의 레이어 두께에서 각각 35.7㎛, 26.4㎛, 21.6㎛으로 나타났다. RMS 값이 낮을수록 정확도는 높음을 의미한다. 따라서 75, 50, 25㎛ 순으로 평균 정확도가 높게 나타났으나 세그룹 모두 높은 정확도 수치를 보였다.
레이어에 관한 선행연구에 따르면 일반적으로 레이어 두께를 얇게 설정하였을 때 정확도가 높다고 예상되지만 너무 얇은 레이어 두께는 오히려 오차가 발생할 가능성이 있고 레이어 수가 증가함에 따라 잠재적 오차의 확률이 증가하여 정확도가 감소될 가능성이 있는 것으로 나타났다. 또한 DLP방식의 3D프린터는 레이어 두께를 50㎛로 설정하여 모델을 적층 가공하였을 때 정확도가 가장 우수했다는 연구가 보고되었다. 그렇지만 본 연구의 결과는 선행연구와 달리 75㎛의 레이어 두께에서 가장 좋은 정확도를 보였으므로 서로 다른 결과에 대한 다양한 측면에서의 후속연구가 필요하다. 또한 본 연구는 시편의 수가 적고 통계분석을 시행하지 않아 정확한 분석이 이루어졌다고 할 수 없다. 그러므로 시편의 수를 늘리고, 통계분석을 시행하여 그룹 간의 차이에 대한 통계적 유의성을 확인하는 후속 연구를 진행해야한다.
현재 임상에서 적층 가공방식을 사용하는 3D 프린터의 활용이 증가하고 있는 만큼 다양한 변수를 통한 연구들이 필요한 상황이다. 그러나 적층 가공의 다양한 변수에 대한 선행연구들 간의 결과들이 불일치하는 부분이 존재한다. 그러므로 지속적인 연구를 통해 새로운 결과들을 발견하고 보완하는 과정들이 필요하다.
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