Abstract
Purpose : In this study, The flexural strength of temporary restorative light-cured resins created using an LCD printer in three different build directions were compared.
Materials and methods : For the flexural strength measurement, specimen was designed with dimensions of 25x2x2mm according to ISO-10477. Specimens were fabricated by a LCD 3D printer using a STL file with build directions set at 0°, 45°, and 90°, and the platform`s horizontal orientation was designated as 0° during output. A total of 15 specimens were divided into three groups based on the build directions(n=5). The three-point flexural strength tests were conducted using a universal testing machine.
Result : The flexural strength group was 127.63±19.48MPa in the 0°group, 124.58±6.92MPa in the 45°group, and 136.84±13.61MPa in the 90° group.
Conclusion : In this study, printed specimens fabricated in three different directions were affected by mechanical properties. Nevertheless, all groups satisfied the required flexural stength of 80MPa according to ISO-10477. All means of the specimens were within the clinical acceptable range.
Keyword : 3D Printing, Build direction, Flexural strength, Liquid crystal display, Mechanical property
서론
최근 치과 분야에서는 적층 가공 기술을 다양한 치과 보철물 제작에 활용하고 있다. 적층 가공 방식이란 재료를 한 층씩 쌓아 올려 원하는 형상으로 제조해 가공 방식이다. 자유로운 형상 제작이 가능하고 재료 낭비를 최소화할 수 있으며, 빠른 생산속도로 작업효율을 높일 수 있다는 이점을 가지고 있다.
대표적인 적층가공 방식으로는 Digital Light Processing(DLP), Stereo lithography(SLA), Liquid Crystal Displays(LCD)방식 등이 있다. DLP방식은 UV빔 프로젝터를 면 단위로 조사해 한 층씩을 중합시켜 제조하는 방식이며, SLA방식은 레이저 형태의 광원을 사용해 광경화성 폴리머가 레이저에 의해 중합되는 원리로 적층되는 방식이다.
LCD방식은 UV 광원을 사용하며 출력 영역만 빛을 조사하고 출력 영역을 제외한 나머지 부분은 마스킹 처리 후 광원을 차단한다. 이러한 방식은 보철물을 출력 시, 픽셀 왜곡에 대한 영향을 받지 않으며 빠른 속도로 높은 정밀도의 보철물을 제작할 수 있어 치과 분야에서 관심도가 점차 높아지고 있는 추세이다.
적층가공 방식으로 제작 가능한 보철물의 종류로는 치과용 모형, 수술용 가이드, 임시 치관 등이 있다. 그중 임시 치관은 최종 보철이 제작 되기 전, 환자 구강 내에 장착하여 치아의 저작, 발음, 심미의 기능을 수행한다. 또한 삭제된 치아의 치수와 주변 조직을 보호하고, 치아의 정출과 경사를 방지하는 역할을 한다.
주로 레진 소재로 제작되는 임시 치관은 자연 치아의 기능을 대체할 수 있을 만큼의 적절한 굴곡강도가 요구된다. 일정 수준의 굴곡강도를 만족하지 못할 경우 임시 치관의 파절로 인해 지대치 및 치수와 주변 조직이 손상될 가능성이 있다.
선행연구에서는 적층 가공 시 사용되는 광중합 액상 레진의 굴곡강도는 빌드 방향, 레이어 두께 등에 의해 영향 받는다고 보고 되고 있다. 새롭게 개발된 프린팅 방식과 재료의 활용이 증가함에 따라 다양한 매개 변수에 따른 재료의 특성 연구는 현재 매우 필수적이며 이는 임상에서 보철물의 품질과 성능을 판단하는 데 도움이 될 수 있다.
따라서 본 연구의 목적은 LCD프린터를 활용하여 세 가지 빌드 방향으로 제작한 임시 수복물용 광중합 액상 레진의 굴곡강도 차이를 비교, 평가하는 것이다.
1. 시편 제작
굴곡강도 측정을 위해 ISO-10477 규격에 따라 25×2×2mm의 크기로 시편을 디자인 했다. 디자인 파일을 Standard triangulated language(STL) 3차원 데이터 형식으로 저장했다. 전용 슬라이싱 소프트웨어를 사용해 레이어의 두께를 100μm으로 설정하여 LCD방식의 3D프린터(FreeShape 120; Ackuretta)로 시편을 출력했다.
사용재료는 C&B 레진(C&B Permanent A3; ODS)을 사용했다. 플랫폼 상에서 가로로 긴 수평방향으로 세팅한 그룹을 0°로 지정하여 0°, 45°, 90° 세 각도로 설정했으며, 그룹당 5개씩 총 15개의 시편을 제작했다. 모든 시편은 제작이 완료된 후 세척 및 자연건조했고, 제조사의 지시에 따라 경화기(CureM; Graphy)를 사용하여 후경화를 진행했다.
2. 굴곡강도 측정
총 15개의 시편의 굴곡강도를 만능 재료 시험기(Instron 3345, Instron Corporation)를 사용하여 측정하였다. 만능 재료 시험기에 장착된 3점 굴곡강도 지그의 지지대(Span 길이, L = 20mm)를 고정 후 시편을 위치시킨 다음 1mm/min의 하중속도로 설정해 굴곡강도를 측정하였다.
연구결과
각 그룹별 굴곡강도의 평균과 표준편차는 Table 1과 같다.
3가지 적층 방향으로 제작한 시편은 0°그룹에서 127.63±19.48MPa, 45°그룹에서124.58±6.92MPa, 90°그룹에서 136.84±13.61MPa 의 굴곡강도 값이 도출됐다.
고찰 및 결론
본 연구에서는 세 가지 빌드 방향으로 제작한 임시 수복물용 광중합 레진의 굴곡강도를 측정했다. 굴곡강도 측정 결과 90°, 0°, 45° 순으로 높은 굴곡강도를 보여 그룹 간 차이가 나타났지만 ISO-10477에서 요구하는 80MPa의 굴곡강도를 모두 충족한 것으로 나타났다. 이를 통해 빌드 방향에 따라 출력된 시편의 강도 수준이 달라진다는 것을 확인할 수 있었다.
선행연구에 따르면 빌드 방향에 따른 광중합 레진의 굴곡강도 변화는 적층 가공 시 발생하는 재료 내 방향에 따라 변화됐다고 보고됐다. 이로 인해 외력에 대한 저항성이 다르게 작용하여 그룹 간 굴곡강도의 차이가 발생한 것으로 예상된다.
따라서 본 연구와 같이 적측 가공 시 설정하는 빌드 방향은 광중합 레진의 굴곡강도에 영향을 미치며 임시 수복물 제작 시, 수복물을 배열하고 슬라이싱 하는 과정에 있어 중요하게 고려되야 할 사항임을 확인할 수 있다. 이러한 점을 인지하고 임상에서 활용한다면 보철물의 품질 향상에 도움이 될 것이다.
본 연구는 치과 분야에서 관심도가 점차 높아지고 있는 LCD 프린터를 활용해 임시수복물을 제작하면서 적층방향이 굴곡강도에 미치는 영향을 평가했다는 부분에서 의의를 갖는다. 연구를 진행하면서 가지고 있는 제한점으로 시편의 수가 많지 않았고, 한 가지 레진 재료만을 사용해 시편을 제작했기 때문에 연구 결과를 일반화하기 어려울 수 있다.
따라서, 시편의 개수와 사용 레진의 종류를 늘리고 다양한 각도를 추가 설정한 후속 연구가 필요할 것으로 판단된다. 또한 임시 수복물 제작 시 기계적, 물리적 특성에 영향을 미치는 다양한 매개변수에 대한 연구를 진행한다면 임상 적용에 있어 실용적인 연구 결과를 도출할 수 있을 것으로 예상된다.
