Accuracy and Reliability of Oral Restorations Fabricated by Digital Manufacturing Processes = 디지털 제조 공법으로 가공한 구강 내 수복물의 정확성 및 신뢰성
저자
발행사항
서울 : 서울대학교 대학원, 2022
학위논문사항
학위논문(박사)-- 서울대학교 대학원 : 치의과학과 2022. 2
발행연도
2022
작성언어
영어
주제어
DDC
617.6
발행국(도시)
서울
형태사항
69 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 정신혜
UCI식별코드
I804:11032-000000171570
DOI식별코드
소장기관
목 적: 치의학에서 디지털 기술의 출현으로 인해 신뢰성 있는 구강 내 수복물을 위해서는 체적 정확도가 큰 관심을 받았다. 이 연구에서는 3D 프린팅과 computer numerical control (CNC) machining이라는 두 가지 디지털 기술을 분석했다. 3D 프린팅의 경우, 임시 수복물과 함께 다양한 크기와 제작 방법으로 제작된 표준화모델의 정확도를 분석했다. CNC machining의 경우 인레이의 정확도를 평가했다.
재료 및 방법: 3D 프린팅 정확도를 조사하기 위해 digital light processing (DLP) 프린터 또는 liquid crystal display (LCD) 프린터에서 다른 크기의 임시 수복물을 프린팅했다. Root-mean-square (RMS) 값으로 측정되는 전체/점 편차로 정확도를 평가하기 위해 표준 테셀레이션 언어 (STL) 파일을 사용했다. 또한 정확도 평가를 위해 표준화된 모델을 다양한 후경화 조건과 프린팅 방향(0°, 45°, 90°)으로 제작했다. 한편, CNC machining의 정확도를 결정하기 위해 하악 대구치에 근심교합원심 (MOD) 와동을 준비했다. RMGI(Resin-modified glass ionomer)로 한쪽 근심 상자의 치은 변연을 2 mm (그룹 E) 올렸고 다른 쪽 변연을 대조군(그룹 NE)으로 사용했다. 리튬 다이실리케이트 CNC machining 인레이를 제작하고 노화 과정을 열기계순환으로 시뮬레이션했다. 변연 결함은 노화 전후에 SEM/마이크로-CT로 평가되었다.
결 과: 3D 프린팅의 전체 편차 분석에서 RMS 값은 DLP 프린터의 경우 6-unit 및 full-arch에서, LCD 프린터의 경우 5-unit, 6-unit, full-arch에서 유의하게 높았다. DLP 프린터와 LCD 프린터의 유의한 차이는 5-unit 및 full-arch 수복물에서 나타났고 이 때 DLP 프린터의 RMS 값이 더 낮았다. 색상 매핑은 DLP 프린터에서 더 적은 수축을 보여주었다. 점 편차 분석에서 DLP 프린터의 경우 모든 수복물에서 방향성의 유의한 차이가 나타났지만 LCD 프린터는 일부에서만 나타났다. 표준화된 모델의 경우 DLP 프린터의 경우에만 수축으로 인해 후경화되지 않은 모델보다 후경화된 모델에서 RMS 값이 더 높았다. 한편, DLP 프린터는 0° 모델, LCD 프린터는 90° 모델에서 RMS 값이 가장 높게 나타났다. 오버큐어링은 두 프린터 모두 90° 모델에서 가장 두드러졌다. CNC machining 수복물의 경우, SEM은 그룹 NE에서만 변연 불연속성을 보여주었으며 이는 열기계순환 후에 증가했다. 마이크로-CT는 그룹 NE에서 더 큰 계면 분해를 나타냈다. 열기계순환은 그룹 NE와 E 모두에서 갭을 증가시켰다. 열기계순환으로 인한 갭 증가는 그룹 NE에서 더 컸다.
결 론: 본 연구에서는 임상적으로 허용 가능한 정확도 (< 200 μm)를 고려했을 때 작은 임시 수복물만 3D 프린터로 제작하기에 적합하다고 제안하였다. LCD 프린터는 기술적 한계로 인해 DLP 프린터에 비해 정확도가 떨어졌다. 중합 수축으로 인한 부정확성은 초기 설계, 제조 후 수정 및 단량체 치환에 따라 조정될 수 있다. DLP 프린터에서 후경화 후 증가된 부정확성은 무시해도 될 정도로 보였으므로 적절한 기계적 성질을 위해 후경화를 해야 한다. DLP 프린터에서는 45°, LCD 프린터에서는 0°, 45°의 프린팅 방향을 권장하면 진료실에서의 정확도를 높일 수 있다. 오버큐어링으로 인해 90°방향은 피하는 것이 좋다. 치과용 CNC machining 제조에 있어 RMGI를 사용한 ‘변연 상승’이라고 하는 임상 기법은 계면 갭 형성 및 열기계순환 후의 갭 증가를 감소시켜 리튬 다이실리케이트 인레이의 정확도를 개선했다. 이 연구의 발전을 위해서는 본 in vitro 연구가 구강 내의 in vivo 연구로 보완되어야 한다. 또한 최적화를 위해 다양한 재료, 제조 장치 및 제조 매개변수도 연구해야 한다.
임상적 중요성: 임상 디지털 치의학에서 정확한 수복물을 제조하는 것은 구강 건강에 가장 중요한 문제 중 하나이다. 이 연구는 3D 프린팅된 임시 수복물의 정확도에 대한 새로운 정보를 제공하고 정확도를 개선하기 위한 전략을 제안했다. 또한 CNC machining 인레이의 정확도를 평가하기 위해 비침습적 3차원 분석을 수행하고 정확도를 높이기 위한 임상 기법인 '변연 상승'을 소개했다.
Objective: With the advent of digital technologies in dentistry, dimensional accuracy has been of great interest for reliable oral restorations. This study analyzed two digital techniques: 3D printing and computer numerical control (CNC) machining. For the 3D printing technique, the accuracy of temporary restorations and standardized models of different sizes and fabrication methods was analyzed. For the CNC machining, accuracy of inlays was evaluated.
Materials and methods: To investigate 3D printing accuracy, temporary restorations of various units were printed from a digital light processing (DLP) or liquid crystal display (LCD) printer. Standard tessellation language (STL) files were used to evaluate the accuracy through whole/point deviation, which was measured as root-mean-square (RMS). In addition, standardized cylinder models were printed in different post-polymerization conditions and printing directions (0°, 45°, and 90°) to evaluate accuracy. On the other hand, to determine accuracy of CNC machining, mesial-occlusal-distal (MOD) cavities were prepared on mandibular molars. The gingival margin of one proximal box was elevated with resin-modified glass ionomer (RMGI) by 2-mm (Group E), and the unadjusted margin of the other side served as a control (Group NE). Lithium disilicate CNC machining inlays were fabricated, and an aging process was simulated. Marginal integrity was evaluated under SEM and micro-CT before and after aging.
Results: In the whole deviation analysis of 3D printing, the RMS values were higher in the 6-unit and full-arch cases for the DLP printer and in the 5-unit, 6-unit, and full-arch cases for the LCD printer. Difference between DLP and LCD printers was found in the 5-unit and full-arch cases, where the DLP printer exhibited lower RMS values. Color mapping demonstrated less shrinkage in the DLP printer. In the point deviation analysis, a significant difference in direction was exhibited in all restorations from the DLP printer but only in some cases from the LCD printer. For the standardized models, the RMS values were significantly higher in the post-polymerized model than in the non-polymerized model only for the DLP printer due to shrinkage. On the other hand, the RMS values were highest in the 0° model for the DLP printer and in the 90° model for the LCD printer. Overcuring was the most prominent observation in the 90° models for both printers. For CNC machining restorations, SEM showed marginal discontinuities only in the group NE, and these increased after thermomechanical cycling. Micro-CT exhibited interfacial disintegration, which was larger in the group NE. Thermomechanical cycling increased gaps in both groups, although the increment caused by thermomechanical cycling was larger in the group NE.
Conclusion: Considering clinically acceptable accuracy (< 200 μm), this study suggested that only small temporary restorations were appropriate to be manufactured by 3D printers. The technical limitation of the LCD printers led to reduced accuracy compared to the DLP printer. Inaccuracy due to polymerization shrinkage might be adjusted for by a different initial design, post-manufacture fixation, and monomer substitution. The increased inaccuracy after post-polymerization in the DLP printer seemed negligible, so post-polymerization should be performed to achieve the proper mechanical properties. The printing directions of 45° in the DLP printer and 0° or 45° in the LCD printer might be recommended to improve accuracy in clinics, and 90° directions should be avoided due to overcuring. For application of CNC machining within dental manufacturing, a clinical technique called “margin elevation” with RMGI improved the accuracy of lithium disilicate inlays by reducing interfacial gap and gap increment after thermomechanical cycling. Future efforts regarding this in vitro study should be complemented by in vivo research in the oral cavity. Moreover, various materials, devices, and manufacturing parameters should be studied for optimization.
Clinical significance: In clinical digital dentistry, manufacture of accurate restorative materials is essential for oral health. This research provided novel information on the accuracy of 3D-printed temporary restorations and suggested strategies to improve accuracy. Moreover, it described a non-invasive three-dimensional analysis to evaluate the accuracy of CNC machining inlays and introduced the clinical technique “margin elevation” to enhance accuracy.
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