Trueness and fitness evaluation of milled crown prostheses according to type of ball-end mill bur and abutment margin = 볼 엔드밀 버의 종류와 지대치 마진 형태에 따른 밀링 크라운 보철물의 정확도와 적합도 평가
저자
발행사항
서울 : 고려대학교 대학원, 2017
학위논문사항
학위논문(박사)-- 고려대학교 대학원: 보건과학과 치의기공학전공 2017. 2
발행연도
2017
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
XI, 76p. : 삽화, 도표 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 김웅철
단면인쇄임
참고문헌: p 59-67
DOI식별코드
소장기관
캐드캠 시스템은 자동차, 항공, 우주 등 다양한 산업 분야에서 유용하게 사용되고 있으며, 주로 복잡한 형상을 가공하는 정밀 산업이나 금형 산업에서 활용되고 있다. 또한 캐드캠 시스템은 치과 분야에도 도입되어서 복잡한 형상을 가진 치과 보철물도 다양한 재료를 가지고 제작하고 있다. 치과 캐드캠 시스템은 스캐너, 캐드 디자인 프로그램, 공구 가공 경로 생성 프로그램 (캠 프로그램), 가공 장비 등으로 구성되어 있으며, 보철물 제작과정을 단순화 시켰다. 그리고 최종 보철물 가공을 위해서는 밀링 장비 (절삭 가공)나 3D 프린터 (적층 가공)를 이용하고 있는데, 현재 밀링 장비가 주로 사용 되고 있다.
밀링 장비로 보철물을 가공할 때에는 Φ 2.0, Φ 1.0, Φ 0.6 mm 볼 엔드밀 버를 사용하고 있다. 통상적으로 보철물의 종류와 상황에 따라서 3 종류의 버 (Φ 2.0, Φ 1.0, Φ 0.6 mm)를 사용하는데, 2 종류의 버 (Φ 2.0, Φ 1.0 mm)를 사용할 수도 있다. 그러나 실제 가공에 사용될 버의 종류는 템플릿에 따라 결정될 수 있다. 3 종류의 버를 사용하면, 2 종류의 버를 사용할 때보다 시간은 오래 걸리지만 미세 부위의 재현성이 높을 것이라는 것이 일반적인 인식이다. 하지만 지금까지 버의 종류를 다르게 해서 제작된 보철물의 품질에 관한 연구는 별로 없는 실정이다.
볼 엔드밀 버로 밀링에 의해 크라운 같은 보철물을 제작할 때에는 경사진 형태와 각지고 꺽이는 부분에 따라서 밀링의 오차가 발생한다. 일반적으로 크라운 보철물을 위한 지대치의 교합면과 축벽은 비슷한 형태를 가지고 있지만, 변연은 Chamfer 형태의 둥근 곡선이나 Rounded Beveled-shoulder 형태의 둥글고 각진 직선의 형태가 주류를 이룬다. 그럼에도 불구하고 볼 엔드밀 버로 제작된 크라운 보철물을 변연의 형태에 따라 구분하여 각각의 적합도를 3차원으로 입증한 연구는 별로 없는 실정이다.
따라서 볼 엔드밀 버로 제작된 크라운 보철물의 정확도를 평가해서 볼 엔드밀 버의 가공 오차를 확인하고, 마진의 형태가 다른 지대치를 선정하여 곡선과 각진 직선의 차이에서 발생되는 오차를 분석하는 연구가 필요하다고 생각되어 본 연구를 시도하였다.
첫 번째 연구의 목적은 2 종류의 볼 엔드밀 버와 3 종류의 볼 엔드밀 버로 제작된 크라운 보철물과 캐드 디자인 데이터에 대한 정확도 (Trueness)를 평가하는 것이며 연구 방법은 다음과 같았다.
크라운 보철물을 위한 상악 우측 제1대구치의 지대치 모형을 블루 라이트 모델 스캐너로 스캔하고, 캐드로 크라운 보철물을 디자인 하였다. 크라운 보철물의 디자인이 완성 된 후, 각각 2 종류의 버 (Φ 2.0, Φ 1.0 mm)와 3 종류의 버 (Φ 2.0, Φ 1.0, Φ 0.6 mm)를 사용하여 폴리우레탄 블럭에 5축 밀링 장비로 밀링을 실시하였다. 실험군에 따라서 각각 14개씩 총 28개의 크라운 보철물의 시편을 제작하였다. 밀링된 크라운 보철물의 내면과 외면을 블루 라이트 모델 스캐너로 스캔하였다. 스캔부위는 크라운 보철물의 Outer와 Inner이었다. 그리고 Inner는 3차원 평가 프로그램을 이용하여 Marginal 부위와 Internal 부위로 분류하였다. 이어서 밀링된 크라운 보철물의 스캔 데이터와 캐드 데이터를 중첩시켜서 3차원적인 정확도를 평가하였다.
2 종류의 버와 3 종류의 버로 밀링된 크라운 보철물 사이의 정확도를 3차원적으로 평가한 결과, Inner와 Internal에서는 각각 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 그러나 Outer와 Marginal에서는 각각 통계학적으로 유의한 차이를 보였는데, Outer에서는 3 종류의 버로 밀링된 크라운 보철물의 정확도가 더 우수하였고 (P<0.05), Marginal에서는 2 종류의 버로 밀링된 크라운 보철물의 정확도가 더 우수하였다 (P<0.05).
두 번째 연구의 목적은 볼 엔드밀 버를 이용하여 5축 밀링 머신으로 제작한 크라운 보철물과 지대치에 대한 적합도를 마진의 형태에 따라 평가하는 것이며 연구 방법은 다음과 같았다.
크라운 보철물을 위한 지대치 중에 Chamfer 마진 지대치인 상악 좌측 제1대구치 지대치와 Rounded beveled-shoulder 마진 지대치인 상악 우측 제1대구치 지대치 모형을 블루 라이트 모델 스캐너로 스캔하고, 캐드로 크라운 보철물을 디자인 하였다. 크라운 디자인이 완성 된 후 볼 엔드밀 버를 사용해서 폴리우레탄 블록에 5축 밀링 장비로 밀링을 실시하였다. 시편은 각각 15개씩 총 30개의 시편을 제작하였다. 밀링된 크라운 보철물의 내면을 블루 라이트 모델 스캐너로 스캔하였다. 적합도 평가를 위해서 먼저, 캐드 데이터와 지대치의 스캔 데이터를 중첩시켜서 3차원적인 적합도를 평가하였다. 그리고 스캔된 크라운 보철물 내면 데이터와 캐드 데이터를 중첩시켜서 3차원적인 내면 정확도를 평가하였다. 마지막으로 스캔된 크라운 보철물 내면 데이터와 지대치의 스캔 데이터를 중첩시켜서 3차원적인 적합도를 평가하였다.
각각의 데이터들을 3차원 방법으로 평가한 결과는 다음과 같았다. 캐드 데이터와 지대치 스캔 데이터의 적합도는 Chamfer 마진 크라운 디자인은 22.3 ±0.5 ㎛이고, Rounded beveled-shoulder 마진 크라운 디자인은 22.0 ±0.1 ㎛이였다. 스캔된 크라운 보철물 내면 데이터와 캐드 데이터의 내면 정확도는 Chamfer 마진 크라운 보철물에 비해서 Rounded beveled-shoulder 마진 크라운 보철물이 통계적으로 유의하게 큰 차이를 보였다 (P<0.05). 그리고 스캔된 크라운 보철물 내면 데이터와 지대치 스캔 데이터의 적합도는 Chamfer 마진 크라운 보철물에 비해서 Rounded beveled-shoulder 마진 크라운 보철물이 통계적으로 유의하게 큰 차이를 보였다 (P<0.05).
두 연구 결과를 정리하면 밀링 장비로 대구치 크라운 보철물을 제작할 때, 그루브 (groove)등이 있는 외면은 3종류의 버를 이용한 섬세한 밀링이 필요하지만, 내면은 2종류의 버를 이용해도 정확도가 우수한 크라운 보철물의 제작이 가능하다.
또한 밀링 장비로 제작하는 크라운 보철물의 지대치 마진은 각이 있는 Rounded beveled-shoulder 마진보다 둥근 곡선이 있는 chamfer 마진에 있어서는 적합도가 더 우수 하였다.
이 두 가지 연구결과를 종합하면 크라운 보철물 밀링의 경우에 볼엔드밀 버를 사용한다면 외면과 내면 제작에 사용되는 버를 별도로 선택할 필요가 있고, 마진의 형태도 고려하여 제작한다면 보다 우수한 크라운 보철물을 제작할 수 있다.
CAD/CAM system is widely used in various industrial fields including automobile, aviation, and aerospace. In general, precision industry and mold industry in which complex shapes are manufactured. In addition, the introduction of CAD/CAM system to dental industry allows fabrication of dental prostheses in complex shapes. Dental CAD/CAM system is composed of a scanner, CAD program, a tool path generation program (CAM program), and manufacturing devices, and the steps for prostheses fabrication is simplified in dental CAD/CAM. While milling devices (subtractive manufacturing) or 3D printers (additive manufacturing) are used for manufacturing of the final prostheses, milling devices are currently used in general.
The ball-end mill bur has been the one most widely used in milling with CAD/CAM systems, with Φ 2.0, Φ 1.0, and Φ 0.6 mm ball-end mill burs preferred for dental milling. However, 2 or 3 ball-end mill burs may be selected depending on the required result and the template. Typically, when 3 burs are used, their diameters are Φ 2.0, Φ 1.0, and Φ 0.6 mm; when 2 are used, their diameters are Φ 2.0 and Φ 1.0 mm. Although the use of 3 ball-end mill burs requires a longer processing time than that of 2 burs, the former reproduce fine details better. Thus far, studies regarding the precise reproducibility of milled parts are lacking.
Milling error is caused due to sloped, angled, and bent area while fabricating prostheses including a crown by using ball end mill burs. In general, the occlusal surface and the axial wall of abutment teeth for crown prostheses present similar shapes, however, the margin mostly presents round curve of chamfer shape or rounded and angled line of rounded beveled-shoulder shape. Despite of that, there are only few studies that classify the crown prostheses fabricated with ball end mill burs based on its margin shape and 3-dimensionally examine the fitness of the crown prostheses.
Hence, this study was conducted in need of research verifying the manufacturing error of ball end mill burs through evaluation of the trueness of crown prostheses fabricated with a ball end mill bur and analyzing errors caused by the differences between curves and angled lines by comparing abutment teeth in different margin shapes.
The purpose of the first study was to evaluate the 3-dimensional trueness of crown prostheses made using 2 and 3 ball-end mill burs in the milling process. This study was carried out ae follows.
The abutment die of the maxillary right first molar for ceramic crowns was designed with computer-aided design software. After the crown prosthesis design was completed, polyurethane blocks were milled using 2 and 3 burs with a 5-axis milling machine. The outer and inner surfaces of the milled crown prostheses were scanned with a dental scanner. The inner part was separated into a marginal part and an internal part using 3-dimensional evaluation software. The 3-dimensional trueness of the prostheses milled with 2 or 3 burs was compared.
As a result of the 3-dimensional evaluation of the trueness between the prostheses milled with 2 or 3burs, there was no statistically significant difference the inner and internal. However, there was a statistically significant difference between the outer and marginal. The trueness of 3 burs was higher than that of 2 burs in the outer part (P<.024), the trueness of 3 burs was lower than that of 2 burs in the outer part (P<.003).
The purpose of the second study was to perform a 3-dimensional evaluation of the fitness of crown prostheses and abutment teeth with different margin types fabricated with a 5-axis milling machine by using a ball-end mill bur. This study was carried out ae follows.
Abutment teeth for crown prostheses of the maxillary left first molar, which has a chamfer margin, and the maxillary right first molar, which has a beveled-shoulder margin, were scanned. The crown prostheses were designed with computer-aided design (CAD). After designing the crowns, they were fabricated by milling polyurethane blocks with a 5-axis milling device using a ball-end mill bur. In total, 30 specimens including 15 each with the 2 margin types were fabricated, and the inner surfaces of their crowns were scanned. Inner fitness was evaluated by superimposing the CAD data and scanned data of the abutment teeth. Inner trueness was then evaluated by superimposing the CAD data and the inner surface data of the milled crown prostheses. Finally, inner fitness was evaluated by superimposing the inner surface data of the milled crown prostheses and the scanned data of the abutment teeth.
The results of evaluating each data by the 3-dimensional method are as follows. The fitness of CAD data and abutment scan data, chamfer margin crown design was 22.3 ±0.5 ㎛, rounded beveled-shoulder margin crown design was 22.0 ±0.1 ㎛. Compared to the crowns with chamfer margins, those with beveled shoulders showed greater statistically significant differences in both inner fitness and inner trueness (P<.001).
The summary of the results found from the two studies was that the outer surface where grooves are presented requires fine milling using 3 kinds of burs whereas inner surface requires 2 kinds of burs for fabrication of crown prostheses with excellent trueness when fabricating crown prostheses for molar teeth with milling devices.
For margin of abutment teeth for crown prostheses in fabrication with milling devices, chamfer margin with rounded curve presented superior fitness over rounded beveled-shoulder margin with angles.
In summary, separate burs should be used for outer and inner surfaces when ball end mill burs are used to mill crown prostheses and excellent crown prostheses can be fabricated when the fabrication is done in consideration of margin shape.
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