[최신치의기공임상학술논문] DLP타입의 수지 3D 프린터로 출력한 주조용 납형의 체적변화 : 3차원 평가
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[최신치의기공임상학술논문] DLP타입의 수지 3D 프린터로 출력한 주조용 납형의 체적변화 : 3차원 평가
  • ZERO 편집팀
  • 승인 2023.02.28 17:27
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Volumetric changes over time of casting patterns produced by a DLP-type resin 3D printer
: 3D analysis(Pilot test)

 

 

서론
금속도재관의 금속하부구조물(이하 코핑)은 전통적으로 왁스소실법(lost-wax technique)을 이용하여 납형조각, 매몰, 소환, 주조, 연마하여 제작하였다. 하지만 제작과정이 복잡하여 생산 효율이 떨어질 뿐만 아니라 술자의 숙련도에 따라 완성도가 달라지는 등의 어려움이 있었다. 치과용 CAD/CAM 시스템이 발전하면서 기존 방식의 단점을 보완하여 이를 활용한 다양한 방법으로 코핑을 제작할 수 있게 되었다.
코핑의 제작과정 중 ‘납형 조각’ 단계는 CAD/CAM의 제작방식에 절삭가공방식(subtractive manufacturing)이나 적층가공방식(Additive manufacturing)에 의해 대체하여 제작하고 있다. 절삭가공방식은 기성의 블록형태의 왁스를 버로 삭제하여 제작하기 때문에 가공과정에서 재사용이 불가능한 부산물이 발생하며 밀링버의 직경이나 형태로 인해 언더컷 부위의 재현성이 떨어지는 한계가 발생한다. 3D 프린팅으로도 불리는 적층가공방식은 이러한 절삭가공방식의 결점을 상쇄하여 제작이 가능하다.
 3D 프린팅 기법 중 Digital light processing(DLP)방식은 광경화성 수지에 자외선(UV light) 빔을 조사하여 한 면(층)씩 액상의 수지 용액을 고형으로 경화시키고 이 과정을 반복하여 레이어를 층층이 쌓아 구조물을 완성한다. 이러한 DLP방식은 다른 수지 3D 프린팅 기법에 비해 출력 시간이 빠르며 출력물의 표면이 매끄럽고 정밀도가 높다는 장점으로 정밀성이 요구되는 치과 분야에서 널리 쓰이고 있는 추세이다.
이로 인해 관련된 다양한 제품들이 개발, 출시되고 있지만 주조용 수지와 관련한 연구를 찾아보기 어렵다. 임상에서는 작업환경 등에 따라 출력 후 즉시 매몰 작업이 어려운 경우가 발생하며 작업시간이 지체되는 경우가 발생할 수 있다. 이에 본 연구를 통해 시간의 흐름에 따라 주조용 수지 납형에 체적 변화가 있는지 관찰하고자 하였다. 귀무가설은 ‘시간이 흐름에 따라 주조용 수지 납형에 체적 차이가 없을 것이다’로 설정하였다.

연구 방법 
1. 시편 제작
모델 스캐너(3Shape E4 scanner, 3Shape, Denmark)를 사용하여 상악 우측 제1대구치 지대치 모형(D85DP-500B.1, Nissin Dental, Japan)을 스캔하였다. CAD소프트웨어(3Shape Dental System, 3Shape, Denmark)를 사용하여 0.5mm의 두께로 코핑을 디자인하고 standard tessellation language(STL)형식으로 저장하였다. 슬라이싱 소프트웨어(Asiga Composer, Asiga, Australia)를 이용하여 STL 파일을 빌드 플랫폼 내에 위치시키고 출력 레이어는 50μm로 설정하여 슬라이스를 계산하였다. digital light processing(DLP) 타입의 수지 3D 프린터(Asiga MAX UV, Asiga, Australia)에 주조용 수지용액(DentaCast, Asiga, Australia)을 채운 수조를 장착하고 3개의 수지 납형을 출력하였다(n=3). 세척기(Cares P wash, Straumann, Switzerland)를 사용하여 출력물을 세척하였으며, 제조사의 사용 권장 방법에 따라 후 경화 처리는 하지 않았다(Fig. 1). 

 

2. 3차원 분석
구강스캐너(Primescan, Dentsply Sirona, USA)를 사용하여 제작된 3개의 시편을 출력 후 1, 24, 48, 72, 120, 168시간 간격으로 스캔하여 STL파일로 저장하였다. 3차원 분석 평가 소프트웨어(Geomagic control X, 3D Systems, USA)를 사용하여 1시간 후 스캔한 데이터를 기준파일로 설정하고 각 24, 48, 72, 120, 168시간의 스캔파일들과 정렬하여 Root mean square(RMS)값을 공식에 의해 계산하였다(Fig. 2). 기준파일과 스캔파일 간의 편차는 3차원 색차지도(Color-difference map)로 나타내어 부위별 체적변화를 관찰하였다.

3. 통계분석
시간 흐름에 따른 체적변화의 통계적 유의성을 검증하기 위해 SPSS 소프트웨어(SPSS Statistics v 25, IBM, USA)를 사용하였다. 일원 반복측정 분산분석(One-way repeated measures ANOVA)의 시행을 위해 Mauchly의 구형성 검정을 실시한 결과 구형성이 확보되지 않아 Greenhous의 방법에 의하여 자유도를 수정하여 유의성을 검증하였다(α = .05).

연구결과
출력된 3개의 시편을 24시간(1일), 48시간(2일), 72시간(3일), 120시간(5일), 168시간(7일) 간격으로 스캔, 정렬하여 RMS값을 계산하였다. 그 결과 RMS값 평균(표준편차)은 24시간 10.57 m(±3.17 m), 48시간 15.33 m(±1.95 m), 72시간 17.37 m(±3.97 m), 120시간 21.00 m(±4.86 m), 168시간 28.60 m(±4.06 m)으로 시간이 흐름이 따라 RMS값이 증가 하였다(fig. 3). 

 

3차원 색차지도에서 빨간색은 양(+)의 편차를 나타내고, 파란색은 음(-)의 편차를 나타내는 것으로 시간이 흐름에 따라 양의 편차 부위가 넓어지는 것으로 나타났으며 축벽에서 가장 많은 변화를 보였다(Fig. 4). 통계 분석결과 시간의 흐름에 따라 체적에 차이가 있는 것으로 나타났다(p<.05).

고찰 및 결론
보철물 제작 시 여러 단계에서 발생되는 누적 오차는 보철물의 완성도에 영향을 미치기 때문에 제작 과정에서의 변형을 최소화하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구는 DLP타입의 수지 3D 프린터를 사용하여 출력한 주조용 수지 납형이 출력 후 매몰하기 전까지의 시간 동안 변형의 가능성이 있을 것으로 예상하였고, 시간의 흐름에 따른 변화가 있는지 3차원 중첩 분석을 통해 오차를 측정하였다. 
그 결과 시간이 지남에 따라 RMS값이 증가하는 것으로 나타났다. RMS값이 증가할수록 오차의 정도가 늘어나는 것으로, 이는 시간의 흐름에 따라 체적변화량이 증가하는 것으로 해석할 수 있으므로 단시간 내 매몰하는 것이 오차를 줄이는데 도움이 될 것으로 생각된다. Figure 4에서의 3차원 색차지도에서 빨간색은 양(+)의 편차를 나타내고, 파란색은 음(-)의 편차를 나타내는 것으로 시간이 흐름에 따라 전체적으로 양의 편차 부위가 넓어지는 양상을 보이고 있는다. 이는 시편이 수축하였으며 점차적으로 그 정도가 커진 것으로 볼 수 있다.
본 연구에서는 임상에서의 변화 양상을 예측하기 위해 단일 코핑 형태로 시편을 제작하였다. 그러나 주조 완료 후의 비교가 아닌 납형에서의 변화를 측정하였다는 점과 적은 시편의 수, 시편의 제작 시 단일 방식과 재료를 사용한 한계점이 존재한다. 따라서 향후 연구에는 시편의 수를 늘리고 주조 전 후를 비교하는 등의 연구가 필요할 것으로 생각된다.

 

 


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