Purpose: The aim of this study is to compare the difference in flexural strength of resin materials for temporary restorations printed by DLP 3D printer using various materials
Materials and methods: For the flexural strength measurement, specimen was designed with dimensions of 25x2x2mm according to ISO-10477. Using the designed files, a total 30 specimens were fabricated by a DLP 3D printer, divided into LT group, TH group, and DT group, with specimens each (N=30). Flexural strength testing was conducted using a universal testing machine through a three-point flexural strength test. For statistical analysis, Kruskal-Wallis’s H test was performed, and post-hoc analysis was conducted using Bonferroni-adjusted Mann-Whitney’s U test
Results: The flexural strength was observed as 89.18±15.53MPa in the LT group, 80.47±3.09MPa in the TH group, and 111.78±4.46MPa in the DT group, indicating statistically significant differences (P<0.001).
Conclusion: Although there were statistically significant differences in flexural strength among the groups, all groups satisfied the required flexural strength of 50 MPa according to ISO-10477. The component of photocurable liquid resins for 3D printers can very depending on the manufacturing company, which is believed to have resulted in numerical differences in flexural strength in this study.
서론
임시 수복물은 최종 치과 보철물을 장착하기 전 삭제된 지대치의 경사나 정출을 방지하고 치아 주위 조직의 안정과 심미를 유지하는 역할을 한다. 따라서, 임시 수복물은 구강 내에서 자연 치아와 같이 적절한 기능을 할 수 있도록 정확도나 굴곡강도 등의 필수 요건들을 고려해야 한다.
임시 수복물 제작은 주로 레진 소재로 제작이 되어지고 있는데, 디지털 기술인 CAD/CAM 시스템을 이용한 절삭가공 방식으로는 PMMA(polymethyl methacrylate) 블록을 절삭하여 제작하고 있다. 이러한 절삭가공(subtractive manufacturing) 방식은 사용되는 재료의 낭비, 공구의 마모, 공구의 축과 각도의 한계로 인해 복잡한 형상의 수복물을 제작하기 어려운 단점이 있어, 이를 보완하기 위해 재료를 층층이 쌓아 올려 원하는 물체를 제작하는 적층가공(additive manufacturing) 방식의 사용이 증가하고 있다.
적층가공 방식을 사용한 임시 수복물의 제작은 치과용 디자인 프로그램으로 3차원의 환자 구강 모델 상에 맞춤 수복물을 설계하고 3D(three-dimensional) 프린터로 출력, 경화 시킨 다음 후가공을 통하여 완성한다. 적층가공 방식은 미국 재료 시험학회(The American Section of the International Association for Testing Materials)에서 Vat polymerization, Material jetting, Powder bed fusion 등 7가지로 구분해서 정의하고 있다. 치과 분야에서 사용되는 3D 프린팅 방식은 치과 수복물이 레진 소재일 경우 Digital light processing(DLP), Stereolithography apparatus(SLA) 방식 등이 가장 많이 사용되고 있다.
이러한 적층가공 방식으로 제작한 레진 소재의 임시 수복물은 자연 치아의 기능을 대체하기 위해 적절한 수준의 굴곡강도가 요구되고 있는데, 그 수준이 너무 낮을 경우 기능적 부하에 대한 저항성이 떨어져 파절이 발생하여 지대치가 손상될 위험 가능성이 있다. 굴곡강도는 국제 표준화 기구 ISO-10477에 따라 평가되고 있다. 그러나 많은 제조사에서 다양한 조성을 가진 광중합용 액상형 레진들이 무수히 개발되어 출시되고 있는데, 제품별 굴곡강도 비교에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구의 목적은 다양한 재료를 사용하여 DLP 3D 프린터로 출력한 임시 수복물용 레진 소재의 굴곡강도의 차이를 비교해보고자 한다.
연구 방법 및 재료
1. 시편 제작
굴곡강도 측정을 위해 시편을 ISO-10477에 따라 치과 전용 디자인 프로그램(3Shape, Denmark)을 이용하여 25 x 2 x 2 mm의 크기로 디자인 하였다. 디자인된 파일은 Standard triangulated language(STL) 형식의 3차원 데이터로 저장 후 3D 프린터 전용 슬라이싱 소프트웨어로 불러와 75um 레이어 두께로 설정하였다. 시편 제작은 DLP 방식의 3D 프린터(Asiga Max, Asiga, Australia)로 LT 군(Labotech, Hanjin dental, Korea), TH 군(Tera Harz TC-80DP; Graphy, Korea), DT 군(Denta Tooth; Asiga, Australia)로 각 군당 10개씩 총 30개 제작하였다(Fig 1). 모든 시편은 제작 후 세정액에 10분 동안 세척하고 UV 경화기(CureM; Graphy, Korea)로 제조사의 지시에 따라 후경화를 실시하였다.
2) 굴곡강도 측정
만능 재료 시험기(Instron 3345, Instron Corporation, USA)를 사용하여 총 30개 시편의 굴곡강도를 측정하였다(Fig 2). 만능 재료 시험기에 장착된 3점 굴곡강도 지그의 지지대(span 길이, L=20 mm)를 고정하고 시편을 위치시킨 후 1mm/min의 하중속도로 설정하여 굴곡강도(MPa)를 측정하였다. 최대 하중(F)을 측정 후 다음과 같은 공식을 이용하여 3점 굴곡강도를 산출하였다.
3) 통계분석
각 군당 굴곡강도의 평균 차이를 비교하기 위해 통계 분석 프로그램(IBM SPSS Statistics v27.0, IBM Corp, Armonk, NY, USA)을 이용하여 통계적으로 분석하였다. 데이터의 정규성 검증인 Shapiro-Wilk 검정을 실시한 결과 정규성을 만족하였고, Levene의 분산의 동질성 검정을 실시하였다. 동질성 검정 결과 이분산으로 나타나 비모수 통계 기법인 Kruskal-Wallis’s H 검정을 실시하였고 다중비교를 위해 Bonferroni 보정의 Mann-Whitney’s U 검정을 실시하였다. 다중비교를 제외한 모든 통계 분석에서 신뢰수준 95%로 설정하였다(α=0.05).
연구결과
각 군별 굴곡강도(MPa)의 평균과 표준편차는 Table 1과 같다.
굴곡강도는 LT 군에서 89.18±15.53MPa, TH 군에서 80.47±3.09MPa, DT 군에서 111.78±4.46MPa의 굴곡강도를 보였으며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다 (P<0.001).
고찰 및 결론
굴곡강도 측정 결과, DT 군, LT 군, TH 군의 순으로 높은 굴곡강도를 보였고, 그룹 간 유의한 차이가 나타났지만 (P<0.001), ISO-10477에서 요구하는 50MPa의 굴곡강도를 모두 만족한 것으로 나타났다. 적층가공 방식인 3D 프린터용 레진은 수술용 가이드, 치과 교정 및 보철 모형, 임시 수복물용 레진 등 다양하게 개발되었다. 임시 수복물용 광중합 액상형 레진의 조성은 UV 광개시제가 주로 사용되고 있으며 자세한 조성(광개시제 유형, 구성 성분, 필러 등)은 제조사에서 자세하게 밝히지 않고 있다. 본, 연구에서 제조사 별 광중합 액상형 레진을 사용하여 굴곡강도를 측정하였으며 모두 다른 양상의 결과를 나타냈다. 이는 Park et al.(2019)의 연구 결과와 같이 레진의 조성이 물성에 유의한 영향을 줄 수 있는 것으로 사료된다. 또한 3D 프린터의 경우 광원의 종류, 세기 등의 차이로 출력한 임시 수복물의 물리적 특성과 정확도 등에 영향을 받을 수 있다. 따라서, 3D 프린터용 광중합 액상형 레진을 제조하는 회사에서 권장하는 특정 3D 프린터로 출력해야 임시 수복물의 질을 높일 수 있다고 주장하고 있다. 이에 따라, 본 연구에서 DLP 방식의 한 가지 3D 프린터로 제작하여 재료 별 굴곡강도에 영향을 줄 수 있는 것으로 사료된다. 또한, 3D 프린팅 방식으로 제작한 임시 수복물의 굴곡강도는 출력 후 서포터나 불순물을 제거하는 과정, 후경화 등에 영향을 받을 수 있고, Park(2020)의 연구에서 언급한 후경화기의 특성이 미반응 단량체에 의해 굴곡강도 차이가 있다고 보고하였다. 따라서, 광중합 액상형 레진을 제조하는 회사에서 권장하는 특정 3D 프린터를 이용한 임시 수복물용 레진이나, 후경화기의 특성에 따른 레진의 굴곡강도 비교 연구가 후속 되어져야 할 것으로 사료된다.
따라서 본 연구에서는 서로 다른 제조 회사의 임시 수복물용 광중합 액상형 레진에 대한 굴곡강도를 측정하였고 실험 결과, 굴곡강도는 군 사이에서 통계적으로 유의한 차이가 나타났지만, 모든 그룹에서 ISO-10477에서 요구하는 50MPa의 굴곡강도를 만족하였다. 3D 프린터용 광중합 액상형 레진의 조성이 제조회사에 따라 다르기 때문에, 본 연구에서는 굴곡강도의 수치에 차이가 나타난 것으로 생각된다.
