Purpose: This study aims to compare the trueness of inlays fabricated using subtractive manufacturing and two different additive manufacturing techniques.

Methods: A prepared mandibular first molar typodont (#46) was scanned using a model scanner to design an inlay with CAD software. Inlays were fabricated by subtractive (ML group) and additive manufacturing (stereolithography: SLA group, digital light processing: DLP group) techniques (N=15). Internal, external, and marginal truenesswere assessed RMS values.

Results: Regarding the internal area, the RMS value of the inlays was the lowest in the ML group (21.70±2.24 μm) and the highest in the SLA group (45.10±5.37 μm; p<0.001). In the external area, the RMS values were the lowest in the DLP group (32.56±3.79 μm) and the highest in the SLA group (40.98±5.04 μm), showing no statistically significant difference. In the marginal area, the RMS value was the lowest in the ML group (36.66±3.78 μm) and the highest in the SLA group (55.14±2.44 μm; p<0.001).

Conclusion: The effects of fabrication methods (milling, DLP, SLA) on the internal, external, and marginal trueness of zirconia inlays were analyzed, revealing asignificant interaction in both internal and marginal trueness.

Key words: digital light processing, inlay, stereolithography, three-dimensional printing, trueness, zirconia

서론
최근 디지털 치의학의 발전과 함께, 인레이를 포함한 보철물은 CAD/CAM 기술을 이용한 디지털 방식으로 제작되는 추세이다. CAD/CAM 제작 방식은 크게 절삭 가공(Subtractive Manufacturing, SM) 방식과 적층 가공(Additive Manufacturing, AM) 방식으로 구분된다.

절삭 가공 방식은 Computer Numeric Controlled (CNC)머신을 사용하여 디스크 형태의 블록을 절삭하여 보철물을 제작하는 방식이다. 그러나, 복잡한 형상 구현의 어려움과 재료의 낭비, 밀링 공구의 마모 등의 단점이 존재한다. 반면 적층 가공 방식은 재료를 층층이 적층하는 방식으로, 복잡한 형상 구현이 용이하고 공정 중 재료 손실이 적은 장점을 가진다.

적층가공방식은American Society for Testing and Materials (ASTM)에 의해 총 7가지 방식으로 정의하고 있다. 특히 광중합(Vat Photopolymerization) 방식 중 Stereolithography(SLA)와 Digital Light Processing(DLP)이 대표적으로 치과 보철물 제작에 널리 활용되고 있다.

SLA 3D 프린터는 액상형 광중합 레진에 자외선 레이저를 조사하여 광중합하고 각 층이 점(point)단위로 적층 및 경화된다. DLP 3D 프린터는 액상형 광중합 레진에 자외선 레이저를 사용해 각 층을 면(face)단위로 한 번에 자외선 레이저를 사용해 조사하여 적층 및 경화된다.

보철물의 정확도는 국제표준화기구(ISO) 5725-1에 따라 '정확도(accuracy)'로 정의되며, 이는 진실도(trueness)와 정밀도(precision)를 포함하는 개념이다. 이 중 진실도는 기준 모델과 제작물 간의 유사도를 의미한다. 특히 인레이와 같이 내면과 마진의 정밀한 적합이 요구되는 보철물에서는 진실도의 확보가 매우 중요하다.

하지만 지금까지의 연구는 대부분 크라운이나 브릿지와 같은 보철물에 집중되어 있었으며, 인레이에 대한 진실도 비교 연구는 상대적으로 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 절삭가공 방식인 밀링 방식과 적층가공인 DLP, SLA 방식으로 제작한 인레이의 내면, 외면 및 마진의 진실도를 비교하는 것이다. 

재료 및 방법 
1. 주모형 선정 및 시편 디자인
본 연구에서는 인레이를 제작하기 위해 하악 우측 제 대구치 (#46)가 2급 와동으로 프랩된 치아모형 (D85DP-500B.1; Nissin Dental)을 주모형으로 사용했다. 인레이를 디자인하기 위해 주모형을 모델 스캐너(inEos X5; Dentsply Sirona)로 스캔하였다. 스캔된 STL 파일을 추출한 후 추출된 파일은 CAD 소프트웨어(3Shape Dental System; 3Shape)를 사용하여 디자인하였다.

2. 시편 제작
해부학적 형태로 디자인된 인레이는 STL 파일로 저장 후 제작 방식에 따라 인레이를 제작하였다. 각각의 그룹 당 5개의 시편을 제작하여 총 15개의 시편이 제작하였다. 절삭가공 방식인 밀링 머신 (RAYDENT Mill 5X; Ray)으로 밀링블록 (RAYZir FS Multi Block; Ray)을 이용해 제작한 ML 그룹, 적층 가공방식인 DLP 프린터(ZIPRO-D Dental; AON)로 슬러리(INNI-CERA; AON)을 이용해 제작한 DLP 그룹, SLA 프린터(C900 FLEX; 3DCeram)로 슬러리 (Zr700; 3DCeram)을 이용해 제작한 SLA 그룹으로 나누었다. 모든 인레이는제조회사 지시대로 소결까지 진행하였다.

3. 3차원 평가
제작이 완료된 인레이는 모델 스캐너 (E3; 3shape)를 이용하여 스캔하고 STL 형식을 얻었다. 스캔 된 STL 형식을 3차원 평가 프로그램 (Geomagic Control X; 3D Systems)으로 불러와 내면, 외면, 마진 부분으로 나누어 편집하여 저장하였다. 기존의 디자인 파일과 편집된 STL 파일을 불러와 초기 정렬 (initial alignment) 및 최적 정렬 (best-fit alignment)로 중첩하였다. 각 영역의 정확도는 RMS (Root Mean Square)으로 계산되어 정량적으로 평가하였다. 정량적 평가를 위한 RMS 값의 수식은 다음과 같다 (Fig .1).

결과

각각 다른 제조 방식으로 제작한 인레이의 내면, 외면 및 마진의 진실도를 측정한 결과, 내면 진실도에서는 ML 그룹이 21.70 ± 2.24 μm, DLP 그룹이 33.18 ± 4.18 μm, SLA 그룹이 45.10 ±5.37 μm의 값이 나왔으며 통계적으로 유의한 차이가 나타났다 (p<0.001; Table 1).

외면 진실도에서는 ML 그룹이 37.28 ± 1.25μm, DLP 그룹이 32.56 ± 3.79 μm, SLA 그룹이 40.98 ± 5.04 μm의 값이 나왔으며 통계적으로 유의하지 않았다 (Table 2).

마진 진실도에서는 ML 그룹이 36.66 ± 3.78 μm, DLP 그룹이 53.86 ± 6.99 μm, SLA 그룹이 55.14 ± 2.44 μm의 값이 나왔으며 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.001; Table 3).

고찰 및 결론
본 연구는 절삭 가공 방식(밀링 머신)과 적층 가공 방식(DLP, SLA 프린터)을 이용해 제작된 인레이 내면, 외면, 마진 진실도를 비교함으로써 디지털 제조 방식 간의 진실도 차이를 비교하였다. 

내면 및 마진 진실도 측면에서, 밀링 방식으로 제작된 인레이가 DLP 및 SLA 방식보다 유의하게 낮은 RMS 값을 나타내어 가장 높은 진실도를 보였다. 이는 절삭 방식이 내면과 같이 복잡하고 정밀한 구조에서는 절삭 방식이 여전히 우수한 제조 방식임을 시사한다.

반면 SLA 그룹의 경우, 내면 진실도가 가장 낮게 나타났는데, 이는 SLA 방식의 점 단위 경화 및 수축에 따른 누적 오차가 내면 정밀도에 부정적 영향을 미친 것으로 해석된다. 또한, DLP와 SLA 모두 마진 진실도가 상대적으로 낮았으며, 이는 인레이 마진의 복잡한 구조에서 여전히 적층 방식의 한계가 존재함을 의미한다.

외면 진실도에서는 세 그룹 간 통계적으로 유의한 차이는 없었으나, 전반적으로 DLP 그룹이 가장 낮은 RMS 값을 보였다. 이는 면 단위로 경화되는 DLP의 구조적 특성에 따른 정확도 확보 가능성을 나타낸다. 

본 연구를 통해 절삭가공 방식과 적층가공 방식으로 제작된 인레이의 진실도 비교로 적층 가공 방식 중 DLP는 외면 진실도에서 비교적 우수한 결과를 보여, 형태 재현성이 중요한 보철물 제작에 활용 가능성을 보여주었다. 또한, 선행 연구에서 언급된 임상 적용 한계점인 120㎛ 이내에 포함되므로 임상적 의의가 있다.

따라서 향후 연구에서는 더 큰 표본 크기로 결과의 신뢰성을 높이거나 3D 프린팅 과정 중 변수들을 최적화하여 정확도를 더욱 향상시키는 연구가 필요할 것이다. 

최시우, 이혁준, 김웅철, 김지환 다른기사 보기