[최신 치의기공임상학술논문] 다양한 적층 방향으로 제작된 지르코니아 크라운의 진실도 평가(pilot test)

Abstract

Purpose:The purpose of this study is to measure the trueness of zirconia crowns that make different build directions of materials by the steriolithography method, and evaluate the effect of the build direction on the internal surface of the zirconia crown.

Materials and methods: The typodont model with a prepped maxillary right first molar was scanned using a dental laboratory scanner. The anatomic contour crown was designed using CAD software to obtain STL file.Three different build directions for the crowns were set using Materialize Magics software. The specimens were stacked on the build platform starting from the occlusal plane and given 0, 30, and 60 degrees of inclination.The crown shaped green parts were constructed with 3D printing system(DLP)(N=3). To achieve the final form of the crowns, green parts go through debinding and sintering process after cleaning. 3D printed zirconia crowns were scanned using a dental laboratory scanner to obtain STL files. The data of each crown was divided into the internal segment. The STL file and CAD file scanned by 3D inspection software were superimposed to evaluate the trueness of each segment. 

Result:Trueness analysis showed RMS value at the internal segment of the 0° group of 37.9 ㎛, 60° group was 56.5㎛, and 90°group was 83.1㎛. 
Conclusion:The research results suggest the most effective build direction for manufacturing DLP3D printed crowns.

Keyword: Zirconia, ZrO2 paste, 3D printing, trueness, Digital Light Processing(DLP)

•치과캐드캠기자재 품질평가연구회a
Evaluation Research Society of Dental CAD/CAM Device and Materials
•고려대학교 대학원 보건과학과 치의기공학 전공b
Dental Laboratory Science and Engineering, College of Public Health
Science,Graduate School, Korea University
•고려대학교 보건과학대학 명예교수c
•㈜피스티스 고문d
•대전보건대학교 치기공과e

1. 서론
다양한 장점으로 절삭 제조 기술을 대체할 수 있는 기술로 알려진 적층 제조 기술은 치과 분야에서도 활발히 사용되어지고 있다. 임시 보철물이나 구강 모델을 제작하는 레진 소재부터 금속 하부구조물을 제작하는 금속 소재까지 다양하게 사용되며, 지르코니아 소재의 적층 기술도 발전하기 시작했다. 

대부분의 디지털 기술이 적용된 보철물은 밀링 머신을 이용한 절삭가공 방식을 통해 제작되고 있지만 적층 기술에 비해 제작 시간이 길며, 재료의 낭비가 크다고 알려져 있다. 따라서 효율적인 적층 가공 방식을 사용하여 지르코니아 보철물 제조가 주목 받고 있다. 따라서 이 적층 기술을 사용해 안정적이면서 높은 정확도로 고품질의 보철물을 제작하기 위한 연구가 진행돼야 한다. 보철물의 정확도는 사용된 프린팅 방식, 적층 방향, 레이어 두께 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 연구는 다양한 적층방향을 설정해 제작된 지르코니아 크라운의 내면 정확도를 평가하고자 한다.

2. 연구방법 및 재료
1) 연구 대상 및 모형 제작
본 실험을 위해 상악 우측 제 1 대구치가 삭제된 주 모형(D85DP-500B.1, Nissin Dental, Japan)을 준비했다. 모델용 스캐너(E4, 3Shape A/S, Denmark)를 사용해 모형을 스캔 후 CAD software(3Shape Dental Designer, 3Shape A/S, Denmark)로 해부학적인 형태의 크라운을 디자인했다. 3D 프린팅을 위해 수복물의 standard tessellation language (STL) 파일을 프린터 전용의 슬라이스 소프트웨어((ZIPROS, AON, Korea)로 불러온 후 하기와 같이 각도를 부여해 배치하고(fig 1), DLP 방식의 3D 프린터(ZIPRO-D, AON, Korea)로 추출해 크라운을 적층했다(fig 2). 적층이 완료된 후 출력물을 분리한 후 에탄올로 잔여물을 세척했다. 디바인딩과 신터링 단계는 제조사에서 권장하는 스케줄로 설정해 진행했다.

2) 분석방법
모델용 스캐너(E4, 3Shape A/S, Denmark)를 사용하여 3개의 크라운의 내면을 스캔하여 STL 형식으로 파일을 생성했다. 3차원 평가 소프트웨어(Geomagic Control X, 3D systems Inc., USA)상에서 내면을 제외한 부위를 제거하고 reference CAD 파일과 중첩해 진실도를 평가했다.

3. 연구결과
진실도 평가 결과 RMS값 평균은 0°로 설정한 크라운은 37.9 ㎛, 60°는 56.5㎛, 90°는83.1㎛으로 분석됐다(fig. 3).

4. 고찰 및 결론
본 연구에서는 세 가지 적층 방향을 설정해 제작한 지르코니아 수복물의 정확도의 수준을 평가해 정확도가 높은 최적의 보철물 제작 방향을 제시하고자 했다. 

정확도는 치아 형태를 재현한 디자인 STL파일과 그 파일을 이용해 제작된 크라운을 스캔해 얻은STL 파일을 중첩해 RMS 값을 도출하는 진실도 평가로 진행했다. 제작된 크라운이 디자인된 reference CAD 파일과 완벽히 중첩되면 RMS 값은 0이 되고, 진실도는 높다고 할 수 있고, 이는 정확도가 높음을 의미한다. 따라서 RMS 수치 값은 0에 가까울수록 정확도가 높음을 의미하고 수치가 커질수록 오차가 커짐을 의미한다. 의도한 형태에 대해 나타난 오차는 3차원의 정서적, 정량적 평가가 가능하다.

진실도 분석 결과 RMS값 평균은 0°로 설정한 크라운은 37.9 ㎛, 60°는 56.5㎛, 90°는 83.1㎛으로 나타났다. 각도를 부여할수록 수치값은 높아졌고, Color-diffrence-map에서는 축벽 부분이 양의 오차가 커지는 것을 관찰할 수 있었다. 50㎛ 이상의 양의 오차가 발생했고, 그 범위 또한 각도가 부여될 수록 넓어졌다. 따라서 적층가공으로 제작한 지르코니아 수복물의 정확도는 본 실험 내에서 설정한 0°에서 제일 높은 수준이라고 판단되어진다. 이는 각도부여 없는 0°로 설정함으로써  교합면이 일률적으로 평평하게 위치되어 골고루 지지대가 지지해줄 수 있었던 영향으로 판단된다. 

현재 치과분야에서 레진이나 금속 소재에 비해 사용 빈도가 낮은 지르코니아 소재가 이러한 다양한 실험들을 통해 정확도가 높아지고, 좀 더 실용 방안이 늘어남으로써더 많이 활용될 것으로 예상된다.

참고문헌
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