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Journal of Technologic Dentistry 2024; 46(3): 84-92

Published online September 30, 2024

https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

© Korean Academy of Dental Technology

광중합형 프린터로 제작한 인공치아, 의치상, 모노블럭 총의치의 후경화에 따른 3차원 정확성 평가

김동연1, 양천승2, 이광영3

1경동대학교 치기공학과, 2동아보건대학교 치기공과, 3원광보건대학교 치기공과

Received: August 20, 2024; Revised: September 13, 2024; Accepted: September 19, 2024

Three-dimensional accuracy evaluation of post-curing of artificial teeth, denture bases, and denture base monoblocks manufactured by digital light processing

Dong-Yeon Kim1 , Cheon-seung Yang2 , Gwang-Young Lee3

1Department of Dental Technology, Kyungdong University, Wonju, Korea
2Department of Dental Laboratory, Donga University of Health, Yeongam, Korea
3Department of Dental Laboratory Technology, Wonkwang Health Science University, Iksan, Korea

Correspondence to :
Gwang-Young Lee
Department of Dental Laboratory Technology, Wonkwang Health Science University, 514 Iksan-daero, Iksan 54538, Korea
E-mail: leegy@wu.ac.kr
https://orcid.org/0000-0003-1826-6870

Received: August 20, 2024; Revised: September 13, 2024; Accepted: September 19, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Purpose: To evaluate the effect of post-curing on the three-dimensional (3D) accuracy of artificial teeth, denture bases, and denture base monoblock manufactured using digital light processing (DLP) technology.
Methods: Using an edentulous model, a 3D design was made for complete dentures. Three groups were printed by DLP: artificial teeth, denture bases, and denture base monoblock. The models were scanned, subjected to post-curing, and scanned again. Three-dimensional analysis was performed based on the post-treatment differences among the three groups. Statistical analysis was performed using SPSS Statistics ver. 22.0 (IBM), and the Mann–Whitney U-test and Kruskal–Wallis test were employed as nonparametric tests.
Results: The complete denture monoblock (CM) and complete denture artificial teeth (CA) groups showed the lowest and highest errors at 15.13 and 23.37 μm, respectively. The groups did not show significant differences (p>0.05). In the significance test among the three groups, no significance was found in the CA group; however, significant differences were found between the complete denture base (CB) and CM groups. In addition, the three groups showed significant differences (p<0.05).
Conclusion: Although deformation may occur during the post-curing process, it is within the clinically acceptable range. Future comparative studies using different 3D printers and searching for ways to minimize errors through optimization of the post-curing process are warranted.

Keywords: Artificial teeth, Complete denture, Computer-aided design/computer-aided manufacturing, Digital light processing, Post-curing, Three-dimensional print

디지털 기술의 발전은 치과 분야에 혁신을 가져왔으며, 치과 보철물이 더욱 정밀하고 효율적인 방법으로 제작될 수 있게끔 안착시켰다. 치과용 computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) 기술은 치과 보철물의 설계 및 제작 과정을 디지털화하여 보다 정확하고 효율적인 치료를 가능하게 한다[1,2]. 치과용 CAD/CAM 시스템은 이 두 가지 기술을 결합하여 치과 보철물을 설계하고 제조하는 데 사용된다.

치과용 CAD/CAM 시스템을 활용한 치과 보철물은 다양하게 제작되고 있으며 인레이, 크라운, 총의치, 임플란트 상부 구조물 등의 제작이 시도되고 있다[3]. 최근 three-dimensional (3D) 프린팅을 활용한 총의치 제작이 시도되고 있지만, 생체 친화적인 재료의 한계로 주로 임시 총의치에 관한 연구가 많이 보고되었다[2,4,5]. 그러나 최근 미국 식품의약국(Food and Drug Administration)에서 승인한 생체 친화적 프린팅 재료를 위한 임상 사례 연구가 시행되고 있다[6]. 3D 프린터를 활용한 총의치 제작은 주로 광중합 수지를 활용한 SLA (stereolithography) 방식과 DLP (digital light processing) 방식으로 진행되며, 빠른 출력으로 인해 SLA 방식보다 DLP 방식을 선호하는 연구 사례들이 존재한다[2-7].

총의치 제작은 술자에 따라 다양한 방법이 존재하며, 일반적으로 다음과 같은 과정을 거친다. 먼저, 예비 인상을 통해 얻은 예비 모형을 바탕으로 환자의 구강에 맞는 개인용 트레이를 제작한다. 이 트레이를 이용해 최종 인상을 채득하고, 이를 바탕으로 작업 모형을 만든다. 작업 모형 위에 기초상과 교합제를 제작한 후, 교합제 위에 인공치아를 배열한다. 배열이 끝난 왁스 의치는 플라스킹(flasking) 과정에서 매몰되고, 이어지는 온성과정을 통해 레진이 전입될 음형의 몰드가 형성된다. 이 음형에 병상상태의 레진을 전입하고 중합하여 총의치를 제작한다. 마지막으로, 완성된 총의치는 연마 과정을 거쳐 마무리된다. 이처럼 총의치 제작 과정은 여러 단계를 거치며, 높은 숙련도가 요구되는 복잡한 작업이다[8]. 이러한 제작 과정에서 발생하는 오차로 인해 환자가 병원에 여러 번 내원해야 하는 경우가 발생하기도 한다[6].

1990년대 디지털 기술을 적용하여 환자의 내원 횟수 및 기공 단계를 줄이고자 하는 시도들이 이루어지고 있다[6,9,10]. 치과 CAD/CAM 시스템을 활용하여 고체화된 블록형 총의치 레진을 절삭하여 총의치를 제작한다[11]. 블록형 총의치 레진은 중합수축이 없으므로 더 정밀한 작업이 가능하다는 장점을 가지고 있으나 여분의 재료에 대한 소모가 크다는 단점을 가지고 있다.

최근에는 디지털 시스템이 더욱 개선됨에 따라 3D 프린팅을 활용한 치과 보철물 제작에 있어서도 활발한 연구가 이루어지고 있다[2-9]. 3D 프린팅을 활용한 총의치 제작은 밀링 방식에 비해 재료의 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 축에 대한 한계가 없기 때문에 다양한 형태와 정교한 보철물 제작이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 총의치 제작에 있어 가장 중요한 발전 중 하나는 광중합형 3D 프린터를 이용한 인공치아, 의치상, 모노블럭(monoblock) 총의치의 제작 과정이다[6]. 치과 분야에서의 3D 프린팅은 광중합형으로 제작하고 있으며, 주로 마스크 투영 이미지 경화방식(DLP)으로 제작되고 있다[3,4]. 액상 광경화성 수지에 빔프로젝터를 활용하여 원하는 모형의 빛을 정밀하게 조사함으로써 산출물을 제작하는 3D 프린팅 방식이며, 단시간에 많은 보철물의 양과 정교하게 제작이 가능한 장점을 가지고 있다.

DLP 방식의 의치상 제작은 통상적으로 2가지 방식을 가진다. 첫 번째 방식은 치과용 3D 소프트웨어를 사용하여 디자인된 인공치아와 의치상을 3D 프린팅을 사용하여 각각 분리한 후 출력한다. 출력 시 인공치아 및 의치상 색상에 맞는 용액을 사용한다. 그리고 나서 광중합 접착제를 사용하여 인공치아와 의치상을 결합하여 총의치를 제작하는 방식이다. 두 번째 방식은 인공치아와 의치상이 결합된 모노블록 상태에서 출력을 한 다음 의치상 및 인공치아에 맞는 스테인을 도포하여 총의치를 완료한다. 두 가지 제작 방식들이 소개되고 있으나, 후경화에 따른 광중합 총의치에 대한 비교 연구는 부족한 상황이다.

이 연구의 목적은 광중합형 3D 프린팅 기술을 사용하여 제작된 인공치아, 의치상, 모노블럭 총의치의 3D 정확도에 후경화 과정이 미치는 영향을 평가하는 것이다.

1. 연구 시편 제작

1) 주모형 제작

상악 총의치용 무치악 모형(EDE1001, Nissin Dental Products)을 선정하고, 초경석고(Fujirock EP, GC)로 복제하여 준비하였다(n=1, Fig. 1).

Fig. 1.Experimental design according to post-curing of photopolymerized complete dentures manufactured by digital light processing (DLP) printer.

2) 모형 스캔 및 설계(reference data)

통상적으로 초경석고 모형에 기초상(hard wax, paraffin wax; Daedong)을 제작하고, 상부에 교합제(hard wax, paraffin wax; Daedong)를 제작하였다. 그리고 치과 전용 모형 스캐너(T710, Medit)를 사용하여 스캔하였다. 스캔이 완료된 파일은 인공치아 및 의치상을 3D 설계(Dental System 2021, 3Shape)를 완료하였다. 설계 완료 후 STL 파일로 저장 시 총의치용 인공치아(complete denture artificial teeth)와 의치상을 각각 분리하여 저장하였으며, 추가적으로 인공치아와 의치상을 결합한 모노블럭형 총의치로도 저장하였다(Fig. 2).

Fig. 2.Three-dimensional (3D) design of specimen. (A) Complete denture artificial teeth 3D design (CA group), (B) complete denture base (CB group), and (C) complete denture monoblock (CM group).

3) 3D 프린터를 활용한 시편 출력

DLP형 광중합 수지(Tera Harz Denture Base, Graphy)와 3D 프린터(T7, Veltz 3D)를 사용하여 CA (complete denture artificial teeth) 집단, CB (complete denture base) 집단, CM (complete denture monoblock) 집단 모두 10개씩 시편을 출력하였다. 출력된 결과물은 세척 에탄올을 사용하여 표면에 묻어 있는 여분의 광중합 수지를 세척하였다. 각 집단마다 지지대(support)는 베라 디스크(vera disc)와 텅스텐 카바이드 버(tungsten carbide bur)를 사용하여 제거하였다(Fig. 3).

Fig. 3.Specimen using digital light processing printer. (A) Specimen of complete denture artificial teeth (CA group), (B) specimen of complete denture base (CB group), and (C) specimen of complete denture monoblock (CM group).

4) 후경화 전 1차 스캔(1st scan data)

각 집단마다 다듬기가 완료된 후 후경화를 진행하기 전에 모형 스캐너(Medit T710, Medit)를 사용하여 스캔을 진행하였다.

5) 후경화

표면을 다듬고 405 nm의 파장을 가지고 있는 광중합기(MP300, Veltz 3D)를 사용하여 후경화를 진행하였다. 후경화 시간은 5분 동안이었다.

6) 후경화 후 2차 스캔(2st scan data)

각 집단마다 후경화가 완료된 후 동일한 모형 스캐너(T710, Medit)를 사용하여 재스캔을 진행하였다.

7) 3차원(3D) 소프트웨어를 사용한 중첩

후경화 전후 모형 분석을 위해 각 집단에 대해 다음과 같은 절차를 진행하였다. 먼저, 각 집단마다 1차로 스캔된 데이터 파일과 참조 파일을 중첩하여 후경화 전 데이터를 분석하였다. 그 후, 2차로 스캔된 데이터 파일과 참조 파일을 중첩하여 후경화 후 데이터를 분석하였다(Fig. 4). 추가적으로 1차 스캔 데이터와 2차 스캔 데이터를 중첩하여 집단별로 비교분석을 실시하였으며, 마지막으로, CA 집단과 CB 집단의 데이터 값을 합쳐서 CM 집단과의 비교분석을 진행하였다.

Fig. 4.Three-dimensional analysis design before and after post-curing.

8) 통계분석

측정된 데이터는 정규성을 만족하지 못하여 비모수 검정(SPSS Statistics ver. 22.0, IBM)으로 실시하였다. 비모수 검정은 Mann–Whitney U-test와 Kruskal–Wallis test를 사용하였다. 비모수 검정에는 사후 분석이 없으나, Bonferroni 보정 방법을 사용하여 사후검정을 실시하였다. 또한 Mann–Whitney U-test를 사용하여 두 집단 간 비교분석하였다(p=0.05/6=0.0083).

본 연구의 결과는 다음과 같다. 세 집단 모두 후경화 전보다 후경화 이후 오차가 높게 분석되었다(Table 1). CA (B) 집단이 가장 낮은 109.76 µm로 분석되었으며, CB (A) 집단이 152.33 µm의 큰 오차 값으로 분석되었다. 세 집단 간에 통계적인 검정에서는 CA 집단에서는 유의성이 나타나지 않았으나, CB 집단과 CM 집단에서는 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 추가적으로 세 집단 간 통계적으로 유의한 차이를 분석하였으며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).

Table 1 . Before and after comparison analysis between two groups according to post-curing and comparison analysis between three groups according to post-curing (n=10)

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CA (B)a109.76106.1014.7899.19120.330.123
CA (A)A114.35111.0512.23105.60123.10
CB (B)b145.04144.506.07140.70149.380.029
CB (A)B152.33151.906.81147.46157.20
CM (B)c109.85108.2011.91101.33118.370.043
CM (A)C118.55115.8011.24110.51126.59

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before.

ABCComparative analysis between three groups after post-curing CA (A), CB (A), and CM (A).

abcComparative analysis between three groups before post curing CA (B), CB (B), and CM (B).

*Reference data and scan data superimposing.



Table 2에서는 참조 스캔 데이터를 제외한 후경화 전·후 스캔 데이터끼리 분석하였다. CM 집단이 15.13 µm로 오차가 가장 낮게 분석되었으며, CA 집단이 23.37 µm로 가장 큰 오차로 분석되었다. 세 집단간의 통계적으로 유의한 차이를 분석하였으나 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05).

Table 2 . Comparative analysis of before and after post-curing among the three groups

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CA23.3721.109.3616.6730.070.053
CB15.8315.753.7713.1318.53
CM15.1310.956.2210.6819.58

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before.

*Scan data and scan data superimposing.



Table 3에서는 CA 집단과 CB 집단 데이터를 통합하고(CAB), CM 집단과 비교분석을 진행하였다. 오차는 CAB 집단이 19.91 µm의 큰 오차로 분석되었으며, CM 집단은 15.13 µm로 낮은 오차로 분석되었다. 통계적으로는 유의한 차이를 보이지 않았다.

Table 3 . Combined CA and CB group data and comparative analysis with the CM group

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CAB19.9116.708.0416.0323.790.100
CM15.1310.956.2210.6819.58

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before.

*Scan data and scan data superimposing.

Integrate CA group and CB group data.



Fig. 5~7에서는 후경화에 전후의 색차를 비교분석한 결과이다. CA 집단에서는 전치부 순면 및 구치부 협면에서 노랑색의 오차를 보였으며, CB, CM 집단에서 전정부위가 노랑색 면적이 넓게 나타났다. 한편, Fig. 8에서는 세 집단간 모두 전반적으로 초록색으로 보였다.

Fig. 5.Color difference map analysis of complete denture artificial teeth group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Fig. 6.Color difference map analysis of complete denture base group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Fig. 7.Color difference map analysis of complete denture monoblock group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Fig. 8.Color difference map analysis. (A) Complete denture artificial teeth group, (B) complete denture base group, and (C) complete denture monoblock group.

총의치의 기본 구성은 인공치아와 의치상으로 분류할 수 있으며, 기존에는 통법에 따라 제작하는 것이 일반적이었다. 복잡한 과정의 제작은 디지털 시스템으로 전환되면서 3D 프린팅을 활용한 총의치 제작으로 시도되고 있다. 주로 3D 프린팅을 활용한 제작 방법에는 인공치아 및 의치상은 분리해서 제작하는 방법과 모노블럭 형식으로 제작하는 방법이 있다[6].

총의치 연구 분석에 대한 적합도 연구 및 정확도 연구가 지속적으로 진행되고 있다[2,4,5,7]. 총의치 변형을 측정하기 위해서 2D 적합도 연구와 3D 정확도에 대한 연구가 이루어지고 있다. 2D 적합도 평가에서는 모형에 의치상을 결합한 후 단면을 절단하여 단면 간격을 측정하는 방법[12]과 모형과 총의치 사이에 실리콘을 주입하여 실리콘 단면을 측정하는 방법으로 수행되고 있다[13].

3D 정확도 평가는 참조 데이터(reference data)와 스캔 데이터(scan data)를 중첩(superimposing)하여 임상적으로 적용이 가능한 수치를 100 μm의 오차 범위로 권장하고 있다. 선행연구에 따르면 색차분석에서 초록색(green; ±100 μm 이내) 범위는 오차가 없는 구간으로, 노란색(yellow)에서 빨간색(red; +100 μm~+500 μm 이상)은 양의 오차가 있는 구간으로, 파란색(blue)에서 짙은 파란색(dark blue; –100 μm~–500 μm 이상)은 음의 오차가 있는 구간으로 정하였다[14].

Table 1에서의 연구 결과는 후경화 전 단계보다 후경화 이후에 오차가 높게 나타난 것을 보였다. 이러한 현상은 후경화 과정 중에 미반응된 광중합 잔유 물질이 추가 경화가 되면서 변형이 발생한 것으로 판단된다. 후경화에 따른 CA 집단은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나, CB 집단과 CM 집단은 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 이러한 현상은 시편의 후경화에 따른 부피변화에 영향을 받은 것으로 판단이 된다. CA 집단은 상대적으로 CB 집단과 CM 집단보다 부피가 작고, 두께도 상대적으로 작기 때문에 오차가 낮게 나타난 것으로 판단된다. 선행연구에 따르면 광원의 세기와 레진의 두께에 따라 중합의 정도가 달라지는 것으로 나타났다[15]. 본 연구에서는 광원의 세기는 세 집단 모두 동일하게 통제를 하였으며, 각 시편의 형태를 다르게 하여 변수로 설정하였다.

Table 1에서는 출력 장비의 오차가 포함된 결과를 분석하였다면, Table 2에서는 스캔 데이터의 오차 값만 중첩한 결과이다. 스캔 데이터에서는 CA 집단이 크게 나타났으나 세 집단은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으며, Fig. 8에서도 모두 오차가 적은 초록색으로 분석되었다. 집단간 정량적으로 오차를 확인할 수 있었으나 색차분석에서는 임상적으로 허용 가능한 범위의 색상으로만 보였다. Fig. 6Fig. 7에서는 CB 집단과 CM 집단에서 보이는 전정부위의 주황색의 오차가 보였으나, Fig. 8에서는 주황색의 오차를 보이지 않았다. 따라서 전정부위의 오차는 시스템 출력과정에서의 오차로 분석된다.

Table 3에서는 CA 집단과 CB 집단의 데이터를 합치고 CM 집단과 비교분석을 하였다. CA 집단과 CB 집단은 분리해서 제작하는 방식을, CM 집단은 모노블록형으로 단일 모형으로 제작하는 방식을 비교분석을 하기 위해서 두 집단으로 분류하여 분석하였다. 인공치아와 의치상을 분리하여 제작한 경우는 단일 모형으로 제작한 경우보다 오차가 크게 나타났다. CAB 집단 보다 CM 집단이 오차가 적게 나타났다. 본 결과는 인공치아와 의치상이 단일 구조로 되어있어 인공치아의 변형이 최소화된 것으로 보여지며, 인공치아와 의치상을 별도로 제작할 때 각 구성 요소의 결합 과정에서 미세한 변형이 발생할 수 있다고 판단된다. 반면, CM 집단이 CAB 집단에 비해 오차가 적게 나타난 것은 인공치아와 의치상을 단일 구조로 제작함으로써 변형 가능성을 최소화한 결과로 판단된다. 이에 따라 임상적으로 인공치아와 의치상 제작 시 정확성을 높이기 위해 단일 구조의 제작 방식을 선택하는 것이 효과적일 수 있음을 권장한다.

본 연구에서의 한계는 다음과 같다. 한 개의 3D 프린터 장비를 사용하여 일반화하기에는 한계가 존재했다. 특히 Fig. 2, 3에서 의치상 전치부 및 구치부 전정 부위에서 오차가 크게 보였다. 이러한 현상은 DLP 프린터의 제작 과정에서의 오차일 수 있으며, 또한 중첩 시 기준점에 대한 오차일 수도 있을 것으로 판단된다. 또한 한 개의 프린팅 장비를 사용하여 일반화하는 것에 한계가 있었다. 특히 CB 집단과 CM 집단에서 발생한 전정부위 및 구개부위의 오차를 타사 장비와 비교분석하여 연구하는 것이 추가적으로 필요하다고 판단된다.

본 연구의 후경화에 따른 결론은 다음과 같다. 인공치아와 의치상을 단일 모형으로 제작한 경우, 분리하여 제작한 경우보다 오차가 적게 나타남을 확인하였다. 인공치아와 의치상을 단일 구조로 제작할 경우 변형이 최소화되기 때문으로 판단된다. 이러한 결과는 인공치아와 의치상의 일체형 제작 방식이 보다 높은 정확성을 제공할 수 있음을 시사하며, 임상적 적용 시 정밀도 향상을 위해 단일 구조 제작 방식을 채택하는 것이 바람직할 수 있음을 보여준다.

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

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Journal of Technologic Dentistry 2024; 46(3): 84-92

Published online September 30, 2024 https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Copyright © Korean Academy of Dental Technology.

광중합형 프린터로 제작한 인공치아, 의치상, 모노블럭 총의치의 후경화에 따른 3차원 정확성 평가

김동연1, 양천승2, 이광영3

1경동대학교 치기공학과, 2동아보건대학교 치기공과, 3원광보건대학교 치기공과

Received: August 20, 2024; Revised: September 13, 2024; Accepted: September 19, 2024

Three-dimensional accuracy evaluation of post-curing of artificial teeth, denture bases, and denture base monoblocks manufactured by digital light processing

Dong-Yeon Kim1 , Cheon-seung Yang2 , Gwang-Young Lee3

1Department of Dental Technology, Kyungdong University, Wonju, Korea
2Department of Dental Laboratory, Donga University of Health, Yeongam, Korea
3Department of Dental Laboratory Technology, Wonkwang Health Science University, Iksan, Korea

Correspondence to:Gwang-Young Lee
Department of Dental Laboratory Technology, Wonkwang Health Science University, 514 Iksan-daero, Iksan 54538, Korea
E-mail: leegy@wu.ac.kr
https://orcid.org/0000-0003-1826-6870

Received: August 20, 2024; Revised: September 13, 2024; Accepted: September 19, 2024

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Purpose: To evaluate the effect of post-curing on the three-dimensional (3D) accuracy of artificial teeth, denture bases, and denture base monoblock manufactured using digital light processing (DLP) technology.
Methods: Using an edentulous model, a 3D design was made for complete dentures. Three groups were printed by DLP: artificial teeth, denture bases, and denture base monoblock. The models were scanned, subjected to post-curing, and scanned again. Three-dimensional analysis was performed based on the post-treatment differences among the three groups. Statistical analysis was performed using SPSS Statistics ver. 22.0 (IBM), and the Mann–Whitney U-test and Kruskal–Wallis test were employed as nonparametric tests.
Results: The complete denture monoblock (CM) and complete denture artificial teeth (CA) groups showed the lowest and highest errors at 15.13 and 23.37 μm, respectively. The groups did not show significant differences (p>0.05). In the significance test among the three groups, no significance was found in the CA group; however, significant differences were found between the complete denture base (CB) and CM groups. In addition, the three groups showed significant differences (p<0.05).
Conclusion: Although deformation may occur during the post-curing process, it is within the clinically acceptable range. Future comparative studies using different 3D printers and searching for ways to minimize errors through optimization of the post-curing process are warranted.

Keywords: Artificial teeth, Complete denture, Computer-aided design/computer-aided manufacturing, Digital light processing, Post-curing, Three-dimensional print

INTRODUCTION

디지털 기술의 발전은 치과 분야에 혁신을 가져왔으며, 치과 보철물이 더욱 정밀하고 효율적인 방법으로 제작될 수 있게끔 안착시켰다. 치과용 computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) 기술은 치과 보철물의 설계 및 제작 과정을 디지털화하여 보다 정확하고 효율적인 치료를 가능하게 한다[1,2]. 치과용 CAD/CAM 시스템은 이 두 가지 기술을 결합하여 치과 보철물을 설계하고 제조하는 데 사용된다.

치과용 CAD/CAM 시스템을 활용한 치과 보철물은 다양하게 제작되고 있으며 인레이, 크라운, 총의치, 임플란트 상부 구조물 등의 제작이 시도되고 있다[3]. 최근 three-dimensional (3D) 프린팅을 활용한 총의치 제작이 시도되고 있지만, 생체 친화적인 재료의 한계로 주로 임시 총의치에 관한 연구가 많이 보고되었다[2,4,5]. 그러나 최근 미국 식품의약국(Food and Drug Administration)에서 승인한 생체 친화적 프린팅 재료를 위한 임상 사례 연구가 시행되고 있다[6]. 3D 프린터를 활용한 총의치 제작은 주로 광중합 수지를 활용한 SLA (stereolithography) 방식과 DLP (digital light processing) 방식으로 진행되며, 빠른 출력으로 인해 SLA 방식보다 DLP 방식을 선호하는 연구 사례들이 존재한다[2-7].

총의치 제작은 술자에 따라 다양한 방법이 존재하며, 일반적으로 다음과 같은 과정을 거친다. 먼저, 예비 인상을 통해 얻은 예비 모형을 바탕으로 환자의 구강에 맞는 개인용 트레이를 제작한다. 이 트레이를 이용해 최종 인상을 채득하고, 이를 바탕으로 작업 모형을 만든다. 작업 모형 위에 기초상과 교합제를 제작한 후, 교합제 위에 인공치아를 배열한다. 배열이 끝난 왁스 의치는 플라스킹(flasking) 과정에서 매몰되고, 이어지는 온성과정을 통해 레진이 전입될 음형의 몰드가 형성된다. 이 음형에 병상상태의 레진을 전입하고 중합하여 총의치를 제작한다. 마지막으로, 완성된 총의치는 연마 과정을 거쳐 마무리된다. 이처럼 총의치 제작 과정은 여러 단계를 거치며, 높은 숙련도가 요구되는 복잡한 작업이다[8]. 이러한 제작 과정에서 발생하는 오차로 인해 환자가 병원에 여러 번 내원해야 하는 경우가 발생하기도 한다[6].

1990년대 디지털 기술을 적용하여 환자의 내원 횟수 및 기공 단계를 줄이고자 하는 시도들이 이루어지고 있다[6,9,10]. 치과 CAD/CAM 시스템을 활용하여 고체화된 블록형 총의치 레진을 절삭하여 총의치를 제작한다[11]. 블록형 총의치 레진은 중합수축이 없으므로 더 정밀한 작업이 가능하다는 장점을 가지고 있으나 여분의 재료에 대한 소모가 크다는 단점을 가지고 있다.

최근에는 디지털 시스템이 더욱 개선됨에 따라 3D 프린팅을 활용한 치과 보철물 제작에 있어서도 활발한 연구가 이루어지고 있다[2-9]. 3D 프린팅을 활용한 총의치 제작은 밀링 방식에 비해 재료의 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 축에 대한 한계가 없기 때문에 다양한 형태와 정교한 보철물 제작이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 총의치 제작에 있어 가장 중요한 발전 중 하나는 광중합형 3D 프린터를 이용한 인공치아, 의치상, 모노블럭(monoblock) 총의치의 제작 과정이다[6]. 치과 분야에서의 3D 프린팅은 광중합형으로 제작하고 있으며, 주로 마스크 투영 이미지 경화방식(DLP)으로 제작되고 있다[3,4]. 액상 광경화성 수지에 빔프로젝터를 활용하여 원하는 모형의 빛을 정밀하게 조사함으로써 산출물을 제작하는 3D 프린팅 방식이며, 단시간에 많은 보철물의 양과 정교하게 제작이 가능한 장점을 가지고 있다.

DLP 방식의 의치상 제작은 통상적으로 2가지 방식을 가진다. 첫 번째 방식은 치과용 3D 소프트웨어를 사용하여 디자인된 인공치아와 의치상을 3D 프린팅을 사용하여 각각 분리한 후 출력한다. 출력 시 인공치아 및 의치상 색상에 맞는 용액을 사용한다. 그리고 나서 광중합 접착제를 사용하여 인공치아와 의치상을 결합하여 총의치를 제작하는 방식이다. 두 번째 방식은 인공치아와 의치상이 결합된 모노블록 상태에서 출력을 한 다음 의치상 및 인공치아에 맞는 스테인을 도포하여 총의치를 완료한다. 두 가지 제작 방식들이 소개되고 있으나, 후경화에 따른 광중합 총의치에 대한 비교 연구는 부족한 상황이다.

이 연구의 목적은 광중합형 3D 프린팅 기술을 사용하여 제작된 인공치아, 의치상, 모노블럭 총의치의 3D 정확도에 후경화 과정이 미치는 영향을 평가하는 것이다.

MATERIALS AND METHODS

1. 연구 시편 제작

1) 주모형 제작

상악 총의치용 무치악 모형(EDE1001, Nissin Dental Products)을 선정하고, 초경석고(Fujirock EP, GC)로 복제하여 준비하였다(n=1, Fig. 1).

Figure 1. Experimental design according to post-curing of photopolymerized complete dentures manufactured by digital light processing (DLP) printer.

2) 모형 스캔 및 설계(reference data)

통상적으로 초경석고 모형에 기초상(hard wax, paraffin wax; Daedong)을 제작하고, 상부에 교합제(hard wax, paraffin wax; Daedong)를 제작하였다. 그리고 치과 전용 모형 스캐너(T710, Medit)를 사용하여 스캔하였다. 스캔이 완료된 파일은 인공치아 및 의치상을 3D 설계(Dental System 2021, 3Shape)를 완료하였다. 설계 완료 후 STL 파일로 저장 시 총의치용 인공치아(complete denture artificial teeth)와 의치상을 각각 분리하여 저장하였으며, 추가적으로 인공치아와 의치상을 결합한 모노블럭형 총의치로도 저장하였다(Fig. 2).

Figure 2. Three-dimensional (3D) design of specimen. (A) Complete denture artificial teeth 3D design (CA group), (B) complete denture base (CB group), and (C) complete denture monoblock (CM group).

3) 3D 프린터를 활용한 시편 출력

DLP형 광중합 수지(Tera Harz Denture Base, Graphy)와 3D 프린터(T7, Veltz 3D)를 사용하여 CA (complete denture artificial teeth) 집단, CB (complete denture base) 집단, CM (complete denture monoblock) 집단 모두 10개씩 시편을 출력하였다. 출력된 결과물은 세척 에탄올을 사용하여 표면에 묻어 있는 여분의 광중합 수지를 세척하였다. 각 집단마다 지지대(support)는 베라 디스크(vera disc)와 텅스텐 카바이드 버(tungsten carbide bur)를 사용하여 제거하였다(Fig. 3).

Figure 3. Specimen using digital light processing printer. (A) Specimen of complete denture artificial teeth (CA group), (B) specimen of complete denture base (CB group), and (C) specimen of complete denture monoblock (CM group).

4) 후경화 전 1차 스캔(1st scan data)

각 집단마다 다듬기가 완료된 후 후경화를 진행하기 전에 모형 스캐너(Medit T710, Medit)를 사용하여 스캔을 진행하였다.

5) 후경화

표면을 다듬고 405 nm의 파장을 가지고 있는 광중합기(MP300, Veltz 3D)를 사용하여 후경화를 진행하였다. 후경화 시간은 5분 동안이었다.

6) 후경화 후 2차 스캔(2st scan data)

각 집단마다 후경화가 완료된 후 동일한 모형 스캐너(T710, Medit)를 사용하여 재스캔을 진행하였다.

7) 3차원(3D) 소프트웨어를 사용한 중첩

후경화 전후 모형 분석을 위해 각 집단에 대해 다음과 같은 절차를 진행하였다. 먼저, 각 집단마다 1차로 스캔된 데이터 파일과 참조 파일을 중첩하여 후경화 전 데이터를 분석하였다. 그 후, 2차로 스캔된 데이터 파일과 참조 파일을 중첩하여 후경화 후 데이터를 분석하였다(Fig. 4). 추가적으로 1차 스캔 데이터와 2차 스캔 데이터를 중첩하여 집단별로 비교분석을 실시하였으며, 마지막으로, CA 집단과 CB 집단의 데이터 값을 합쳐서 CM 집단과의 비교분석을 진행하였다.

Figure 4. Three-dimensional analysis design before and after post-curing.

8) 통계분석

측정된 데이터는 정규성을 만족하지 못하여 비모수 검정(SPSS Statistics ver. 22.0, IBM)으로 실시하였다. 비모수 검정은 Mann–Whitney U-test와 Kruskal–Wallis test를 사용하였다. 비모수 검정에는 사후 분석이 없으나, Bonferroni 보정 방법을 사용하여 사후검정을 실시하였다. 또한 Mann–Whitney U-test를 사용하여 두 집단 간 비교분석하였다(p=0.05/6=0.0083).

RESULTS

본 연구의 결과는 다음과 같다. 세 집단 모두 후경화 전보다 후경화 이후 오차가 높게 분석되었다(Table 1). CA (B) 집단이 가장 낮은 109.76 µm로 분석되었으며, CB (A) 집단이 152.33 µm의 큰 오차 값으로 분석되었다. 세 집단 간에 통계적인 검정에서는 CA 집단에서는 유의성이 나타나지 않았으나, CB 집단과 CM 집단에서는 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 추가적으로 세 집단 간 통계적으로 유의한 차이를 분석하였으며, 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).

Table 1 . Before and after comparison analysis between two groups according to post-curing and comparison analysis between three groups according to post-curing (n=10).

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CA (B)a109.76106.1014.7899.19120.330.123
CA (A)A114.35111.0512.23105.60123.10
CB (B)b145.04144.506.07140.70149.380.029
CB (A)B152.33151.906.81147.46157.20
CM (B)c109.85108.2011.91101.33118.370.043
CM (A)C118.55115.8011.24110.51126.59

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before..

ABCComparative analysis between three groups after post-curing CA (A), CB (A), and CM (A)..

abcComparative analysis between three groups before post curing CA (B), CB (B), and CM (B)..

*Reference data and scan data superimposing..



Table 2에서는 참조 스캔 데이터를 제외한 후경화 전·후 스캔 데이터끼리 분석하였다. CM 집단이 15.13 µm로 오차가 가장 낮게 분석되었으며, CA 집단이 23.37 µm로 가장 큰 오차로 분석되었다. 세 집단간의 통계적으로 유의한 차이를 분석하였으나 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다(p>0.05).

Table 2 . Comparative analysis of before and after post-curing among the three groups.

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CA23.3721.109.3616.6730.070.053
CB15.8315.753.7713.1318.53
CM15.1310.956.2210.6819.58

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before..

*Scan data and scan data superimposing..



Table 3에서는 CA 집단과 CB 집단 데이터를 통합하고(CAB), CM 집단과 비교분석을 진행하였다. 오차는 CAB 집단이 19.91 µm의 큰 오차로 분석되었으며, CM 집단은 15.13 µm로 낮은 오차로 분석되었다. 통계적으로는 유의한 차이를 보이지 않았다.

Table 3 . Combined CA and CB group data and comparative analysis with the CM group.

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CAB19.9116.708.0416.0323.790.100
CM15.1310.956.2210.6819.58

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before..

*Scan data and scan data superimposing..

Integrate CA group and CB group data..



Fig. 5~7에서는 후경화에 전후의 색차를 비교분석한 결과이다. CA 집단에서는 전치부 순면 및 구치부 협면에서 노랑색의 오차를 보였으며, CB, CM 집단에서 전정부위가 노랑색 면적이 넓게 나타났다. 한편, Fig. 8에서는 세 집단간 모두 전반적으로 초록색으로 보였다.

Figure 5. Color difference map analysis of complete denture artificial teeth group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Figure 6. Color difference map analysis of complete denture base group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Figure 7. Color difference map analysis of complete denture monoblock group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Figure 8. Color difference map analysis. (A) Complete denture artificial teeth group, (B) complete denture base group, and (C) complete denture monoblock group.

DISCUSSION

총의치의 기본 구성은 인공치아와 의치상으로 분류할 수 있으며, 기존에는 통법에 따라 제작하는 것이 일반적이었다. 복잡한 과정의 제작은 디지털 시스템으로 전환되면서 3D 프린팅을 활용한 총의치 제작으로 시도되고 있다. 주로 3D 프린팅을 활용한 제작 방법에는 인공치아 및 의치상은 분리해서 제작하는 방법과 모노블럭 형식으로 제작하는 방법이 있다[6].

총의치 연구 분석에 대한 적합도 연구 및 정확도 연구가 지속적으로 진행되고 있다[2,4,5,7]. 총의치 변형을 측정하기 위해서 2D 적합도 연구와 3D 정확도에 대한 연구가 이루어지고 있다. 2D 적합도 평가에서는 모형에 의치상을 결합한 후 단면을 절단하여 단면 간격을 측정하는 방법[12]과 모형과 총의치 사이에 실리콘을 주입하여 실리콘 단면을 측정하는 방법으로 수행되고 있다[13].

3D 정확도 평가는 참조 데이터(reference data)와 스캔 데이터(scan data)를 중첩(superimposing)하여 임상적으로 적용이 가능한 수치를 100 μm의 오차 범위로 권장하고 있다. 선행연구에 따르면 색차분석에서 초록색(green; ±100 μm 이내) 범위는 오차가 없는 구간으로, 노란색(yellow)에서 빨간색(red; +100 μm~+500 μm 이상)은 양의 오차가 있는 구간으로, 파란색(blue)에서 짙은 파란색(dark blue; –100 μm~–500 μm 이상)은 음의 오차가 있는 구간으로 정하였다[14].

Table 1에서의 연구 결과는 후경화 전 단계보다 후경화 이후에 오차가 높게 나타난 것을 보였다. 이러한 현상은 후경화 과정 중에 미반응된 광중합 잔유 물질이 추가 경화가 되면서 변형이 발생한 것으로 판단된다. 후경화에 따른 CA 집단은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나, CB 집단과 CM 집단은 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 이러한 현상은 시편의 후경화에 따른 부피변화에 영향을 받은 것으로 판단이 된다. CA 집단은 상대적으로 CB 집단과 CM 집단보다 부피가 작고, 두께도 상대적으로 작기 때문에 오차가 낮게 나타난 것으로 판단된다. 선행연구에 따르면 광원의 세기와 레진의 두께에 따라 중합의 정도가 달라지는 것으로 나타났다[15]. 본 연구에서는 광원의 세기는 세 집단 모두 동일하게 통제를 하였으며, 각 시편의 형태를 다르게 하여 변수로 설정하였다.

Table 1에서는 출력 장비의 오차가 포함된 결과를 분석하였다면, Table 2에서는 스캔 데이터의 오차 값만 중첩한 결과이다. 스캔 데이터에서는 CA 집단이 크게 나타났으나 세 집단은 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으며, Fig. 8에서도 모두 오차가 적은 초록색으로 분석되었다. 집단간 정량적으로 오차를 확인할 수 있었으나 색차분석에서는 임상적으로 허용 가능한 범위의 색상으로만 보였다. Fig. 6Fig. 7에서는 CB 집단과 CM 집단에서 보이는 전정부위의 주황색의 오차가 보였으나, Fig. 8에서는 주황색의 오차를 보이지 않았다. 따라서 전정부위의 오차는 시스템 출력과정에서의 오차로 분석된다.

Table 3에서는 CA 집단과 CB 집단의 데이터를 합치고 CM 집단과 비교분석을 하였다. CA 집단과 CB 집단은 분리해서 제작하는 방식을, CM 집단은 모노블록형으로 단일 모형으로 제작하는 방식을 비교분석을 하기 위해서 두 집단으로 분류하여 분석하였다. 인공치아와 의치상을 분리하여 제작한 경우는 단일 모형으로 제작한 경우보다 오차가 크게 나타났다. CAB 집단 보다 CM 집단이 오차가 적게 나타났다. 본 결과는 인공치아와 의치상이 단일 구조로 되어있어 인공치아의 변형이 최소화된 것으로 보여지며, 인공치아와 의치상을 별도로 제작할 때 각 구성 요소의 결합 과정에서 미세한 변형이 발생할 수 있다고 판단된다. 반면, CM 집단이 CAB 집단에 비해 오차가 적게 나타난 것은 인공치아와 의치상을 단일 구조로 제작함으로써 변형 가능성을 최소화한 결과로 판단된다. 이에 따라 임상적으로 인공치아와 의치상 제작 시 정확성을 높이기 위해 단일 구조의 제작 방식을 선택하는 것이 효과적일 수 있음을 권장한다.

본 연구에서의 한계는 다음과 같다. 한 개의 3D 프린터 장비를 사용하여 일반화하기에는 한계가 존재했다. 특히 Fig. 2, 3에서 의치상 전치부 및 구치부 전정 부위에서 오차가 크게 보였다. 이러한 현상은 DLP 프린터의 제작 과정에서의 오차일 수 있으며, 또한 중첩 시 기준점에 대한 오차일 수도 있을 것으로 판단된다. 또한 한 개의 프린팅 장비를 사용하여 일반화하는 것에 한계가 있었다. 특히 CB 집단과 CM 집단에서 발생한 전정부위 및 구개부위의 오차를 타사 장비와 비교분석하여 연구하는 것이 추가적으로 필요하다고 판단된다.

CONCLUSIONS

본 연구의 후경화에 따른 결론은 다음과 같다. 인공치아와 의치상을 단일 모형으로 제작한 경우, 분리하여 제작한 경우보다 오차가 적게 나타남을 확인하였다. 인공치아와 의치상을 단일 구조로 제작할 경우 변형이 최소화되기 때문으로 판단된다. 이러한 결과는 인공치아와 의치상의 일체형 제작 방식이 보다 높은 정확성을 제공할 수 있음을 시사하며, 임상적 적용 시 정밀도 향상을 위해 단일 구조 제작 방식을 채택하는 것이 바람직할 수 있음을 보여준다.

ACKNOWLEDGEMENTS

None.

FUNDING

None to declare.

CONFLICT OF INTEREST

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Fig 1.

Figure 1.Experimental design according to post-curing of photopolymerized complete dentures manufactured by digital light processing (DLP) printer.
Journal of Technologic Dentistry 2024; 46: 84-92https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Fig 2.

Figure 2.Three-dimensional (3D) design of specimen. (A) Complete denture artificial teeth 3D design (CA group), (B) complete denture base (CB group), and (C) complete denture monoblock (CM group).
Journal of Technologic Dentistry 2024; 46: 84-92https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Fig 3.

Figure 3.Specimen using digital light processing printer. (A) Specimen of complete denture artificial teeth (CA group), (B) specimen of complete denture base (CB group), and (C) specimen of complete denture monoblock (CM group).
Journal of Technologic Dentistry 2024; 46: 84-92https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Fig 4.

Figure 4.Three-dimensional analysis design before and after post-curing.
Journal of Technologic Dentistry 2024; 46: 84-92https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Fig 5.

Figure 5.Color difference map analysis of complete denture artificial teeth group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Journal of Technologic Dentistry 2024; 46: 84-92https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Fig 6.

Figure 6.Color difference map analysis of complete denture base group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Journal of Technologic Dentistry 2024; 46: 84-92https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Fig 7.

Figure 7.Color difference map analysis of complete denture monoblock group. (A) Before post curing and (B) after post curing.
Journal of Technologic Dentistry 2024; 46: 84-92https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Fig 8.

Figure 8.Color difference map analysis. (A) Complete denture artificial teeth group, (B) complete denture base group, and (C) complete denture monoblock group.
Journal of Technologic Dentistry 2024; 46: 84-92https://doi.org/10.14347/jtd.2024.46.3.84

Table 1 . Before and after comparison analysis between two groups according to post-curing and comparison analysis between three groups according to post-curing (n=10).

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CA (B)a109.76106.1014.7899.19120.330.123
CA (A)A114.35111.0512.23105.60123.10
CB (B)b145.04144.506.07140.70149.380.029
CB (A)B152.33151.906.81147.46157.20
CM (B)c109.85108.2011.91101.33118.370.043
CM (A)C118.55115.8011.24110.51126.59

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before..

ABCComparative analysis between three groups after post-curing CA (A), CB (A), and CM (A)..

abcComparative analysis between three groups before post curing CA (B), CB (B), and CM (B)..

*Reference data and scan data superimposing..


Table 2 . Comparative analysis of before and after post-curing among the three groups.

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CA23.3721.109.3616.6730.070.053
CB15.8315.753.7713.1318.53
CM15.1310.956.2210.6819.58

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before..

*Scan data and scan data superimposing..


Table 3 . Combined CA and CB group data and comparative analysis with the CM group.

Group*MeanMedianSD95% CIp-value

MinMax
CAB19.9116.708.0416.0323.790.100
CM15.1310.956.2210.6819.58

SD: standard deviation, CI: confidence interval, CA: complete denture artificial teeth, CB: complete denture base, CM: complete denture monoblock, A: post curing after, B: post curing before..

*Scan data and scan data superimposing..

Integrate CA group and CB group data..


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Journal of Technologic Dentistry

eISSN 2288-5218
pISSN 1229-3954
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