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Journal of Technologic Dentistry 2023; 45(2): 31-38

Published online June 30, 2023

https://doi.org/10.14347/jtd.2023.45.2.31

© Korean Academy of Dental Technology

다양한 CAD/CAM 제조 방식으로 제작한 3본 고정성 임시 치과 보철물의 정확도 비교

이혁준1,2, 이하빈1,2, 노미준1,2, 김지환1,2

1고려대학교 일반대학원 보건과학과 치의기공학전공, 2고려대학교 4단계 BK21 러닝헬스시스템융합사업단

Received: February 10, 2023; Revised: March 21, 2023; Accepted: April 5, 2023

Accuracy comparison of 3-unit fixed dental provisional prostheses fabricated by different CAD/CAM manufacturing methods

Hyuk-Joon Lee1,2 , Ha-Bin Lee1,2 , Mi-Jun Noh1,2 , Ji-Hwan Kim1,2

1Department of Dental Laboratory Science and Engineering, Graduate School, Korea University, Seoul, Korea
2BK21FOUR R&E Center for Learning Health Systems, Korea University, Seoul, Korea

Correspondence to :
Ji-Hwan Kim
Department of Dental Laboratory Science and Engineering, Graduate School, Korea University, 145 Anam-ro, Seongbuk-gu, Seoul 02841, Korea
E-mail: kjh2804@korea.ac.kr
https://orcid.org/0000-0003-3889-2289

Received: February 10, 2023; Revised: March 21, 2023; Accepted: April 5, 2023

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

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Purpose: This in vitro study aimed to compare the trueness of 3-unit fixed dental provisional prostheses (FDPs) fabricated by three different additive manufacturing and subtractive manufacturing procedures.
Methods: A reference model with a maxillary left second premolar and the second molar prepped and the first molar missing was scanned for the fabrication of 3-unit FDPs. An anatomically shaped 3-unit FDP was designed on computer-aided design software. 10 FDPs were fabricated by subtractive (MI group) and additive manufacturing (stereolithography: SL group, digital light processing: DL group, liquid crystal displays: LC group) methods, respectively (N=40). All FDPs were scanned and exported to the standard triangulated language file. A three-dimensional analysis program measured the discrepancy of the internal, margin, and pontic base area. As for the comparison among manufacturing procedures, the Kruskal–Wallis test and the Mann–Whitney test with Bonferroni correction were evaluated statistically.
Results: Regarding the internal area, the root mean square (RMS) value of the 3-unit FDPs was the lowest in the MI group (31.79±6.39 μm) and the highest in the SL group (69.34±29.88 μm; p=0.001). In the marginal area, those of the 3-unit FDPs were the lowest in the LC group (25.39±4.36 μm) and the highest in the SL group (48.94±18.98 μm; p=0.001). In the pontic base area, those of the 3-unit FDPs were the lowest in the LC group (8.72±2.74 μm) and the highest in the DL group (20.75±2.03 μm; p=0.001).
Conclusion: A statistically significant difference was observed in the RMS mean values of all the groups. However, in comparison to the subtractive manufacturing method, all measurement areas of 3-unit FDPs fabricated by three different additive manufacturing methods are within a clinically acceptable range.

Keywords: Three-unit bridge, Additive manufacturing, Computer-aided design, Computer-aided manufacturing, Liquid crystal displays printer, Subtractive manufacturing

INTRODUCTION

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환자 구강에 성공적인 보철 치료를 위해서는 임시 보철물의 역할이 중요하다[1,2]. 임시 보철물은 환자의 지대치와 치은 조직을 보호하고 지대치의 위치 안정성, 심미성을 유지 시키며 최종 보철물을 장착하기 전까지 인접치의 이동 및 대합치의 정출과 같은 변수를 최소화할 수 있다[3]. 기존의 임시 보철물은 수작업으로 제작되어 왔다[4]. 치과 보철물 품질은 작업자의 숙련도에 따라 영향을 받을 수 있다는 점과 복잡한 제작 과정이 단점으로 알려져있다[5]. 이러한 단점을 보완하고자 도입된 CAD/CAM (computer-aided design/computer-aided manufacturing)시스템은 높은 정확성과 효율적인 제조 과정, 낮은 제작 비용 등으로 치과용 보철물 제작에 광범위하게 활용되고 있다[6-8].

CAD/CAM 시스템은 적층가공과 절삭가공 방식으로 분류된다[9]. 절삭가공 방식(subtractive manufacturing)은 밀링 장비와 전용 버를 사용하여 블록 형태의 재료를 절삭함으로써 원하는 형상을 제조하는 방식이다. 정밀한 보철물을 제작할 수 있지만 버의 축과 각도로 인해 미세한 부분을 재현해내는 가공성이 떨어지고, 재료가 낭비되는 등의 단점이 있다[10,11]. 적층가공 방식(additive manufacturing)은 액상형 레진이나, 세라믹 슬러리 등과 같은 재료를 쌓아 올려 적층하여 제조하는 방식으로 절삭가공 방식에 비해 재료의 소모도 적고 세밀하고 정밀한 보철물 제작이 가능하다는 장점이 있다[12,13]. 적층가공 방식은 기술 특허의 만료로 인해 가격에 대한 경쟁력을 갖춰 치과 분야에서도 적층가공 방식을 이용한 보철물 제작이 늘어나고 있다[14].

적층가공 방식인 three-dimensional (3D) 프린터의 수요가 증가함에 따라 SLA (stereolithography), DLP (digital light processing), LCD (liquid crystal displays) 방식 등 다양한 3D 프린팅 기술이 지속적으로 개발되고 있다[15]. SLA 방식은 수조에 담긴 광경화성 레진에 반사경을 이용해 점 형태의 레이저를 원하는 부위에 이동시키며 조사하여 의도한 부분을 중합 시켜 층층이 적층하는 방식이다. DLP 방식은 광경화성 레진이 담긴 수조에 면 형태의 빛을 프로젝터 렌즈를 통해 조사하여 한 층을 한 번에 조사하여 경화시키는 방식이다. LCD 방식은 의도하지 않은 부분에 광원이 조사되지 않도록 차단(masking) 해주는 LCD 패널을 사용하여 적층 하고자 하는 부분에만 UV (ultraviolet) 광원을 조사하여 제작 방식이다[16,17].

치과 분야에서도 디지털 시대가 도래함에 따라 CAD/CAM으로 제작한 보철물이 보편화 되었고 보철물의 기계적 특성 및 정확도, 색에 대한 많은 연구가 이루어졌다[18-20]. 여러 변수 중에서도 보철물의 변연과 내면의 정확도는 환자 구강 내에서 반영구적인 수명과 성공적인 보철 치료의 중요한 척도이다. 보철물 변연부의 부정확한 적합은 치아의 우식 및 치주질환, 지대치와 치과 보철물 간의 접착제로 사용되는 시멘트(cement)의 누출, 치태 축적 등의 원인이 되고 내면의 부정확한 적합은 보철물의 유지력 저하, 보철물의 내구성 감소, 시멘트(cement)의 두께 증가의 원인이 된다[21,22]. 보철물의 변연과 내면의 적합에 관련된 평가 방법은 다양하다[23]. 직접 측정법인 절단면 측정법(cross-sectional method)과 간접 측정법인 실리콘 복제 방법(silicon replica technique), 마이크로 CT (computed tomography)측정법(micro-CT), 3D 스캔 데이터 중첩법(superimposition of 3D scan data) 등이 있다.

국제 표준화 기구인 ISO-12836에 따르면 보철물의 정밀성에 있어서 정확도는 가장 중요한 요소로써, 규정된 조건 속에서 측정하여 나타난 독립적인 결과라고 정의되어 있다. 또한 ISO-5725-1에 따른 정확도(accuracy)는 진실도(trueness)와 정밀도(precision)로 나누어 정의하고 있다. 진실도는 측정 값(scan data)이 실제 값(designed data)에 얼마나 근접한지 나타내는 것이고, 정밀도는 측정 값(scan data)들 간의 조밀도를 나타내는 것이다[24]. 정확도에 미치는 요인에는 스캔 오차와 모형제작 및 CAM 과정에서의 오차가 있다[25]. 이 중, CAM 과정에서의 오차는 모형 제작과 스캔 오차에 비해 영향을 미치는 많은 변수로 인해 오차의 정도가 커진다고 알려져있다[26-28]. 3D 프린터의 경우 보철물 적층 시 적층의 방식, 레이어의 두께, 광 노출 시간, 파장, 출력량과 같은 변수들이 있다[29-31].

치과 분야에서는 다양한 방식의 3D 프린터가 개발되고 있으며 이를 사용하여 교정용 모형, 임시 보철물, 서지컬 가이드, 금속 코핑 등의 제작이 증가하고 있다. 최근 연구에 따르면 다양한 방식의 CAD/CAM 시스템으로 제작한 임시 보철물의 정확도 분석은 단일 크라운과 SLA 및 DLP 방식이 대부분으로 보고되고 있다.

따라서, 본 연구에서는 치과용 LCD 프린터를 포함하여 서로 다른 제조 방식으로 제작한 인공치가 포함된 3본 고정성 임시 치과 보철물의 변연 및 내면과 인공치 기저면을 3D 스캔 데이터 중첩법을 이용해 진실도를 비교해 보고자 하였다.

MATERIALS AND METHODS

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본 연구는 Fig. 1과 같이 진행되었다.

Fig. 1.Experiment design. CAD: computer-aided design, MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays.

1. 실험 모형 선택 및 시편 디자인

실험을 위해 인공치를 포함한 3본 고정성 임시 보철물을 제작하기 위해 상악 좌측 제1대구치가 상실되어 있고 상악 좌측 제2소구치, 제2대구치가 프랩 된 치아모형(D85DP-500B.1; Nissin Dental)을 주모형으로 선택했다.

3본 고정성 임시 보철물을 디자인하기 위해 주모형을 구강 스캐너(Prim-escan; Denstply Sirona)로 스캔하여 3차원 형상의 모형 데이터인 STL (standard triangulated language) 파일을 얻었다. 얻어진 STL 파일을 캐드 프로그램(3Shape Dental System, 3Shape)으로 불러와 인공치를 포함한 해부학적인 형태의 3본 고정성 임시 보철물을 디자인 하였다.

2. 시편 제작

디자인된 해부학적인 형태의 3본 고정성 임시 보철물을 STL 파일로 저장 후 각 시편의 제작 방식에 따라 4개의 group으로 분류하고 group 당 10개의 시편을 제작하였다.

절삭가공 방식인 밀링 장비(Datron D5; Datron Dynamics)로 PMMA (polymethyl methacrylate) 블록을 이용해 제작한 MI group, 적층가공 방식인 DLP 방식의 3D 프린터(Asiga Max; Asiga)로 광중합 레진(DentaTooth; Asiga)을 이용해 제작한 DL group, SLA 방식의 3D 프린터(A1+; Sindoh)로 광중합 레진(Tera Harz TC-80DP A3; Graphy)을 이용해 제작한 SL group, LCD 방식의 3D 프린터(Arum 3D Revolution 1; Arum Dentistry, Fig. 2)로 광중합 레진(C&B 5.0 Hybrid, Arum Dentistry)을 이용해 제작한 LC group으로 나누었다. 모든 임시 보철물의 레이어 두께는 50 μm로 설정하여 제작했다. 제작된 임시 보철물은 세정액에 침전하여 10분 동안 세척하고 UV 경화기(CureM; Graphy)로 제조사의 지시에 따라 후경화 하였다.

Fig. 2.Schematic diagram of LCD printer process. LCD: liquid crystal displays, UV: ultraviolet.

3. 3D 중첩 및 통계분석

제작이 완료된 3본 고정성 임시 보철물을 모델 스캐너(E4; 3Shape)를 이용하여 내면을 스캔하고 3D 형상의 STL 스캔 파일을 얻었다. 3D 중첩 평가 프로그램(Geomagic Control X; 3D Systems)으로 스캔 된 STL 파일을 불러와 변연, 내면, 인공치 기저면 부분으로 나누어 편집 후 각각 저장하였다. 3D 중첩 평가 프로그램을 이용하여 기존의 디자인된 임시 보철물의 STL파일을 참조 스캔 데이터로 불러온 후 편집된 STL 파일을 측정 스캔 데이터로 불러오고 초기 정렬(initial alignment) 및 최적 정렬(best-fit alignment)로 중첩하였다(Fig. 3). 중첩 데이터의 정량적 평가 지표는 RMS (root mean square)를 이용해 분석하고 정성적 평가 지표는 3D 색차 분석표를 생성하여 분석하였다. 정량적 분석 지표인 RMS 값의 수식은 다음과 같다.

Fig. 3.The internal, marginal and pontic base trueness color-difference map. (A) Subtractive manufacturing method group. (B) Stereolithography manufacturing method group. (C) Digital light manufacturing method group. (D) liquid crystal display manufacturing method group.

RMS=∑ i=1n(X1,i−X2,i)2n

X1은 기존 디자인 데이터의 측정이 i번일 때의 측정 포인트이고 X2는 스캔 데이터의 측정이 i번일 때의 측정 포인트이다. 여기서 n은 총 측정 포인트의 수이다. RMS 값이 낮게 나타나면 높은 정확도를 나타내는 것이다. 정성적 평가 지표인 3D 색차 분석표는 최대 오차 범위인 ±50 μm과 허용오차 범위인 ±10 μm로 나타냈다.

데이터 분석을 위해 통계 분석 프로그램(IBM SPSS Statistics ver. 25.0; IBM)을 이용하여 분석하였다. 제조 방식에 따른 세 group 간의 평균 비교를 위해 데이터의 정규성 검정을 실시하였다. Shapiro–Wilk의 정규성 검정 결과 정규분포를 만족하지 못했기 때문에 비모수 통계 기법인 Kruskal–Wallis 검정을 실시하고 group별 통계적 유의성을 분석하기 위해 Bonferroni Correction의 Mann–Whitney’s U 검정으로 사후분석을 실시하였다. 사후분석을 제외한 통계분석은 95% 신뢰수준으로 설정하였다(α=0.05).

RESULTS

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서로 다른 제조 방식으로 제작한 인공치가 포함된 3본 고정성 임시 보철물의 변연 및 내면과 인공치 기저면의 진실도를 측정한 결과, 내면 측정 부위에서의 RMS 값은 MI group에서 31.79±6.39 μm, DL group은 35.89±4.17 μm를 보였고 SL group은 69.34±29.88 μm, LC group은 35.43±4.67 μm의 평균 값으로 MI group에서 RMS 값이 가장 낮게 나타났으며 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.001; Table 1).

Table 1 . Mean±SD of internal gap for 4 groups (n=10, unit: μm)

Internal area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI31.79±6.39A27.2236.36<0.001
SL69.34±29.88B47.9790.71
DL35.89±4.17A32.9138.87
LC35.43±4.67A32.0938.77

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval.

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,BOther superscript letters indicate groups with significant differences.

변연 측정 부위에서의 RMS 값은 MI group에서 25.61±4.33 μm, DL group에서 31.78±3.80 μm로 나타났고 SL group에서 48.94±18.98 μm, LC group에서 25.39±4.36 μm의 평균 값을 나타냈으며 변연 측정 부위에서는 LC group의 RMS 값이 가장 낮게 나타났고 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.001; Table 2).

Table 2 . Mean±SD of marginal gap for 4 groups (n=10, unit: μm)

Marginal area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI25.61±4.33A22.5128.71<0.001
SL48.94±18.98C35.3762.51
DL31.78±3.80B29.0634.50
LC25.39±4.36A22.2728.51

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval.

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,B,COther superscript letters indicate groups with significant differences.

인공치 기저면 측정 부위에서의 RMS 값은 MI group에서 17.09±6.47 μm, DL group에서 20.75±2.03 μm의 평균 값이 나타났고 SL group에서 16.34±6.46 μm, LC group에서 8.72±2.74 μm의 평균 값이 나타났으며 LC group의 RMS 값이 가장 낮게 나타났고 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(p<0.001; Table 3).

Table 3 . Mean±SD of pontic gap for 4 groups (n=10, unit: μm)

Pontic base area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI17.09±6.47ABC12.4621.72<0.001
SL16.34±6.46C11.7220.96
DL20.75±2.03B19.3022.20
LC8.72±2.74A6.7610.68

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval.

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,B,C,ABCOther superscript letters indicate groups with significant differences.

DISCUSSION

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본 연구에서는 서로 다른 4가지 제조 방식(DL, SL, LC, MI)으로 제작한 3본 고정성 임시 보철물의 진실도를 비교하였고 모든 group 간에 통계적으로 유의한 차이가 있음이 나타났다(p<0.05). 따라서 본 연구의 귀무가설은 기각되었다.

내면 부위의 정확도는 적층가공 방식인 SL group이 가장 높은 RMS 값을 보였는데, 이는 가장 낮은 RMS 값을 보인 MI group에서 사용된 PMMA 블록은 미리 중합된 상태의 재료로써 적층 가공 방식에서 사용되는 액상형 레진에 비하여 제작과정 중에 발생하는 수축과 팽창이 적어 정확도가 상대적으로 높게 나온 것으로 보인다[32]. 또한 적층가공 방식 중 SL group은 재료 특성상 후경화 과정 중에 생기는 보철물 내부의 잔류 응력에 의해 변형이 일어날 수 있고 제조기기에서 빛의 회절 양이나 회절 현상 또는 산란으로 인해 오차가 생길 수 있다고 알려져 있다[33,34]. 변연 부위에서는 절삭가공 방식인 MI group보다 적층가공 방식인 LC group의 정확도가 더 높게 나타났다. 이는, 절삭 과정에서 밀링 버의 직경에 대한 오차와 기계 또는 회전축의 과한 진동에 의해 출력물의 마진 정확도가 저하되었을 것으로 예상된다[11,32].

CAD/CAM 시스템을 이용한 임시 보철물의 제작은 먼저 모델이나 구강을 스캐너로 스캔하고 전용 소프트웨어를 이용하여 컴퓨터로 보철물을 디자인하고 제조하기 때문에 기존의 아날로그 방식에 비해 제작과정이 단축되고 비용이 절감될 뿐만 아니라 수정 및 재제작이 용이한 장점이 있다[29,35]. 최근 적층가공 방식에 대한 기계적 특성 및 내마모성에 관한 연구가 진행되었지만[36,37], 임시 보철물에 대한 정확도 분석은 단일 보철물이 대부분이고 치아 개수가 여러 개인 교의치로 제작한 임시 보철물은 부족하므로 본 연구에서는 3본 교의치를 제작하여 절삭 방식과 여러 적층 방식의 정확도를 비교하였다는 점에서 의의를 갖는다.

적합도에 대한 임상적인 허용범위에 관한 연구들은 다양한 수치들이 보고되고 있다. McLean [38]에 따르면 약 120 μm 이상의 변연 적합도를 보이는 보철물의 경우 임상적으로 받아들일 수 없다고 하였고, Assif 등[39]은 140 μm 이상, Gulker [40]는 200 μm 이상의 수준이 임상적으로 받아들일 수 없다고 하였다. 이와 같이 여러 연구에서 변연 적합도에 대한 임상적 허용 범위는 다양한 기준이 제시되어 왔지만 현재는 통상적으로 120 μm 이하로 받아들여지고 있다[9,41].

이러한 임시 보철물의 내면과 변연의 적합도를 비교하는 실험적 평가 방식으로는 여러가지가 있다[23]. 절단면 측정법은 주모형에 보철물을 장착한 후 전부 절단하여 변연과 내면간격을 측정하는 2D 측정 방법으로, 응력에 의해 변형될 수 있고 일회성 시험으로 시편이 소모되는 단점이 있다[23,42,43]. 실리콘 복제 방법은 실리콘 인상재를 음형의 보철물에 주입하고 경화된 후 인상재를 절단하여 광학현미경으로 실리콘의 간격을 측정하는 방식이다. 이 방식은 실리콘의 변형 및 손상 가능성이 있고, 측정 부위가 한정적인 단점이 있다[23,44,45]. 방사선 촬영 기법인 마이크로 CT 측정법은 2D, 3D 영상을 통하여 원하는 부분을 비파괴적인 방법으로 측정을 할 수 있지만 방사선을 이용하므로 금속에 대한 장해음영(artifact)이 나타나고 시간 및 비용이 많이 소요된다[23,42,46]. 따라서 많은 방법들이 한계점을 가지고 있어 본 연구에서는 정확도를 측정하기 위해 3D 분석 방법을 시행하였는데, 3D 스캔 데이터 중첩법은 비파괴적인 측정 방법으로 치과용 스캐너로 시편을 스캔하여 3D 형상의 STL 스캔데이터를 얻고 전용 중첩 프로그램을 이용하여 불필요한 부분을 편집 후 기준데이터와 스캔데이터를 중첩하여 변연 및 내면 등의 오차를 측정하는 방식이다. 이러한 3D 분석은 측정하고자 하는 부위에 대한 전반적인 측정이 가능하고 앞서 설명한 방식들과 달리 응력에 의한 변형 및 손상 위험이 없고, 비교적 시간과 비용이 적게 소요되는 장점이 있다[23,47-49].

본 연구에서의 제한점으로는 시편 제작 시 다양한 임상 조건이 적용되지 않았고 시편의 수가 많지 않았다. 추후에 3D 스캔 데이터 중첩법과 2D 측정 실험 방법으로 내면 및 변연 등의 부위를 함께 확인해보는 연구를 수행해야 할 것으로 생각된다. 또한, 시편의 개수를 늘리는 등 다양한 임상 조건에서 설계한 실험이 추가되어야 할 것으로 생각한다.

CONCLUSIONS

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본 연구는 절삭가공 방식과 3가지의 적층가공 방식(SLA, DLP, LCD)으로 제작한 3본 고정성 임시 보철물의 내면과 마진, 인공치 기저면의 진실도를 비교하여 분석하였고 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. 각 제조 방식에 따라 제작한 3본 고정성 임시 보철물의 진실도 RMS 수치는 각 group들 사이에 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 내면 측정 부위에서는 MI group이, 변연과 인공치 기저면 측정 부위에서는 LC group이 높은 정확도를 보였다.

2. 모든 제조 방식 간의 정확도 측정 수치는 내면 및 변연, 인공치 기저면 부위 모두 선행연구에서 제시한 통상적인 임상적 허용 범위 내에 존재한다.

CONFLICT OF INTEREST

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

References

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  1. Kang SY, Park JH, Kim JH, Kim WC. Accuracy of provisional crowns made using stereolithography apparatus and subtractive technique. J Adv Prosthodont. 2018;10:354-360.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  2. Ehrenberg D, Weiner GI, Weiner S. Long-term effects of storage and thermal cycling on the marginal adaptation of provisional resin crowns: a pilot study. J Prosthet Dent. 2006;95:230-236.
    Pubmed CrossRef
  3. Rakhshan V. Marginal integrity of provisional resin restoration materials: a review of the literature. Saudi J Dent Res. 2015;6:33-40.
    CrossRef
  4. Tom TN, Uthappa MA, Sunny K, Begum F, Nautiyal M, Tamore S. Provisional restorations: an overview of materials used. J Adv Clin Res Insights. 2016;3:212-214.
    CrossRef
  5. Alharbi N, Osman R, Wismeijer D. Effects of build direction on the mechanical properties of 3D-printed complete coverage interim dental restorations. J Prosthet Dent. 2016;115:760-767.
    Pubmed CrossRef
  6. Abdullah AO, Tsitrou EA, Pollington S. Comparative in vitro evaluation of CAD/CAM vs conventional provisional crowns. J Appl Oral Sci. 2016;24:258-263.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  7. Beuer F, Schweiger J, Edelhoff D. Digital dentistry: an overview of recent developments for CAD/CAM generated restorations. Br Dent J. 2008;204:505-511.
    Pubmed CrossRef
  8. van Noort R. The future of dental devices is digital. Dent Mater. 2012;28:3-12.
    Pubmed CrossRef
  9. Khaledi AA, Farzin M, Akhlaghian M, Pardis S, Mir N. Evaluation of the marginal fit of metal copings fabricated by using 3 different CAD-CAM techniques: milling, stereolithography, and 3D wax printer. J Prosthet Dent. 2020;124:81-86.
    Pubmed CrossRef
  10. Lee WS, Lee DH, Lee KB. Evaluation of internal fit of interim crown fabricated with CAD/CAM milling and 3D printing system. J Adv Prosthodont. 2017;9:265-270.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  11. Torabi K, Farjood E, Hamedani S. Rapid prototyping technologies and their applications in prosthodontics, a review of literature. J Dent (Shiraz). 2015;16:1-9.
    Pubmed KoreaMed
  12. Choi EJ, Kim SA, Bae JY, Kwon YJ, Lee KH. A study on the state-of-the-art of 3D printers. Proc Korean Soc Comput Inf Conf. 2013;21:385-388.
  13. Kang W, Lee HK. A study of three-dimensional evaluation of the accuracy of resin provisional restorations fabricated with the DLP printer. J Korean Acad Dent Technol. 2020;42:35-41.
    CrossRef
  14. Lee JS, LEE JJ. A study on the development of fashion design based on FDM 3D printing. J Korean Soc Fash Des. 2016;16:101-115.
    CrossRef
  15. Moon W, Kim S, Lim BS, Park YS, Kim RJ, Chung SH. Dimensional accuracy evaluation of temporary dental restorations with different 3D printing systems. Materials (Basel). 2021;14:1487.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  16. Jo KH, Jang HS, Ha YM, Lee SH. Development of high-performance, low-cost 3D printer using LCD and UV-LED. J Korean Soc Precis Eng. 2015;32:917-923.
    CrossRef
  17. Kim HD. Application of 3D printer in dental clinic. J Korean Acad Esthet Dent. 2018;27:82-96.
    CrossRef
  18. Yu BY, Son K, Lee KB. Evaluation of intaglio surface trueness and margin quality of interim crowns in accordance with the build angle of stereolithography apparatus 3-dimensional printing. J Prosthet Dent. 2021;126:231-237.
    Pubmed CrossRef
  19. Alharbi N, Alharbi S, Cuijpers VMJI, Osman RB, Wismeijer D. Three-dimensional evaluation of marginal and internal fit of 3D-printed interim restorations fabricated on different finish line designs. J Prosthodont Res. 2018;62:218-226.
    Pubmed CrossRef
  20. Grajower R, Zuberi Y, Lewinstein I. Improving the fit of crowns with die spacers. J Prosthet Dent. 1989;61:555-563.
    Pubmed CrossRef
  21. Hung SH, Hung KS, Eick JD, Chappell RP. Marginal fit of porcelain-fused-to-metal and two types of ceramic crown. J Prosthet Dent. 1990;63:26-31.
    Pubmed CrossRef
  22. Huh JB, Park CG, Kim HY, Park CK, Shin SW. Evaluation using replica technique on the marginal and internal fitness of zirconia cores by several CAD/CAM systems. J Korean Acad Prosthodont. 2010;48:135-142.
    CrossRef
  23. Lee H, Lee DH, Lee KB. In vitro evaluation methods on adaptation of fixed dental prosthesis. J Dent Rehabil Appl Sci. 2017;33:63-70.
    CrossRef
  24. Kim RJ, Park JM, Shim JS. Accuracy of 9 intraoral scanners for complete-arch image acquisition: a qualitative and quantitative evaluation. J Prosthet Dent. 2018;120:895-903.e1.
    Pubmed CrossRef
  25. Hamza TA, Ezzat HA, El-Hossary MM, Katamish HA, Shokry TE, Rosenstiel SF. Accuracy of ceramic restorations made with two CAD/CAM systems. J Prosthet Dent. 2013;109:83-87.
    Pubmed CrossRef
  26. Cho BM, Lee DJ. A study on cutting characteristics according to cutting direction in ball-end milling. Trans Korean Soc Mach Tool Eng. 2007;16:191-197.
  27. Cho BM, Yoo IS, Lee DJ. A study on the geometric characteristics according to semi-cylindrical tool path in ball-end milling. Seoul: Korean Society of Manufacturing Technology Engineers; 2009. p.362-367.
  28. Schaefer O, Kuepper H, Thompson GA, Cachovan G, Hefti AF, Guentsch A. Effect of CNC-milling on the marginal and internal fit of dental ceramics: a pilot study. Dent Mater. 2013;29:851-858.
    Pubmed CrossRef
  29. Shin GS, Kweon HK, Kang YG. The influence of experiment variables on DLP 3D printing using ART resin. J Korean Soc Manuf Process Eng. 2017;16:101-108.
    CrossRef
  30. Shin GS, Kweon HK, Kang YG. Study on hardness of DLP 3D printer according to wavelength and light power. Daegu: Korean Society of Manufacturing Process Engineers; 2018. p.182.
  31. Noh MJ, Lee HB, Kim JH. Evaluation of marginal and internal accuracy of provisional crowns manufactured using digital light processing three-dimensional printer. J Tech Dent. 2022;44:31-37.
    CrossRef
  32. Kim CM, Kim SR, Kim JH, Kim HY, Kim WC. Trueness of milled prostheses according to number of ball-end mill burs. J Prosthet Dent. 2016;115:624-629.
    Pubmed CrossRef
  33. Kim DY, Jeon JH, Kim JH, Kim HY, Kim WC. Reproducibility of different arrangement of resin copings by dental microstereolithography: evaluating the marginal discrepancy of resin copings. J Prosthet Dent. 2017;117:260-265.
    Pubmed CrossRef
  34. Berger U. Aspects of accuracy and precision in the additive manufacturing of plastic gears. Virtual Phys Prototyp. 2015;10:49-57.
    CrossRef
  35. Christensen GJ. The state of fixed prosthodontic impressions: room for improvement. J Am Dent Assoc. 2005;136:343-346.
    Pubmed CrossRef
  36. Ahn JJ, Huh JB, Choi JW. In vitro evaluation of the wear resistance of provisional resin materials fabricated by different methods. J Korean Acad Prosthodont. 2019;57:110-117.
    CrossRef
  37. Cho WT, Choi JW. Comparison analysis of fracture load and flexural strength of provisional restorative resins fabricated by different methods. J Korean Acad Prosthodont. 2019;57:225-231.
    CrossRef
  38. McLean JW. Polycarboxylate cements. Five years' experience in general practice. Br Dent J. 1972;132:9-15.
    Pubmed CrossRef
  39. Assif D, Rimer Y, Aviv I. The flow of zinc phosphate cement under a full-coverage restoration and its effect on marginal adaptation according to the location of cement application. Quintessence Int. 1987;18:765-774.
    Pubmed
  40. Gulker I. Margins. N Y State Dent J. 1985;51:213-215, 217.
    Pubmed CrossRef
  41. Kim DY, Kim JH, Kim HY, Kim WC. Comparison and evaluation of marginal and internal gaps in cobalt-chromium alloy copings fabricated using subtractive and additive manufacturing. J Prosthodont Res. 2018;62:56-64.
    Pubmed CrossRef
  42. Pyo SW, Lee JJ, Han JS, Lim YJ. Study on methodology for the assessment of internal and marginal adaptation on fixed dental prosthesis. J Dent Rehabil Appl Sci. 2016;32:158-168.
    CrossRef
  43. Stappert CF, Dai M, Chitmongkolsuk S, Gerds T, Strub JR. Marginal adaptation of three-unit fixed partial dentures constructed from pressed ceramic systems. Br Dent J. 2004;196:766-770. discussion 760, quiz 780.
    Pubmed CrossRef
  44. Tinschert J, Natt G, Mautsch W, Spiekermann H, Anusavice KJ. Marginal fit of alumina-and zirconia-based fixed partial dentures produced by a CAD/CAM system. Oper Dent. 2001;26:367-374.
    Pubmed
  45. Groten M, Axmann D, Pröbster L, Weber H. Determination of the minimum number of marginal gap measurements required for practical in-vitro testing. J Prosthet Dent. 2000;83:40-49.
    Pubmed CrossRef
  46. Kim JH, Jeong JH, Lee JH, Cho HW. Fit of lithium disilicate crowns fabricated from conventional and digital impressions assessed with micro-CT. J Prosthet Dent. 2016;116:551-557.
    Pubmed CrossRef
  47. Bae SY, Park JY, Jeong ID, Kim HY, Kim JH, Kim WC. Three-dimensional analysis of marginal and internal fit of copings fabricated with polyetherketoneketone (PEKK) and zirconia. J Prosthodont Res. 2017;61:106-112.
    Pubmed CrossRef
  48. Kim KB, Jung JK, Kim JH. Accuracy of digital impression made from different elastomeric impression materials: three-dimensional superimpositional analysis. J Dent Hyg Sci. 2014;14:94-100.
  49. Schaefer O, Watts DC, Sigusch BW, Kuepper H, Guentsch A. Marginal and internal fit of pressed lithium disilicate partial crowns in vitro: a three-dimensional analysis of accuracy and reproducibility. Dent Mater. 2012;28:320-326.
    Pubmed CrossRef

Article

Original Article

Journal of Technologic Dentistry 2023; 45(2): 31-38

Published online June 30, 2023 https://doi.org/10.14347/jtd.2023.45.2.31

Copyright © Korean Academy of Dental Technology.

다양한 CAD/CAM 제조 방식으로 제작한 3본 고정성 임시 치과 보철물의 정확도 비교

이혁준1,2, 이하빈1,2, 노미준1,2, 김지환1,2

1고려대학교 일반대학원 보건과학과 치의기공학전공, 2고려대학교 4단계 BK21 러닝헬스시스템융합사업단

Received: February 10, 2023; Revised: March 21, 2023; Accepted: April 5, 2023

Accuracy comparison of 3-unit fixed dental provisional prostheses fabricated by different CAD/CAM manufacturing methods

Hyuk-Joon Lee1,2 , Ha-Bin Lee1,2 , Mi-Jun Noh1,2 , Ji-Hwan Kim1,2

1Department of Dental Laboratory Science and Engineering, Graduate School, Korea University, Seoul, Korea
2BK21FOUR R&E Center for Learning Health Systems, Korea University, Seoul, Korea

Correspondence to:Ji-Hwan Kim
Department of Dental Laboratory Science and Engineering, Graduate School, Korea University, 145 Anam-ro, Seongbuk-gu, Seoul 02841, Korea
E-mail: kjh2804@korea.ac.kr
https://orcid.org/0000-0003-3889-2289

Received: February 10, 2023; Revised: March 21, 2023; Accepted: April 5, 2023

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: This in vitro study aimed to compare the trueness of 3-unit fixed dental provisional prostheses (FDPs) fabricated by three different additive manufacturing and subtractive manufacturing procedures.
Methods: A reference model with a maxillary left second premolar and the second molar prepped and the first molar missing was scanned for the fabrication of 3-unit FDPs. An anatomically shaped 3-unit FDP was designed on computer-aided design software. 10 FDPs were fabricated by subtractive (MI group) and additive manufacturing (stereolithography: SL group, digital light processing: DL group, liquid crystal displays: LC group) methods, respectively (N=40). All FDPs were scanned and exported to the standard triangulated language file. A three-dimensional analysis program measured the discrepancy of the internal, margin, and pontic base area. As for the comparison among manufacturing procedures, the Kruskal–Wallis test and the Mann–Whitney test with Bonferroni correction were evaluated statistically.
Results: Regarding the internal area, the root mean square (RMS) value of the 3-unit FDPs was the lowest in the MI group (31.79±6.39 μm) and the highest in the SL group (69.34±29.88 μm; p=0.001). In the marginal area, those of the 3-unit FDPs were the lowest in the LC group (25.39±4.36 μm) and the highest in the SL group (48.94±18.98 μm; p=0.001). In the pontic base area, those of the 3-unit FDPs were the lowest in the LC group (8.72±2.74 μm) and the highest in the DL group (20.75±2.03 μm; p=0.001).
Conclusion: A statistically significant difference was observed in the RMS mean values of all the groups. However, in comparison to the subtractive manufacturing method, all measurement areas of 3-unit FDPs fabricated by three different additive manufacturing methods are within a clinically acceptable range.

Keywords: Three-unit bridge, Additive manufacturing, Computer-aided design, Computer-aided manufacturing, Liquid crystal displays printer, Subtractive manufacturing

INTRODUCTION

환자 구강에 성공적인 보철 치료를 위해서는 임시 보철물의 역할이 중요하다[1,2]. 임시 보철물은 환자의 지대치와 치은 조직을 보호하고 지대치의 위치 안정성, 심미성을 유지 시키며 최종 보철물을 장착하기 전까지 인접치의 이동 및 대합치의 정출과 같은 변수를 최소화할 수 있다[3]. 기존의 임시 보철물은 수작업으로 제작되어 왔다[4]. 치과 보철물 품질은 작업자의 숙련도에 따라 영향을 받을 수 있다는 점과 복잡한 제작 과정이 단점으로 알려져있다[5]. 이러한 단점을 보완하고자 도입된 CAD/CAM (computer-aided design/computer-aided manufacturing)시스템은 높은 정확성과 효율적인 제조 과정, 낮은 제작 비용 등으로 치과용 보철물 제작에 광범위하게 활용되고 있다[6-8].

CAD/CAM 시스템은 적층가공과 절삭가공 방식으로 분류된다[9]. 절삭가공 방식(subtractive manufacturing)은 밀링 장비와 전용 버를 사용하여 블록 형태의 재료를 절삭함으로써 원하는 형상을 제조하는 방식이다. 정밀한 보철물을 제작할 수 있지만 버의 축과 각도로 인해 미세한 부분을 재현해내는 가공성이 떨어지고, 재료가 낭비되는 등의 단점이 있다[10,11]. 적층가공 방식(additive manufacturing)은 액상형 레진이나, 세라믹 슬러리 등과 같은 재료를 쌓아 올려 적층하여 제조하는 방식으로 절삭가공 방식에 비해 재료의 소모도 적고 세밀하고 정밀한 보철물 제작이 가능하다는 장점이 있다[12,13]. 적층가공 방식은 기술 특허의 만료로 인해 가격에 대한 경쟁력을 갖춰 치과 분야에서도 적층가공 방식을 이용한 보철물 제작이 늘어나고 있다[14].

적층가공 방식인 three-dimensional (3D) 프린터의 수요가 증가함에 따라 SLA (stereolithography), DLP (digital light processing), LCD (liquid crystal displays) 방식 등 다양한 3D 프린팅 기술이 지속적으로 개발되고 있다[15]. SLA 방식은 수조에 담긴 광경화성 레진에 반사경을 이용해 점 형태의 레이저를 원하는 부위에 이동시키며 조사하여 의도한 부분을 중합 시켜 층층이 적층하는 방식이다. DLP 방식은 광경화성 레진이 담긴 수조에 면 형태의 빛을 프로젝터 렌즈를 통해 조사하여 한 층을 한 번에 조사하여 경화시키는 방식이다. LCD 방식은 의도하지 않은 부분에 광원이 조사되지 않도록 차단(masking) 해주는 LCD 패널을 사용하여 적층 하고자 하는 부분에만 UV (ultraviolet) 광원을 조사하여 제작 방식이다[16,17].

치과 분야에서도 디지털 시대가 도래함에 따라 CAD/CAM으로 제작한 보철물이 보편화 되었고 보철물의 기계적 특성 및 정확도, 색에 대한 많은 연구가 이루어졌다[18-20]. 여러 변수 중에서도 보철물의 변연과 내면의 정확도는 환자 구강 내에서 반영구적인 수명과 성공적인 보철 치료의 중요한 척도이다. 보철물 변연부의 부정확한 적합은 치아의 우식 및 치주질환, 지대치와 치과 보철물 간의 접착제로 사용되는 시멘트(cement)의 누출, 치태 축적 등의 원인이 되고 내면의 부정확한 적합은 보철물의 유지력 저하, 보철물의 내구성 감소, 시멘트(cement)의 두께 증가의 원인이 된다[21,22]. 보철물의 변연과 내면의 적합에 관련된 평가 방법은 다양하다[23]. 직접 측정법인 절단면 측정법(cross-sectional method)과 간접 측정법인 실리콘 복제 방법(silicon replica technique), 마이크로 CT (computed tomography)측정법(micro-CT), 3D 스캔 데이터 중첩법(superimposition of 3D scan data) 등이 있다.

국제 표준화 기구인 ISO-12836에 따르면 보철물의 정밀성에 있어서 정확도는 가장 중요한 요소로써, 규정된 조건 속에서 측정하여 나타난 독립적인 결과라고 정의되어 있다. 또한 ISO-5725-1에 따른 정확도(accuracy)는 진실도(trueness)와 정밀도(precision)로 나누어 정의하고 있다. 진실도는 측정 값(scan data)이 실제 값(designed data)에 얼마나 근접한지 나타내는 것이고, 정밀도는 측정 값(scan data)들 간의 조밀도를 나타내는 것이다[24]. 정확도에 미치는 요인에는 스캔 오차와 모형제작 및 CAM 과정에서의 오차가 있다[25]. 이 중, CAM 과정에서의 오차는 모형 제작과 스캔 오차에 비해 영향을 미치는 많은 변수로 인해 오차의 정도가 커진다고 알려져있다[26-28]. 3D 프린터의 경우 보철물 적층 시 적층의 방식, 레이어의 두께, 광 노출 시간, 파장, 출력량과 같은 변수들이 있다[29-31].

치과 분야에서는 다양한 방식의 3D 프린터가 개발되고 있으며 이를 사용하여 교정용 모형, 임시 보철물, 서지컬 가이드, 금속 코핑 등의 제작이 증가하고 있다. 최근 연구에 따르면 다양한 방식의 CAD/CAM 시스템으로 제작한 임시 보철물의 정확도 분석은 단일 크라운과 SLA 및 DLP 방식이 대부분으로 보고되고 있다.

따라서, 본 연구에서는 치과용 LCD 프린터를 포함하여 서로 다른 제조 방식으로 제작한 인공치가 포함된 3본 고정성 임시 치과 보철물의 변연 및 내면과 인공치 기저면을 3D 스캔 데이터 중첩법을 이용해 진실도를 비교해 보고자 하였다.

MATERIALS AND METHODS

본 연구는 Fig. 1과 같이 진행되었다.

Figure 1. Experiment design. CAD: computer-aided design, MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays.

1. 실험 모형 선택 및 시편 디자인

실험을 위해 인공치를 포함한 3본 고정성 임시 보철물을 제작하기 위해 상악 좌측 제1대구치가 상실되어 있고 상악 좌측 제2소구치, 제2대구치가 프랩 된 치아모형(D85DP-500B.1; Nissin Dental)을 주모형으로 선택했다.

3본 고정성 임시 보철물을 디자인하기 위해 주모형을 구강 스캐너(Prim-escan; Denstply Sirona)로 스캔하여 3차원 형상의 모형 데이터인 STL (standard triangulated language) 파일을 얻었다. 얻어진 STL 파일을 캐드 프로그램(3Shape Dental System, 3Shape)으로 불러와 인공치를 포함한 해부학적인 형태의 3본 고정성 임시 보철물을 디자인 하였다.

2. 시편 제작

디자인된 해부학적인 형태의 3본 고정성 임시 보철물을 STL 파일로 저장 후 각 시편의 제작 방식에 따라 4개의 group으로 분류하고 group 당 10개의 시편을 제작하였다.

절삭가공 방식인 밀링 장비(Datron D5; Datron Dynamics)로 PMMA (polymethyl methacrylate) 블록을 이용해 제작한 MI group, 적층가공 방식인 DLP 방식의 3D 프린터(Asiga Max; Asiga)로 광중합 레진(DentaTooth; Asiga)을 이용해 제작한 DL group, SLA 방식의 3D 프린터(A1+; Sindoh)로 광중합 레진(Tera Harz TC-80DP A3; Graphy)을 이용해 제작한 SL group, LCD 방식의 3D 프린터(Arum 3D Revolution 1; Arum Dentistry, Fig. 2)로 광중합 레진(C&B 5.0 Hybrid, Arum Dentistry)을 이용해 제작한 LC group으로 나누었다. 모든 임시 보철물의 레이어 두께는 50 μm로 설정하여 제작했다. 제작된 임시 보철물은 세정액에 침전하여 10분 동안 세척하고 UV 경화기(CureM; Graphy)로 제조사의 지시에 따라 후경화 하였다.

Figure 2. Schematic diagram of LCD printer process. LCD: liquid crystal displays, UV: ultraviolet.

3. 3D 중첩 및 통계분석

제작이 완료된 3본 고정성 임시 보철물을 모델 스캐너(E4; 3Shape)를 이용하여 내면을 스캔하고 3D 형상의 STL 스캔 파일을 얻었다. 3D 중첩 평가 프로그램(Geomagic Control X; 3D Systems)으로 스캔 된 STL 파일을 불러와 변연, 내면, 인공치 기저면 부분으로 나누어 편집 후 각각 저장하였다. 3D 중첩 평가 프로그램을 이용하여 기존의 디자인된 임시 보철물의 STL파일을 참조 스캔 데이터로 불러온 후 편집된 STL 파일을 측정 스캔 데이터로 불러오고 초기 정렬(initial alignment) 및 최적 정렬(best-fit alignment)로 중첩하였다(Fig. 3). 중첩 데이터의 정량적 평가 지표는 RMS (root mean square)를 이용해 분석하고 정성적 평가 지표는 3D 색차 분석표를 생성하여 분석하였다. 정량적 분석 지표인 RMS 값의 수식은 다음과 같다.

Figure 3. The internal, marginal and pontic base trueness color-difference map. (A) Subtractive manufacturing method group. (B) Stereolithography manufacturing method group. (C) Digital light manufacturing method group. (D) liquid crystal display manufacturing method group.

RMS=∑ i=1n(X1,i−X2,i)2n

X1은 기존 디자인 데이터의 측정이 i번일 때의 측정 포인트이고 X2는 스캔 데이터의 측정이 i번일 때의 측정 포인트이다. 여기서 n은 총 측정 포인트의 수이다. RMS 값이 낮게 나타나면 높은 정확도를 나타내는 것이다. 정성적 평가 지표인 3D 색차 분석표는 최대 오차 범위인 ±50 μm과 허용오차 범위인 ±10 μm로 나타냈다.

데이터 분석을 위해 통계 분석 프로그램(IBM SPSS Statistics ver. 25.0; IBM)을 이용하여 분석하였다. 제조 방식에 따른 세 group 간의 평균 비교를 위해 데이터의 정규성 검정을 실시하였다. Shapiro–Wilk의 정규성 검정 결과 정규분포를 만족하지 못했기 때문에 비모수 통계 기법인 Kruskal–Wallis 검정을 실시하고 group별 통계적 유의성을 분석하기 위해 Bonferroni Correction의 Mann–Whitney’s U 검정으로 사후분석을 실시하였다. 사후분석을 제외한 통계분석은 95% 신뢰수준으로 설정하였다(α=0.05).

RESULTS

서로 다른 제조 방식으로 제작한 인공치가 포함된 3본 고정성 임시 보철물의 변연 및 내면과 인공치 기저면의 진실도를 측정한 결과, 내면 측정 부위에서의 RMS 값은 MI group에서 31.79±6.39 μm, DL group은 35.89±4.17 μm를 보였고 SL group은 69.34±29.88 μm, LC group은 35.43±4.67 μm의 평균 값으로 MI group에서 RMS 값이 가장 낮게 나타났으며 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.001; Table 1).

Table 1 . Mean±SD of internal gap for 4 groups (n=10, unit: μm).

Internal area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI31.79±6.39A27.2236.36<0.001
SL69.34±29.88B47.9790.71
DL35.89±4.17A32.9138.87
LC35.43±4.67A32.0938.77

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval..

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,BOther superscript letters indicate groups with significant differences..

변연 측정 부위에서의 RMS 값은 MI group에서 25.61±4.33 μm, DL group에서 31.78±3.80 μm로 나타났고 SL group에서 48.94±18.98 μm, LC group에서 25.39±4.36 μm의 평균 값을 나타냈으며 변연 측정 부위에서는 LC group의 RMS 값이 가장 낮게 나타났고 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.001; Table 2).

Table 2 . Mean±SD of marginal gap for 4 groups (n=10, unit: μm).

Marginal area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI25.61±4.33A22.5128.71<0.001
SL48.94±18.98C35.3762.51
DL31.78±3.80B29.0634.50
LC25.39±4.36A22.2728.51

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval..

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,B,COther superscript letters indicate groups with significant differences..

인공치 기저면 측정 부위에서의 RMS 값은 MI group에서 17.09±6.47 μm, DL group에서 20.75±2.03 μm의 평균 값이 나타났고 SL group에서 16.34±6.46 μm, LC group에서 8.72±2.74 μm의 평균 값이 나타났으며 LC group의 RMS 값이 가장 낮게 나타났고 통계적으로 유의미한 차이를 보였다(p<0.001; Table 3).

Table 3 . Mean±SD of pontic gap for 4 groups (n=10, unit: μm).

Pontic base area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI17.09±6.47ABC12.4621.72<0.001
SL16.34±6.46C11.7220.96
DL20.75±2.03B19.3022.20
LC8.72±2.74A6.7610.68

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval..

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,B,C,ABCOther superscript letters indicate groups with significant differences..

DISCUSSION

본 연구에서는 서로 다른 4가지 제조 방식(DL, SL, LC, MI)으로 제작한 3본 고정성 임시 보철물의 진실도를 비교하였고 모든 group 간에 통계적으로 유의한 차이가 있음이 나타났다(p<0.05). 따라서 본 연구의 귀무가설은 기각되었다.

내면 부위의 정확도는 적층가공 방식인 SL group이 가장 높은 RMS 값을 보였는데, 이는 가장 낮은 RMS 값을 보인 MI group에서 사용된 PMMA 블록은 미리 중합된 상태의 재료로써 적층 가공 방식에서 사용되는 액상형 레진에 비하여 제작과정 중에 발생하는 수축과 팽창이 적어 정확도가 상대적으로 높게 나온 것으로 보인다[32]. 또한 적층가공 방식 중 SL group은 재료 특성상 후경화 과정 중에 생기는 보철물 내부의 잔류 응력에 의해 변형이 일어날 수 있고 제조기기에서 빛의 회절 양이나 회절 현상 또는 산란으로 인해 오차가 생길 수 있다고 알려져 있다[33,34]. 변연 부위에서는 절삭가공 방식인 MI group보다 적층가공 방식인 LC group의 정확도가 더 높게 나타났다. 이는, 절삭 과정에서 밀링 버의 직경에 대한 오차와 기계 또는 회전축의 과한 진동에 의해 출력물의 마진 정확도가 저하되었을 것으로 예상된다[11,32].

CAD/CAM 시스템을 이용한 임시 보철물의 제작은 먼저 모델이나 구강을 스캐너로 스캔하고 전용 소프트웨어를 이용하여 컴퓨터로 보철물을 디자인하고 제조하기 때문에 기존의 아날로그 방식에 비해 제작과정이 단축되고 비용이 절감될 뿐만 아니라 수정 및 재제작이 용이한 장점이 있다[29,35]. 최근 적층가공 방식에 대한 기계적 특성 및 내마모성에 관한 연구가 진행되었지만[36,37], 임시 보철물에 대한 정확도 분석은 단일 보철물이 대부분이고 치아 개수가 여러 개인 교의치로 제작한 임시 보철물은 부족하므로 본 연구에서는 3본 교의치를 제작하여 절삭 방식과 여러 적층 방식의 정확도를 비교하였다는 점에서 의의를 갖는다.

적합도에 대한 임상적인 허용범위에 관한 연구들은 다양한 수치들이 보고되고 있다. McLean [38]에 따르면 약 120 μm 이상의 변연 적합도를 보이는 보철물의 경우 임상적으로 받아들일 수 없다고 하였고, Assif 등[39]은 140 μm 이상, Gulker [40]는 200 μm 이상의 수준이 임상적으로 받아들일 수 없다고 하였다. 이와 같이 여러 연구에서 변연 적합도에 대한 임상적 허용 범위는 다양한 기준이 제시되어 왔지만 현재는 통상적으로 120 μm 이하로 받아들여지고 있다[9,41].

이러한 임시 보철물의 내면과 변연의 적합도를 비교하는 실험적 평가 방식으로는 여러가지가 있다[23]. 절단면 측정법은 주모형에 보철물을 장착한 후 전부 절단하여 변연과 내면간격을 측정하는 2D 측정 방법으로, 응력에 의해 변형될 수 있고 일회성 시험으로 시편이 소모되는 단점이 있다[23,42,43]. 실리콘 복제 방법은 실리콘 인상재를 음형의 보철물에 주입하고 경화된 후 인상재를 절단하여 광학현미경으로 실리콘의 간격을 측정하는 방식이다. 이 방식은 실리콘의 변형 및 손상 가능성이 있고, 측정 부위가 한정적인 단점이 있다[23,44,45]. 방사선 촬영 기법인 마이크로 CT 측정법은 2D, 3D 영상을 통하여 원하는 부분을 비파괴적인 방법으로 측정을 할 수 있지만 방사선을 이용하므로 금속에 대한 장해음영(artifact)이 나타나고 시간 및 비용이 많이 소요된다[23,42,46]. 따라서 많은 방법들이 한계점을 가지고 있어 본 연구에서는 정확도를 측정하기 위해 3D 분석 방법을 시행하였는데, 3D 스캔 데이터 중첩법은 비파괴적인 측정 방법으로 치과용 스캐너로 시편을 스캔하여 3D 형상의 STL 스캔데이터를 얻고 전용 중첩 프로그램을 이용하여 불필요한 부분을 편집 후 기준데이터와 스캔데이터를 중첩하여 변연 및 내면 등의 오차를 측정하는 방식이다. 이러한 3D 분석은 측정하고자 하는 부위에 대한 전반적인 측정이 가능하고 앞서 설명한 방식들과 달리 응력에 의한 변형 및 손상 위험이 없고, 비교적 시간과 비용이 적게 소요되는 장점이 있다[23,47-49].

본 연구에서의 제한점으로는 시편 제작 시 다양한 임상 조건이 적용되지 않았고 시편의 수가 많지 않았다. 추후에 3D 스캔 데이터 중첩법과 2D 측정 실험 방법으로 내면 및 변연 등의 부위를 함께 확인해보는 연구를 수행해야 할 것으로 생각된다. 또한, 시편의 개수를 늘리는 등 다양한 임상 조건에서 설계한 실험이 추가되어야 할 것으로 생각한다.

CONCLUSIONS

본 연구는 절삭가공 방식과 3가지의 적층가공 방식(SLA, DLP, LCD)으로 제작한 3본 고정성 임시 보철물의 내면과 마진, 인공치 기저면의 진실도를 비교하여 분석하였고 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. 각 제조 방식에 따라 제작한 3본 고정성 임시 보철물의 진실도 RMS 수치는 각 group들 사이에 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 나타났으며, 내면 측정 부위에서는 MI group이, 변연과 인공치 기저면 측정 부위에서는 LC group이 높은 정확도를 보였다.

2. 모든 제조 방식 간의 정확도 측정 수치는 내면 및 변연, 인공치 기저면 부위 모두 선행연구에서 제시한 통상적인 임상적 허용 범위 내에 존재한다.

ACKNOWLEDGEMENTS

None.

FUNDING

None to declare.

CONFLICT OF INTEREST

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

Fig 1.

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Figure 1.Experiment design. CAD: computer-aided design, MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays.
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Fig 2.

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Figure 2.Schematic diagram of LCD printer process. LCD: liquid crystal displays, UV: ultraviolet.
Journal of Technologic Dentistry 2023; 45: 31-38https://doi.org/10.14347/jtd.2023.45.2.31

Fig 3.

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Figure 3.The internal, marginal and pontic base trueness color-difference map. (A) Subtractive manufacturing method group. (B) Stereolithography manufacturing method group. (C) Digital light manufacturing method group. (D) liquid crystal display manufacturing method group.
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Table 1 . Mean±SD of internal gap for 4 groups (n=10, unit: μm).

Internal area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI31.79±6.39A27.2236.36<0.001
SL69.34±29.88B47.9790.71
DL35.89±4.17A32.9138.87
LC35.43±4.67A32.0938.77

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval..

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,BOther superscript letters indicate groups with significant differences..

Table 2 . Mean±SD of marginal gap for 4 groups (n=10, unit: μm).

Marginal area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI25.61±4.33A22.5128.71<0.001
SL48.94±18.98C35.3762.51
DL31.78±3.80B29.0634.50
LC25.39±4.36A22.2728.51

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval..

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,B,COther superscript letters indicate groups with significant differences..

Table 3 . Mean±SD of pontic gap for 4 groups (n=10, unit: μm).

Pontic base area
GroupMean±SD95% CIp-value
MinMax
MI17.09±6.47ABC12.4621.72<0.001
SL16.34±6.46C11.7220.96
DL20.75±2.03B19.3022.20
LC8.72±2.74A6.7610.68

MI: milling machine, SL: stereolithography, DL: digital light processing, LC: liquid crystal displays, SD: standard deviation, CI: confidence interval..

Determined significance by Kruskal–Wallis H test (α=0.05). Mann–Whitney with Bonferroni correction used for the comparison between groups (α=0.0083). A,B,C,ABCOther superscript letters indicate groups with significant differences..

References

  1. Kang SY, Park JH, Kim JH, Kim WC. Accuracy of provisional crowns made using stereolithography apparatus and subtractive technique. J Adv Prosthodont. 2018;10:354-360.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  2. Ehrenberg D, Weiner GI, Weiner S. Long-term effects of storage and thermal cycling on the marginal adaptation of provisional resin crowns: a pilot study. J Prosthet Dent. 2006;95:230-236.
    Pubmed CrossRef
  3. Rakhshan V. Marginal integrity of provisional resin restoration materials: a review of the literature. Saudi J Dent Res. 2015;6:33-40.
    CrossRef
  4. Tom TN, Uthappa MA, Sunny K, Begum F, Nautiyal M, Tamore S. Provisional restorations: an overview of materials used. J Adv Clin Res Insights. 2016;3:212-214.
    CrossRef
  5. Alharbi N, Osman R, Wismeijer D. Effects of build direction on the mechanical properties of 3D-printed complete coverage interim dental restorations. J Prosthet Dent. 2016;115:760-767.
    Pubmed CrossRef
  6. Abdullah AO, Tsitrou EA, Pollington S. Comparative in vitro evaluation of CAD/CAM vs conventional provisional crowns. J Appl Oral Sci. 2016;24:258-263.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  7. Beuer F, Schweiger J, Edelhoff D. Digital dentistry: an overview of recent developments for CAD/CAM generated restorations. Br Dent J. 2008;204:505-511.
    Pubmed CrossRef
  8. van Noort R. The future of dental devices is digital. Dent Mater. 2012;28:3-12.
    Pubmed CrossRef
  9. Khaledi AA, Farzin M, Akhlaghian M, Pardis S, Mir N. Evaluation of the marginal fit of metal copings fabricated by using 3 different CAD-CAM techniques: milling, stereolithography, and 3D wax printer. J Prosthet Dent. 2020;124:81-86.
    Pubmed CrossRef
  10. Lee WS, Lee DH, Lee KB. Evaluation of internal fit of interim crown fabricated with CAD/CAM milling and 3D printing system. J Adv Prosthodont. 2017;9:265-270.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  11. Torabi K, Farjood E, Hamedani S. Rapid prototyping technologies and their applications in prosthodontics, a review of literature. J Dent (Shiraz). 2015;16:1-9.
    Pubmed KoreaMed
  12. Choi EJ, Kim SA, Bae JY, Kwon YJ, Lee KH. A study on the state-of-the-art of 3D printers. Proc Korean Soc Comput Inf Conf. 2013;21:385-388.
  13. Kang W, Lee HK. A study of three-dimensional evaluation of the accuracy of resin provisional restorations fabricated with the DLP printer. J Korean Acad Dent Technol. 2020;42:35-41.
    CrossRef
  14. Lee JS, LEE JJ. A study on the development of fashion design based on FDM 3D printing. J Korean Soc Fash Des. 2016;16:101-115.
    CrossRef
  15. Moon W, Kim S, Lim BS, Park YS, Kim RJ, Chung SH. Dimensional accuracy evaluation of temporary dental restorations with different 3D printing systems. Materials (Basel). 2021;14:1487.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  16. Jo KH, Jang HS, Ha YM, Lee SH. Development of high-performance, low-cost 3D printer using LCD and UV-LED. J Korean Soc Precis Eng. 2015;32:917-923.
    CrossRef
  17. Kim HD. Application of 3D printer in dental clinic. J Korean Acad Esthet Dent. 2018;27:82-96.
    CrossRef
  18. Yu BY, Son K, Lee KB. Evaluation of intaglio surface trueness and margin quality of interim crowns in accordance with the build angle of stereolithography apparatus 3-dimensional printing. J Prosthet Dent. 2021;126:231-237.
    Pubmed CrossRef
  19. Alharbi N, Alharbi S, Cuijpers VMJI, Osman RB, Wismeijer D. Three-dimensional evaluation of marginal and internal fit of 3D-printed interim restorations fabricated on different finish line designs. J Prosthodont Res. 2018;62:218-226.
    Pubmed CrossRef
  20. Grajower R, Zuberi Y, Lewinstein I. Improving the fit of crowns with die spacers. J Prosthet Dent. 1989;61:555-563.
    Pubmed CrossRef
  21. Hung SH, Hung KS, Eick JD, Chappell RP. Marginal fit of porcelain-fused-to-metal and two types of ceramic crown. J Prosthet Dent. 1990;63:26-31.
    Pubmed CrossRef
  22. Huh JB, Park CG, Kim HY, Park CK, Shin SW. Evaluation using replica technique on the marginal and internal fitness of zirconia cores by several CAD/CAM systems. J Korean Acad Prosthodont. 2010;48:135-142.
    CrossRef
  23. Lee H, Lee DH, Lee KB. In vitro evaluation methods on adaptation of fixed dental prosthesis. J Dent Rehabil Appl Sci. 2017;33:63-70.
    CrossRef
  24. Kim RJ, Park JM, Shim JS. Accuracy of 9 intraoral scanners for complete-arch image acquisition: a qualitative and quantitative evaluation. J Prosthet Dent. 2018;120:895-903.e1.
    Pubmed CrossRef
  25. Hamza TA, Ezzat HA, El-Hossary MM, Katamish HA, Shokry TE, Rosenstiel SF. Accuracy of ceramic restorations made with two CAD/CAM systems. J Prosthet Dent. 2013;109:83-87.
    Pubmed CrossRef
  26. Cho BM, Lee DJ. A study on cutting characteristics according to cutting direction in ball-end milling. Trans Korean Soc Mach Tool Eng. 2007;16:191-197.
  27. Cho BM, Yoo IS, Lee DJ. A study on the geometric characteristics according to semi-cylindrical tool path in ball-end milling. Seoul: Korean Society of Manufacturing Technology Engineers; 2009. p.362-367.
  28. Schaefer O, Kuepper H, Thompson GA, Cachovan G, Hefti AF, Guentsch A. Effect of CNC-milling on the marginal and internal fit of dental ceramics: a pilot study. Dent Mater. 2013;29:851-858.
    Pubmed CrossRef
  29. Shin GS, Kweon HK, Kang YG. The influence of experiment variables on DLP 3D printing using ART resin. J Korean Soc Manuf Process Eng. 2017;16:101-108.
    CrossRef
  30. Shin GS, Kweon HK, Kang YG. Study on hardness of DLP 3D printer according to wavelength and light power. Daegu: Korean Society of Manufacturing Process Engineers; 2018. p.182.
  31. Noh MJ, Lee HB, Kim JH. Evaluation of marginal and internal accuracy of provisional crowns manufactured using digital light processing three-dimensional printer. J Tech Dent. 2022;44:31-37.
    CrossRef
  32. Kim CM, Kim SR, Kim JH, Kim HY, Kim WC. Trueness of milled prostheses according to number of ball-end mill burs. J Prosthet Dent. 2016;115:624-629.
    Pubmed CrossRef
  33. Kim DY, Jeon JH, Kim JH, Kim HY, Kim WC. Reproducibility of different arrangement of resin copings by dental microstereolithography: evaluating the marginal discrepancy of resin copings. J Prosthet Dent. 2017;117:260-265.
    Pubmed CrossRef
  34. Berger U. Aspects of accuracy and precision in the additive manufacturing of plastic gears. Virtual Phys Prototyp. 2015;10:49-57.
    CrossRef
  35. Christensen GJ. The state of fixed prosthodontic impressions: room for improvement. J Am Dent Assoc. 2005;136:343-346.
    Pubmed CrossRef
  36. Ahn JJ, Huh JB, Choi JW. In vitro evaluation of the wear resistance of provisional resin materials fabricated by different methods. J Korean Acad Prosthodont. 2019;57:110-117.
    CrossRef
  37. Cho WT, Choi JW. Comparison analysis of fracture load and flexural strength of provisional restorative resins fabricated by different methods. J Korean Acad Prosthodont. 2019;57:225-231.
    CrossRef
  38. McLean JW. Polycarboxylate cements. Five years' experience in general practice. Br Dent J. 1972;132:9-15.
    Pubmed CrossRef
  39. Assif D, Rimer Y, Aviv I. The flow of zinc phosphate cement under a full-coverage restoration and its effect on marginal adaptation according to the location of cement application. Quintessence Int. 1987;18:765-774.
    Pubmed
  40. Gulker I. Margins. N Y State Dent J. 1985;51:213-215, 217.
    Pubmed CrossRef
  41. Kim DY, Kim JH, Kim HY, Kim WC. Comparison and evaluation of marginal and internal gaps in cobalt-chromium alloy copings fabricated using subtractive and additive manufacturing. J Prosthodont Res. 2018;62:56-64.
    Pubmed CrossRef
  42. Pyo SW, Lee JJ, Han JS, Lim YJ. Study on methodology for the assessment of internal and marginal adaptation on fixed dental prosthesis. J Dent Rehabil Appl Sci. 2016;32:158-168.
    CrossRef
  43. Stappert CF, Dai M, Chitmongkolsuk S, Gerds T, Strub JR. Marginal adaptation of three-unit fixed partial dentures constructed from pressed ceramic systems. Br Dent J. 2004;196:766-770. discussion 760, quiz 780.
    Pubmed CrossRef
  44. Tinschert J, Natt G, Mautsch W, Spiekermann H, Anusavice KJ. Marginal fit of alumina-and zirconia-based fixed partial dentures produced by a CAD/CAM system. Oper Dent. 2001;26:367-374.
    Pubmed
  45. Groten M, Axmann D, Pröbster L, Weber H. Determination of the minimum number of marginal gap measurements required for practical in-vitro testing. J Prosthet Dent. 2000;83:40-49.
    Pubmed CrossRef
  46. Kim JH, Jeong JH, Lee JH, Cho HW. Fit of lithium disilicate crowns fabricated from conventional and digital impressions assessed with micro-CT. J Prosthet Dent. 2016;116:551-557.
    Pubmed CrossRef
  47. Bae SY, Park JY, Jeong ID, Kim HY, Kim JH, Kim WC. Three-dimensional analysis of marginal and internal fit of copings fabricated with polyetherketoneketone (PEKK) and zirconia. J Prosthodont Res. 2017;61:106-112.
    Pubmed CrossRef
  48. Kim KB, Jung JK, Kim JH. Accuracy of digital impression made from different elastomeric impression materials: three-dimensional superimpositional analysis. J Dent Hyg Sci. 2014;14:94-100.
  49. Schaefer O, Watts DC, Sigusch BW, Kuepper H, Guentsch A. Marginal and internal fit of pressed lithium disilicate partial crowns in vitro: a three-dimensional analysis of accuracy and reproducibility. Dent Mater. 2012;28:320-326.
    Pubmed CrossRef

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Journal of Technologic Dentistry

eISSN 2288-5218
pISSN 1229-3954
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