1. 서론
임시치아 수복물은 구강 내에서 짧게는 며칠, 임플란트 수술 후 임시치아 수복물의 경우 길게는 6개월까지 사용이 필요하다. Powder 타입의 수작업 제작방식인 임시치아 수복물 제작에서 최근 CAD/CAM(Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing)을 활용한 임시치아 수복물 제작 방식 중 3D프린팅 기술을 이용한 임시치아 수복물 제작 방식이 주목되어 있다. 3D프린팅 기술은 CAD Design된 형상을 가장 정밀하게 재현하는 장점이 있지만, 물성의 강도가 약해 임상적용이 어려운 단점이 있다.
본 연구에서는 여러 3D프린팅 기술 중 치과분야에 가장 많이 적용되는 DLP(Digital Lighting Processing)방식의 3D프린터를 활용해 시편(ISO 10477:2004) 2종을 제작하여 UTM(Universal Testing Machine)시험장비에서 굴곡강도(Flexural Strength)를 테스트를 진행해 최대하중(N)과 굴곡 강도(MPa)를 비교 평가하고자 한다.
2. 본론
2.1 실험재료
본 연구에서는 Rhino 3D를 통해 디자인 된 시편을 그림 1과 같이 DLP 타입의 3D프린터 (Veltz/D2 모델) 장비에서 전용 임시치아용 레진 (시험군/3 DPolymer Shade A2, 대조군/국내A사) 을 사용해 100㎛/layer thickness로 출력하였다. 출력이 완료된 시편은 에틸 알코올(ethylalcohol 97%)로 세척하여 5분간 건조하였다. 시험군과 대조군 모두 Veltz/D2 모델에서 프린팅하였다.
Fig. 1 DLP타입 3D프린터(좌)와 임시치아용 레진 (3DPolymer Shade A2)(우)
시편은 3D프린팅 후 240W UV경화기에서 90초간 조사하고 샌드페이퍼로(P1000/18.3micron) 후처리하고 그림 2와 같이 시편크기는 ISO 10477:2004 규격에 맞게 H(2.0±0.1㎜) × W(2.0±0.1㎜) × L(25.0±0.1㎜) 범위로 총 40개 (시험군 20개, 대조군 20개를 제작하였다.
Fig. 2 ISO 10477:2004 시편 규격
제작된 시편은 만능 시험기(Universal Testing Machine)로 굴곡시험(3Point Bending Test)을 하였다.
2.2 실험방법
두 지지대의 거리는 20㎜로 설정하고, 시험 목표하중은 2N, 속도는 5㎜/min, 시작점 영점은 변 위로 설정하고, 유지시간은 60초로 하였다. 시편이 파절되는 시점에서 가하진 하중은 N 단위로 측정하였고, 다음의 공식으로 굴곡강도(MPa)를 계산하였다.[그림 3]
Fig. 3 굴곡시험(3Point Bending Test)
σ = 3Fl / 2bh2
σ: 굴곡강도(MPa)
F: 시편에 가해진 최고 하중(N)
l: 지지대 간의 거리(mm)
b: 시편의 폭(mm)
h: 시편의 두께(mm)
3. 결과 및 도찰
대조군(국내A사)의 경우 최대하중은 #6시편에서 40.64N으로 가장 높은 결과값을 얻었고, #3시편에서 31.72로 가장 낮은 결과값을 얻었으며, 최대하중의 평균값은 37.31N 결과를 얻었다. 굴곡강도는 #4시편에서 157.50MPa로 가장 높은 결과값을 얻었으며, #3시편에서 116.88MPa로 가장 낮은 결과값을 얻었으며, 굴곡강도 평균값은 139.77MPa 결과를 얻었다.
Fig. 4 제작된 사각 시편
시험군(Veltz)는 최대하중은 #13시편이 47.50N으로 가장 높은 결과값을 얻었으며, #6시편이 37.64N으로 가장 낮은 결과값을 얻었고, 최대하중 평균값은 44.16N 결과를 얻었다. 굴곡강도는#13시편이 222.65MPa로 가장 높은 결과값을 얻었으며, #6시편이 176.43MPa로 가장 낮은 결과 값을 얻었고, 굴곡강도 평균값은 206.98MPa 결과 값을 얻었다.[표 1]
Table 1. 시험결과표
Table 2. Flexural strength values of tested group
4. 결론
본 연구에서 확인한 DLP방식의 3D프린팅에서 치과용 임시치아 수복물용 재료 2종을 사용해 적층 출력된 시편은 정밀 재현성이 높았다. 그림 5. 와 같이 대조군은 평균 139.77 MPa 굴곡강도이며, 시험군은 평균 206.98MPa 굴곡강도로 대조군 대비 굴곡강도는 67.21MPa 높게 측정되었다. 최대하중은 시험군에서 평균 44.16N, 대조군에서 37.31N로 시험군이 6.85N 높게 측정되었다. 시험군, 대조군 모두 ISO 10477:2004에서 제시한 굴곡강도는 50MPa 이상으로 적합기준 이상으로 높게 측정되어 임상 적용에 문제는 없지만, 시험군은 구강 내에서 장기간 사용이 필요한 임플란트 수술 후 임시치아 수복물로 더 적합함을 확인하였다.
Fig. 5 최대하중 및 굴곡강도 평균값
이상의 연구결과, 디지털 치과진료 분야의 관련 장비, 소재기술이 첨차 국산화되고 그 품질 또한 우수한 제품이 출시되어 향후 치과분야의 임상 활용 사례가 더욱 늘어날 것으로 판단된다.
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