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3D프린팅에서 이상적인 출력물을 얻기 위해 다양한 매개변수를 제어하게 된다. 3D프린팅 출력물은 동일한 프린터 및 소재를 이용하여 출력하더라도 출력물이 프린팅 되는 위치, 각도에 따라 최종 출력물의 정확도와 물리적 특성에 영향을 미친다. 그리고 프린팅 된 출력물은 세척 및 후경화 과정이 필요한데, 이 과정이 출력물에 미치는 영향 또한 무시할 수 없다. 최근 후경화 조건이 최종 출력물에 영향을 미친다는 연구들이 보고되고 있다. 후경화 시간, 온도에 따른 치과용 ...

3D프린팅에서 이상적인 출력물을 얻기 위해 다양한 매개변수를 제어하게 된다. 3D프린팅 출력물은 동일한 프린터 및 소재를 이용하여 출력하더라도 출력물이 프린팅 되는 위치, 각도에 따라 최종 출력물의 정확도와 물리적 특성에 영향을 미친다. 그리고 프린팅 된 출력물은 세척 및 후경화 과정이 필요한데, 이 과정이 출력물에 미치는 영향 또한 무시할 수 없다. 최근 후경화 조건이 최종 출력물에 영향을 미친다는 연구들이 보고되고 있다. 후경화 시간, 온도에 따른 치과용 임시수복물 소재의 기계적인 특성 및 생물학적 안전성에 대한 연구와 후경화 시 출력된 long-span bridges의 뒤틀어짐을 줄이기 위한 연구 등이 그 예이다. 앞선 연구들을 통해 3D프린팅기술로 완성된 임시보철물은 경화 정도에 따라 물리적 성질이 달라질 수 있으며, 온전한 중합이 되지 않은 수지의 경우 치수 및 구강 점막에 세포 독성을 유발하고, 구강 상피 세포의 단백질 합성을 억제 할 수 있으므로 생물학적 안전성에 대한 연구가 함께 수반되어야 함을 확인 할 수 있다. 임시수복물 등 당일에 장착해 주어야 하는 3D프린팅 보철물의 경우, 시간이 오래 걸리면 임상적 효용성이 떨어지기 때문에 제작에 소요되는 시간이 중요하다. 급속 프린팅 기술이 상용화되어 실제 프린팅 시간이 많이 단축되고 있지만, 세척, 후경화에 걸리는 시간은 여전히 오래 기다려야 해서 속도 결정 단계이다. 특히 후경화 과정은 재료별, 장비별로 20분에서 60분까지 걸리므로, 이를 단축할 필요가 있다. 최근 후경화 조건 차이에 따른 정확도, 강도 생물학적 안전성에 대한 연구들은 보고되고 있지만, 이를 단축하기위해 광량을 높여 후경화 시간을 줄이려는 연구는 많이 되어있지 않다.
보고된 바에 의하면 치과용 광경화 레진은 소재의 특성, UV-light의 조사강도 및 노출 시간에 따라 43%~75%범위의 중합도 (DC; degree of conversion)값을 갖는다. 3D프린팅 시 사용되는 후경화 장비는 3D프린트 재료 제조사에서 제공하는 특정 장비 사용을 권장하지만, 이전 연구에서는 이러한 권장사항을 따른다고 해서 가장 높은 물리적 성질을 담보하지는 않는다고 언급하였다. 아직 3D프린트 임시수복 재료에 사용되는 후경화기의 UV 조사강도, 노출시간 및 온도가 결과물의 중합도에 미치는 영향은 많이 알려지지 않았다. 따라서 중합도에 따른 기계적 특성, 생물학적 안전성에 대한 연구가 필요하다.
본 연구의 목적은 3D프린트한 임시수복물의 후경화 조건에 따른 물리적 특성, 정확도, 그리고 생체안전성을 평가하는 것이다. 이를 위하여 본 연구에서는 임시수복물 소재로 3D프린트한 시편을 5개의 다른 후경화 장비를 사용하여 경화를 한 후, 후경화기 별 조건 차이에 따른 출력물의 표면경도, 굴곡강도, 중합도, 세포독성, 수축률을 측정하고 파절단면을 전자현미경(SEM)으로 촬영하여 정성적인 평가 또한 진행하고자 한다. 본 연구의 귀무가설은 광량이 다른 후경화 장비 5종에서 후경화 시 측정된 내부 온도와 설정한 시간이 출력물의 표면경도, 굴곡강도, 중합도 (DC; degree of conversion), 세포독성 및 정확도에 영향을 미치지 않는다는 것이다.
실험에 맞게 디자인 된 시편은 Nextdent사의 임시치아용 소재(C&B MFH, N1)로 DLP방식의 3D프린터(ND5100, Nextdent)를 이용하여 3D프린팅 하였다. 출력된 모든 시편은 알코올 세척 후 특성이 다른 5종의 후경화기 (D102H, FormCure, LC-3DPrintBox, Medusa, MP100)로 제조사에서 추천하는 시간을 참고하여 후경화 과정을 진행하였다. 장비들의 빛 세기와 온도를 측정하였고 준비된 시편은 물리적 특성, 정확도, 그리고 생체안전성을 평가하기 위해 Vickers hardness, Flexural strength & modulus, DC, Cytotoxicity, polymerization shrinkage, 파절단면 표면 SEM 분석을 진행하였다.
5종 후경화기의 측정된 빛 세기는 ME, D1, FO, LC, MP 순서로 강했고, ME군은 빛 세기가 가장 약한 MP군에 비해 최대 100배 이상
다. 후경화 시간동안 측정된 장비 온도는 LC군이 75.3℃로 가장 높게 상승하였고, D1군이 43.4℃로 가장 낮은 온도를 보였다. 비커스경도 시험결과 15.55~21.5 범주의 결과를 보였고, LC가 가장 높고 MP가 가장 낮았다. Flexural strength 시험 결과 모든 군이 100MPa 이상의 값으로 임시치아로 사용하기 적합한 굴곡강도를 보였고, Modulus는 1.17 ~ 1.5 GPa 범주내의 결과값을 보였다. 중합률 결과값은 물성시험 결과값과 유사하며 D1군이 59.8±2.2 %으로 가장 높았고, ME군이 45.9±6.1 %로 가장 낮았다. 세포독성시험 실험결과 D1, FO, LC, ME군 모두 70% 이상의 세포생존률을 보였으며, 이러한 결과는 ISO-10993-5 standard에 따라 독성이 없는 것으로 간주한다. 중합수축률 측정결과 FO, LC, MP, D1, ME군 순서로 수축률이 컸다.
본 연구를 통해 재료 제조사에서 제안한 후경화기가 모든 실험에서 가장 좋은 결과를 보이진 않는다는 것을 확인할 수 있었다. 이렇게 각기 다른 실험결과는 빛의 파장, 빛의 세기, 온도, 시간 등의 후경화 조건 차이가 영향을 미친 것으로 보인다. 즉, 소재별로 전략적인 후경화 장비 도입이 3D프린팅 출력물의 적절한 기계적인 특성, 세포독성을 얻기 위해서 필요하며, 특히 임시수복물에 사용하는 소재는 이러한 연구를 지속하여 3D프린팅 및 후경화 시간을 단축하려는 노력이 필요하다
본 연구의 한계점은 3D프린팅 임시수복재료 1가지 유형에 대한 실험 결과만을 포함한 것이다. 다른 3D프린팅 재료는 다른 결과를 보일 수 있다. 또한 일반적인 임상환경에서 사용되는 임시보철물의 표본이 본 연구에서 조사되지 않았다. 향후 연구는 치아 형태의 시편으로 가속 노화실험 등의 평가를 진행할 필요가 있다.
이 in vitro연구 결과를 바탕으로 다음과 같은 결론을 내렸다.
1. 표면경도, 굽힘강도, 중합률과 같은 물성실험 결과는 후경화 조건과 관련이있다.
2. 중합 수축률은 중합 후 시간 및 온도 조건에 비례한다.
3. 빛 세기가 강할 때 표면경도는 짧은 후경화 시간에도 표면층이 충분히 중합되어 유해물질이 용출되지 않았다.
4. 이러한 발견은 빛 세기와 시간 조절을 통해 후경화 공정 시간 단축이라는 임상적 유효성의 가능성을 시사한다.

Abstract ▼ AI-Helper

With commercialization of high-speed printing technology, the actual printing time has been significantly reduced, but the time required for post-polymerization is a speed-determining step because of the long wait time. The Purpose of the present study was to assess physical properties, accuracy, an...

With commercialization of high-speed printing technology, the actual printing time has been significantly reduced, but the time required for post-polymerization is a speed-determining step because of the long wait time. The Purpose of the present study was to assess physical properties, accuracy, and biosafety of 3D printed provisional restorative materials according to post-polymerization conditions.
Specimens were prepared by 3D printing with a DLP 3D printer using provisional dental materials from Nextdent. All printed specimens underwent a post-polymerization process with five different post-polymerization conditions were designated as D1 (D102H), FO (Form Cure), LC (LC-3DPrintBox), ME (Medusa), and MP (MP100) groups. The light intensity and temperature of each device were measured, and the Vickers hardness, flexural strength and modulus, degree of conversion (DC), cytotoxicity, and polymerization shrinkage were analyzed. Statistical analyses were conducted by the one-way ANOVA and Tukey post-hoc test (α=.05). Regression analysis was conducted to analyze the relationship between the post-polymerization conditions and the result of experiments using R-based statistical software (v1.6; Jamovi). A scanning electron microscope was used to assess the fracture surface characteristics of the prepared specimens.
Light intensity was strongest with the ME device, and the temperature inside the device during post-polymerization showed the highest increase with the LC device and the lowest increase with the D1 device. The LC group specimens showed the highest and the MP group showed the lowest mean Vickers hardness. The flexural strength was ≥100 MPa in all groups, with a flexural modulus ranging from 1.17 to 1.5 GPa. The DC results were similar to the physical properties test results. The D1, FO, LC, and ME groups all showed ≥70% cell viability, indicating no toxicity. The FO group showed the highest shrinkage rate of 0.52%.
When the light intensity was strong, the surface was sufficiently hard, and toxic substances were not eluted even after a short post-polymerization time, suggesting that light intensity modulation and time management can be used to improve the post-polymerization process. An intense post-polymerization process of short duration showed the potential for clinical effectiveness in terms of improved physical properties with low cytotoxicity and reducing a reduction in the time necessary for post-polymerization.

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