[논문]광경화성 3D 프린팅 레진의 출력각도에 따른 굽힘 특성과 신뢰성 평가

임용운; 송두빈; 황성식; 김사학; 한만소

doi:10.14347/jtd.2021.43.1.13

광경화성 3D 프린팅 레진의 출력각도에 따른 굽힘 특성과 신뢰성 평가
Evaluation of flexural properties and reliability with photo-curing 3D printing resin according to the printing orientations 원문보기

Journal of technologic dentistry : JTD, v.43 no.1, 2021년, pp.13 - 18

임용운 (경동대학교 치기공학과) , 송두빈 (대전보건대학교 치기공과) , 황성식 (경동대학교 치기공학과) , 김사학 (경동대학교 치기공학과) , 한만소 (대전보건대학교 치기공과)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: This study aimed to compare the flexural properties and perform the Weibull analysis of photo-curing three-dimensional (3D) printing resin. Methods: Photo-curing temporary resin (3D polymer) was used as a printing resin. Specimens (65 × 10 × 3.3 ㎣) were prepared following the ISO 20975-1 guidelines and according to the different printing orientations using a digital light processing 3D printer (D2 120; Dentium). The flexural strength (FS), flexural modulus, and work of fracture (WOF) were measured using a universal testing machine (Instron 3344; Instron) at a crosshead speed of 5 mm/min. Results: In this study, the 0° orientation exhibited higher FS and WOF than the 45° orientation. Significant differences were found among the printing orientations (p<0.05). Specimens printed at the 0° orientation were the most accurate. In the Weibull analysis, 0° showed the greatest Weibull modulus (m), which represents a higher reliability. Conclusion: 3D printing should be selected and used by considering flexural properties, size accuracy, and reliability.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

특히 출력 각도는 정확한 구강 내 보철물을 수복하는 관점에서 물성에 영향을 주는 중요한 요소이다[12]. 그러므로 출력 플랫폼을 기준으로 0°, 45° 및 90°의 조건에 따른 굽힘 특성과 출력 시 크기 정확도를 평가하여 출력방향에 따른 보철물의 영향을 분석하고자 하였다.
하지만 ISO 4049의 경우, 2 mm의 얇은 두께와 폭 때문에 프린팅 시편의 제거 시 변형이 심하고, 시편의 크기가 작아서 출력 후 후경화 공정에 따른 뒤틀림이나 말림현상을 일으킬 수 있다[18-20]. 따라서 이러한 문제로 인한 크기의 부정확성을 방지하고자 본 연구에서는 ISO 20795-1에 따른 크기의 시편을 출력하여 광경화성 3D 프린팅 레진의 굽힘 특성을 평가하였다[15]. 굽힘 특성은 적층 두께, 레이저 광도, 출력각도 등에 영향을 받으며, 특히 출력각도는 우수한 물성을 얻기 위해 매우 중요한 요소이다[12-14].
또한 출력에 따른 크기 정확도(size accuracy)를 평가하였으며, 와이블(Weibull) 분석으로 신뢰성을 평가하여 최적의 수복물 출력에 대한 임상적 정보를 알아보고자 하였다.

제안 방법

3 mm의 시편을 오토캐드(Fusion 360; Autodesk, San Rafael, CA, USA) 로디자인하여 STL 파일로 저장하였다[15]. Build processor (BP; Den- tium, Seoul, Korea)을 이용하여 시편의 출력각도를 0°, 45°, 90°로 설정하여 지지부(supporting pin)를 설치하였다.
건조하였다. 건조된 시편은 UV (PCM100; Dentium)를 이용하여 10분 동안 후경화 처리를 시행하였다(Table 1).
광경화성 3D 프린팅 레진의 출력각도에 따라 출력 후 10분간 후처리 중합을 시행한 뒤 출력 시편의 크기를 디지털 캘리퍼스(CD- 10APX; Mitutoyo, Kawasaki, Japan)로 측정, 다음의 식을 적용하여 산출하였다.
굽힘 특성은 적층 두께, 레이저 광도, 출력각도 등에 영향을 받으며, 특히 출력각도는 우수한 물성을 얻기 위해 매우 중요한 요소이다[12-14]. 따라서 본 연구에서는 광경화성 3D 프린팅 레진의 출력각도에 따른 굽힘 특성을 분석하기 위해 3점 굽힘 시험법을 사용하였다.
SiC #1200 연마지로 연마하였다. 만능재료시험기(Instron 3344;Instron)로 측정된 굽힘강도 데이터를 이용하여 다음의 공식을 적용, 굽힘강도와 굽힘 탄성계수, 파절에너지를 산출하였다.
본 연구에서 광경화성 3D 프린팅 레진을 이용하여 출력각도에 따른 굽힘 특성 및 출력 시 크기변화를 비교 분석한 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 광경화성 3D 프린팅 레진(3D-polymer; Myeong Moon Dental, Daegu, Korea)을 이용하여 굽힘 특성을 평가하기 위해서 ISO 20795-1에 따른 길이 65 mm, 폭 10 mm, 두께 3.3 mm의 시편을 오토캐드(Fusion 360; Autodesk, San Rafael, CA, USA) 로디자인하여 STL 파일로 저장하였다[15]. Build processor (BP; Den- tium, Seoul, Korea)을 이용하여 시편의 출력각도를 0°, 45°, 90°로 설정하여 지지부(supporting pin)를 설치하였다.
이에 본 연구에서는 DLP 방식의 광경화성 3D 프린팅 레진의 출력 각도에 따른 굽힘강도, 굽힘 탄성계수, 파절에너지 등 굽힘 특성을 분석하였다. 또한 출력에 따른 크기 정확도(size accuracy)를 평가하였으며, 와이블(Weibull) 분석으로 신뢰성을 평가하여 최적의 수복물 출력에 대한 임상적 정보를 알아보고자 하였다.
출력한 3D 프린팅 레진(n=4)은 DLP 방식의 3D 프린터(Dental 3D Printer-P; Dentium)를 이용하여 100 μm로 적층하여 출력하였다 (Fig. 1).

데이터처리

광경화성 3D 프린팅 레진의 출력각도에 따른 신뢰성을 비교 평가하기 위하여 2-변수 와이블(2-parameters Weibull)분석을 실시하였다. 각 시편의 데이터 값을 아래의 식에 대입하여 와이블 계수(m)를 구하여 비교하였다.
5.통계분석

통계처리는 IBM SPSS 21.0 for windows (IBM, Armonk, NY, USA)를 이용하여 3D 프린팅의 출력 각도에 따른 굽힘강도 평균값들을 일원 배치 분산분석(one-way ANOVA) 및 Tukey’s honestly significant difference 사후 검정을 실시하였으며, 유의수준 p<0.05로 하였다.

이론/모형

굽힘강도값의 분산을 통한 3D 프린팅 레진의 신뢰성을 와이블 분석법을 적용하여 평가하였다. 시편에 내재하는 결함의 정도에 따른 치과용 레진의 신뢰성 평가가 이루어져 왔다[10, 25].
확보를 위해 매우 중요하다. 저작 시 발생되는 복합응력의 적용과 인장응력에 의한 보철물의 파절이 빈번하게 발생되므로 굽힘 평가법을 적용하였다. 치과용 수복재료의 경우, 국제표준규격(ISO 4049) 에의한 3점 굽힘 시험(3-point flexural test)으로 굽힘강도, 굽힘 탄성계수와 파절에너지 등의 굽힘 특성을 적용하여 빈번하게 평가되어 왔다 [16, 17].

성능/효과

1. 광경화성 3D 프린팅 레진의 굽힘강도와 굽힘 탄성계수는 90° 그룹에서 가장 높았으며, 45° 그룹에서 가장 낮았다.
2. 파절에너지는 0°그룹에서 가장 높았으며, 90°그룹에서 가장 낮았다. 통계적으로 0°그룹과 45°그룹 사이에 유의한 차이를 보였다 (p<0.
3. 출력 크기의 정확도는 0°그룹에서 폭과 두께 모두 우수하였다. 45°그룹과 90°그룹은 모두 13% 이상의 부정확도를 보였다.
3D 프린팅 레진이 파절될 때 하중에 의해 흡수한 에너지를 나타내는 파절 에너지는 0°그룹에서 가장 높았으며, 90°그룹과 통계적으로 유의한 차이는 보이지 않았다(p<0.05). 또한 45°그룹에서 가장 낮은 파절 에너지를 보였다.
4. 와이블 계수는 0°그룹에서 가장 높았으며 45°, 90°그룹과 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
광경화성 3D 프린팅 레진의 출력 시 크기 정확도는 0°그룹에서 폭과 두께 모두 우수한 정확성을 보였으며, 45°와 90°그룹에서는 13% 이상 높은 부정확도(error rate)를 보였다. Tahayeri 등[22]은 폭과 두께의 경우 45°와 90°에서 15% 이상의 높은 부정확도를 보였으며, 본 연구와 일치하였다.
파절 에너지(WOF)는 0°, 45°, 90°순으로 높았다. 굽힘강도에 의한 재료의 신뢰도를 나타내는 와이블계수(m)는 0°에서 가장 높은 신뢰성을 보였으며, 45°에서 가장 낮았다(m<16). 와이블 분석(Fig.
그러므로 본 연구는 3D 프린팅 레진의 출력각도에 따른 굽힘강도, 굽힘 탄성계수, 파절에너지 등의 굽힘 특성을 평가하고, 와이블 계수를 통한 신뢰성 분석과 크기의 정확도를 평가함으로 광경화성 3D 프린팅 레진의 임상 적용 시 유용한 정보를 제공하기 때문에 실험적 의의가 크다고 할 수 있다.
3D 프린팅 레진 출력 시결함의 여부에 따라 신뢰성은 달라질 수 있다. 본 연구에서 굽힘 강도에 의한 3D 프린팅 레진의 신뢰성을 나타내는 와이블 계수는 0° 그룹에서 가장 높았으며, 45°에서 가장 낮았다. 0°그룹에서의 높은 신뢰성은 DLP 출력 방식에서 적층 두께에 따른 출력 소요 시간과 우수한 굽힘 강도와 굽힘 탄성계수를 고려할 때 임상적으로 추천될 수 있을 것으로 생각된다.
2~4에 나타내었다. 본연구에서 FS는 90°그룹에서 84.65 MPa로 가장 높았으며, 0° 그룹과는 통계적으로 유의한 차이가 없었다(p>0.05). 또한 FMe 90° 그룹에서 가장 높았으며 0°, 45° 순으로 높았다.
본연구에서 굽힘강도(FS)는 90°그룹에서 84.65 MPa로 가장 높았으며, 0°그룹과는 통계적으로 유의한 차이가 없었다(p>0.05). 45° 그룹에서 74.
크기 정확성은 0°에서 폭과 두께 모두 우수하였으며, 45°와 90°에서 10% 이상 높은 부정확성을 보였다(Fig. 6).
파절에너지는 0°그룹에서 가장 높았으며, 90°그룹에서 가장 낮았다. 통계적으로 0°그룹과 45°그룹 사이에 유의한 차이를 보였다 (p<0.05).

후속연구

0°그룹에서의 높은 신뢰성은 DLP 출력 방식에서 적층 두께에 따른 출력 소요 시간과 우수한 굽힘 강도와 굽힘 탄성계수를 고려할 때 임상적으로 추천될 수 있을 것으로 생각된다. 따라서 3D 프린팅 레진에 대한 신뢰성의 평가지표로 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
따라서 DLP 방식의 광경화성 3D 프린팅 레진 출력에 의한 수복 물을 제작할 경우 굽힘 특성과 신뢰성을 고려한 종합적 평가가 이루어져야 할 것으로 생각된다. 우수한 굽힘 특성과 신뢰성이 높은 0° 그룹에서의 출력을 권장한다.
하지만 광경화성 레진의 출력각도의 적층 방향의 동일한 조건으로 볼 때 결과들을 무시할 수는 없다. 본 연구에서 사용된 광경화성 3D 프린팅 레진은 치관용으로 보철물의 용도 등에 따라 출력각도 선정에 주의를 기울어야 할 것으로 생각된다. 45°그룹에서 굽힘강도는 74.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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