Mechanical properties of 3D-printed temporary crown resin materials in accordance to different acidity

Abstract

3D 프린팅이라고도 불리는 적층 제조 기술이 발달하며 다양한 적층 제조 기술을 활용한 치과용 임시 수복물이 제작되고 있다. 또한, 단 음식 및 음료 섭취로 인하여 이러한 임시 수복물은 다양한 산성도(acidity)에 노출되게 된다. 이에 본 연구는 서로 다른 적층 제조 기술을 사용하여 제작된 치과용 임시 레진 크라운 시편의 기계적 특성뿐만 아니라 산성에 노출되었을 때의 기계적 특성을 연구하였다. 총 180 개의 직육면체 모양의 시편, 60 개의 바 모양의 시편그리고 15 개의 디스크 모양의 시편을 Stereo Lithography Apparatus (SLA), Digital Light Processing (DLP) 및 Fused Deposition Modelling (FDM)의 세 가지 유형의 제조 방법으로 준비하였다. 모든 기계적 강도 시험은 두 가지의 산성도인 pH 4.0과 pH 6.0에서 진행되었다. 물리적 특성을 확인하기 위해 물 흡수도 용해도 시험을 평가하였다. 또한 기계적 특성을 확인하기 위해 표면 경도 시험, 굴곡 강도 시험, 마모저항성 시험을 평가하였다. 요구사항에 맞는 검증을 위하여 물 흡수도 용해도 시험과 굴곡강도 시험은 ISO 4049에 따라 평가하였다. 표면 경도 시험은 각 시편당 15 초 동안 500 g의 하중을 가하였고 3번씩 반복 측정하였다. 마모저항성 실험을 위해서는 3 종류의 시편과 지르코니아와 코발트 크롬합금의 대합치를 사용하였다. 마모도 시험 시 각 시편은 수직으로 5 mm, 수평으로 2 mm 움직이도록 설정되었고 이를 총 20,000 번 반복하였으며 5 kg 하중으로 저작 힘 을 가하도록 설정하였다. 비교를 위해 One-way ANOVA, Tukey's post-hoc analysis, Mann-Whitney, T-test를 사용하였다. SLA와 DLP 그룹의 경우 적층 제조 기술에 따른 마모저항성 시험, 표면 경도 시험, 굴곡 강도 시험 결과에서 두 그룹 간의 유의미한 차이를 보이지 않았다 (p > 0.05). 하지만 FDM 그룹은 마모저항성 시험, 표면경도 시험, 굴곡강도 시험 결과에서 SLA와 DLP 두 그룹에 비해 유의차 있게 감소하였다 (p < 0.05). 산성도를 고려할 때에는 적층 제조 기술에 상관없이 마모저항성 실험 결과에서 모든 시편이 pH 4.0에 노출되었을 때 최대 깊이 및 마모 손실량이 pH 6.0 일 때 보다 유의차 있게 증가하였고(p < 0.05), 표면경도, 굴곡강도 시험 결과에서는 모든 시편이 pH 4.0에 노출되었을 때 pH 6.0일 때 보다 유의차 있게 감소하였다(p < 0.05). 본 연구 결과, 세 가지 유형의 적층 제조 기술로 제작된 임시 수복물 재료의 기계적 특성에서 SLA 및 DLP 레진 시편이 FDM 레진 시편에 비해 안정적인 임상 결과를 얻을 수 있는 것으로 나타났으며 pH가 낮은 산성도 환경에서 기계적 특성이 낮아지는 것을 확인하였다. 이에 임상적으로 적층 제조 기술을 활용하여 임시 수복물을 제작하였을 때 어떠한 방식으로 적층 제조할지 결정과 산성도에 대한 주의가 필요할 것으로 사료된다. Recently, the digital industry has established itself as a major technology in the field of dentistry. Additive manufacturing (AM) technology has rapidly emerged as a key technology for digital dentistry. Temporary dental restorations are also produced using various additive manufacturing technologies. Additionally, dietary habits expose these temporary restorations to factors such as sugary food and acidic drinks. Thus, the objective of this study was to investigate the influence on the mechanical properties of temporary restorations produced from AM technology when exposed to different acidic pH levels, as well as the mechanical properties of fabricated temporary resin specimens through different AM technologies. A total of 180 rectangular parallelepiped-shaped specimens, 60 bar-shaped specimens, and 15 disk-shaped specimens were prepared using three different types of printing methods to produce dental resin crowns: Stereolithography Apparatus (SLA), Digital Light Processing (DLP), and Fused Deposition Modeling (FDM). All specimens were stored in two different pH levels of 4 and 6 and aged for one month in conditions simulating those of the oral environment at 37 ℃. The water absorption and solubility measurements were performed to confirm the physical properties. The Knoop surface hardness, flexural strength, and wear resistance measurements were performed to confirm the mechanical properties. The water absorption, solubility, and flexural strength were evaluated according to ISO 4049 to verify that the three different types of printing methods used for the dental resin crown meet the calibration requirements. To measure Knoop surface hardness, each specimen was tested under a 500gf load and 15 seconds dwell time, with three repeated measurements. To measure the wear resistance of the three different types of printing specimens, zirconia and cobalt-chrome alloy antagonists were used. Each specimen was then subjected to 20,000 cycles of chewing simulations with a 5 mm vertical descending movement and 2 mm horizontal movement under a 5 kg load. One-way ANOVA, Tukey's post-hoc analysis, Mann-Whitney, and T-test were used for comparison. The SLA and DLP groups showed no significant difference in Knoop surface hardness, flexural strength, and wear resistance (p > 0.05). However, the FDM group significantly decreased Knoop surface hardness, flexural strength, and wear resistance compared to the other two groups (p < 0.05). For the Knoop surface hardness test and flexural strength test, all specimens showed a significant decrease in surface hardness and flexural strength values (p < 0.05) in the presence of pH 4.0, regardless of the methods used to produce them. For the wear resistance test, all specimens showed a significant increase in wear volume loss and maximal depth loss values (p < 0.05) in the presence of pH 4.0, regardless of the methods used to produce them. In conclusion, despite the limitations of this in vitro experiment, the SLA and DLP groups showed greater mechanical properties compared to the FDM group. The acidic pH environment resulted in more destructive and weaker mechanical properties in all groups. When temporary restorations are clinically used, it is important to determine the method of additive manufacturing and pay attention to acidity.