Accuracy of mandibular removable partial denture frameworks fabricated by three techniques

Abstract

The purpose of this study was to evaluate the accuracy of metal frameworks for mandibular removable partial dentures (RPDs) fabricated using three techniques via digital superimposition. A mandibular dentiform of Kennedy Class II modification 1 was prepared with rest seats and guiding planes on the left second premolar, right first premolar, and right second molar. Thirty master casts were fabricated using repetitive impressions of the prepared dentiform and were divided into three groups. Thirty RPD frameworks for each master cast were manufactured using three different methods: selective laser melting (SLM)-based metal 3D printing (SLM group), digital light projection-based resin 3D printing and subsequent casting (RPC group), and conventional lost-wax casting (CON group; n=10). The master casts were scanned twice after the preparation and after attaching silicone using the frameworks. The two scan files were superimposed using metrology software, and the thicknesses of the silicone material were measured at eight areas: three rests, four tissue stops, and a lingual bar. The internal discrepancies of each component and overall were compared among the three groups. Statistical analysis was conducted using SPSS Statistics (Version 23.0, IBM Corp, Somers, NY, USA). One-way ANOVA and a post-hoc Tukey’s multiple comparison tests were performed to determine differences among the three groups (α = 0.05). The following results were obtained. The RPC group exhibited significantly higher overall internal discrepancies than the SLM and CON groups (P=0.001 and P=0.019, respectively). The SLM and CON groups exhibited statistically insignificant differences in terms of overall internal discrepancies (P=0.633) and the lowest mean internal discrepancy at rests (P=0.010, P<0.001) and tissue stops (P=0.001, P=0.025), respectively. The lingual bars of the three groups indicated no statistically significant differences in terms of internal discrepancies. Within the limitations of this study, it can be concluded that SLM-fabricated RPD frameworks have overall similar accuracy to those of conventional cast RPD frameworks. A combined method of resin 3D printing and casting showed inferior accuracy; however, all frameworks in the three groups were clinically acceptable.

1970 년대부터 발전을 거듭해 온 CAD/CAM 기술은 치과계에 많은 변화를 가져왔으며, 국소 의치의 금속 구조물 제작도 예외는 아니었다. 2000 년대 초반, CAD/CAM 을 이용해 3D(삼차원)로 출력한 국소 의치 금속 구조물의 레진 모형이 전통 방식에서 수작업으로 만들어지던 납형을 대신하는데 성공하였고, 곧이어 컴퓨터 프로그램 상에서 설계한 국소 의치 금속 구조물을 금속 3D 프린팅 기술로 직접 출력하는 단계에 이르렀다. 이는 곧 많은 노동력과 시간이 소요됨에도 한 세기 넘게 사용되어 온 납형 주조 방식의 혁신적인 대안으로 각광받게 되었다. 이에 본 연구에서는 금속 3D 프린팅 방법 (SLM 군), 레진 3D 프린팅/주조 방법 (RPC 군), 전통적인 납형 주조 방법 (CON 군)으로 제작된 하악 국소의치 금속 구조물의 정확도를 디지털 중첩을 통해 비교해 보고자 한다. 먼저 케네디 분류 2 급 1 류의 하악 덴티폼을 준비하여 좌측 제 2 소구치의 근심, 우측 제 1 소구치의 원심, 우측 제 2 대구치의 근심에 교합면 레스트를 형성하고 유도면 설정 후 테이블탑 스캐너로 스캔하여 레퍼런스 파일로 저장하였다. 덴티폼을 반복적으로 인상 채득하고 석고를 부어 30 개의 주모형을 만들고, 완성된 주모형을 스캔한 뒤 각각 레퍼런스 파일에 중첩시켜 모든 주모형이 동일함을 확인하였다. 30 개의 주모형은 10 개씩 세 그룹으로 나누어 세 가지 방식으로 국소의치 금속 구조물을 제작하였으며, 국소 의치의 설계는 모두 동일하게 하였다 (주 연결부는 설측바, 좌측 제 2 소구치에는 I-바 클래스프, 우측 제 1 소구치와 제 2 대구치에는 C-클래스프를 적용하였으며, 양측 무치악부에는 두 개씩 조직부 스탑을 형성). 이후 완성된 각 금속 구조물마다 내면에 실리콘 재료를 얇게 도포하여 해당 모형에 시적한 뒤 빼내어 인기된 실리콘 재료만 남아 있는 모형을 동일한 스캐너로 다시 스캔하였다. 각 모형마다 갖게 된 두 스캔 자료를 중첩하여 총 8 곳(3 개의 레스트, 4 개의 조직부 스탑, 설측바)에서 실리콘 두께를 측정하여 내면 오차를 비교하였다. 그 결과, RPC 군의 내면 오차가 다른 두 군에 비해 유의하게 높은 것으로 나타났고(각 P=0.001, P=0.019), SLM 군과 CON 군은 통계적으로 유의할 만한 차이가 없었다(P=0.633). 국소 의치 금속 구조물의 각 부위별로 비교해 보면 교합면 레스트에서는 CON 군이(P=0.010, P<0.001), 조직부 스탑에서는 SLM 군이 가장 낮은 내면 오차를 보였으며(P=0.001, P=0.025), 설측 바에서는 세 군 모두 통계적으로 유의할만한 차이가 없었다. 결론적으로 금속 3D 프린팅 방식으로 제작된 국소 의치 금속 구조물은 전통적인 납형 주조 방식으로 제작된 금속 구조물과 비슷한 정확도를 보였다. 레진 3D 프린팅/주조 방식으로 제작된 금속 구조물은 가장 낮은 정확도를 보였으나, 세 군 모두 임상적으로 사용 가능한 범위에 있었다.