Dimensional Stability of Implant Surgical Guides: Effects of Thickness, Arch Type, and Storage Period

Abstract

Dimensional Stability of Implant Surgical Guides: Effects of Thickness, Arch Type, and Storage Period Purpose: This study aimed to investigate the effects of guide thickness, arch span, and storage duration on the dimensional stability and seating accuracy of three-dimensional (3D)-printed implant surgical guides. Materials and Methods: Stereolithography (SLA) in partial-arch (PA) and full-arch (FA) designs with three thickness levels (2, 3, and 4 mm) was used to develop 48 surgical guides. The guides were stored for up to 14 days and assessed at five time points (0, 1, 3, 7, and 14 days). Dimensional changes were quantified based on root mean square error (RMSE) and visualized through colormap analysis. Seating accuracy was assessed using model-based mounting analysis. Results: Most dimensional deformation occurred from days 0 and 1, with stabilization observed thereafter. In the PA group, 2-mm-thick guides demonstrated a marked increase in deformation on day 7 (RMSE: 200.14 ± 37.52 µm), indicating a vulnerability in thinner designs. In contrast, 3-mm and 4-mm PA guides maintained relatively stable RMSE levels over time (e.g., 4 mm: 45.90 ± 3.73 µm on 14 days), demonstrating improved dimensional stability. FA guides exhibited lower overall RMSE values compared with PA guides (e.g., FA of 4 mm: 65.16 ± 0.47 µm on 14 days), along with consistent seating accuracy throughout the study period. Three-way analysis of variance confirmed significant effects and interactions among thickness, arch span, and storage duration on both deformation and seating accuracy (p < 0.001). Conclusions: The results indicate that increasing surgical guide thickness improves dimensional stability and reduces deformation. A minimum thickness of 3 mm is recommended, with 4 mm being preferred in PA designs. An adequate post-curing stabilization period is essential to ensure clinical accuracy in implant placement.

임플란트 서지컬 가이드의 최적 안정성: 두께, 아치 형태 및 보관 기간의 영향 임플란트 수술에서 서지컬 가이드는 수술 정확성 향상에 기여하는 요소 중 하나이며, 그 구조적 안정성과 치수 정확성 확보가 매우 중요하다. 특히 수술 가이드의 형태, 두께, 보관 기간은 3D 프린팅 후 변형에 영향을 주며, 이는 임플란트 식립의 정밀도에 중대한 영향을 미칠 수 있다. 본 연구는 SLA 방식으로 제작된 tooth-supported 서지컬 가이드를 대상으로, 가이드 두께(2 mm, 3 mm, 4 mm), 아치 형태(partial arch, full arch), 보관 기간(0일, 1일, 3일, 7일, 14일)이 치수 안정성과 장착 정확도에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다. 총 48개의 가이드를 동일한 CAD 모델로 제작하고, 일정한 온도 및 습도 환경에서 보관한 후 정해진 시간 간격에 따라 스캐너로 측정하였다. 변형 정도는 RMSE(Root Mean Square Error)로 정량화 하였으며, 변형 분포는 color map 분석을 통해 시각적으로 평가하였다. 또한 각 가이드는 기준 모델에 장착하여 좌표 기반 장착 정확도 분석도 병행하였다. RMSE 분석 결과, 대부분의 변형은 Day 0~1 사이의 초기 post-curing 단계에서 발생하였고, 이후 14일까지는 안정적인 치수 특성이 유지되었다. 특히 두께 3 mm 이상의 가이드는 보관 기간 동안 변형이 거의 발생하지 않았으며, full arch보다 partial arch에서 두께의 영향이 더 뚜렷하였다. 반면 partial arch의 2 mm 가이드는 Day 7에서 변형이 급격히 증가하는 경향을 보여, 얇은 구조가 외부 응력에 상대적으로 취약할 수 있음을 시사하였다. Full arch 2 mm 가이드는 Day 1에서 최대 RMSE 100.65 ± 10.31 µm를 기록하였으며, partial arch 2 mm 가이드(70.89 ± 5.61 µm)보다 유의하게 높은 수치를 보였다. 전반적인 RMSE 범위에서도 full arch 그룹은 96.35 ± 13.07 µm ~ 100.65 ± 10.31 µm로, partial arch의 70.89 ± 5.61 µm ~ 75.39 ± 9.17 µm에 비해 구조적 불안정성이 더 큰 것으로 나타났다. 또한 4 mm 두께의 가이드는 모든 그룹에서 가장 낮은 변형 수치(69.33 ± 9.76 µm ~ 73.38 ± 11.15 µm)를 유지하였다. 장착 정확도 분석에서도 두께 증가와 구조적 안정성은 밀접한 상관관계를 가지며, 3 mm 이상에서 가장 우수한 정합률을 보였다. 이러한 결과는 수술 가이드 제작 시 출력 직후 적절한 안정화 기간 확보와 함께, 최소 3 mm 이상의 두께를 유지하는 것이 변형 억제 및 임상 정확도 향상에 효과적임을 시사한다. 특히 partial arch 구조에서는 4 mm 이상의 두께를 확보하는 것이 바람직할 수 있다.