Evaluating the accuracy of 3D printed metal frameworks for removable partial dentures|RISS 상세보기

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The fabrication of metal frameworks for removable partial dentures (RPDs) has traditionally involved the labor-intensive process of forming a wax pattern and casting it. However, the field of dentistry has seen attempts to incorporate Computer-Aided Design/Computer-Aided Manufacturing (CAD/CAM) technology with the advent of digital technology. There are two digital methods for creating metal frameworks for RPDs. The first method involves manufacturing an intermediate object with good workability through resin printing and subsequently casting it into metal. The second method involves directly printing with metal, layer by layer, while partially fusing metal powder. To determine the clinical usefulness of metal frameworks fabricated by these methods, it is necessary to evaluate the internal discrepancy between the metal structure and the tissue surface when it is engaged. In this study, the suitability of RPD metal frameworks fabricated using the conventional casting method (CON group), 3D metal printing method (MEP group), and resin printing/casting method (RPC group) was evaluated. Cross-sectional scan data were used to measure the internal discrepancy between the frameworks and the tissue surface.
Rest seats and guiding planes were prepared on the partial edentulous model of Kennedy classification class II modification 1, with a cingulum rest on tooth #13 and occlusal rests on teeth #24 (distal) and #27 (mesial). Thirty master casts were produced through repetitive impression taking, and the reproducibility of the model was verified by superimposing the scanned data of each master cast on the scan data of the reference model.
After dividing the master cast into three groups of ten each, RPD metal frameworks were fabricated using the three methods: conventional casting (CON), 3D metal printing (MEP), and resin printing/casting (RPC). A silicone material was applied to the inner surface of the finished framework to fit it to the master cast and then cured. Subsequently, only the metal framework was removed, leaving the silicone material in the master cast, and scanned. The scanned master cast and residual silicone material data were superimposed on the master cast using the reference best-fit alignment method. The internal discrepancy was measured at twelve points, with nine points in the palatal area and one point each in the three rest seats for each case.
The mean overall internal discrepancies for the CON, MEP, and RPC groups were 279.72 ± 95.41 µm, 241.02 ± 14.03 µm, and 331.70 ± 33.60 µm, respectively. There were no significant differences in the results among the three fabrication methods (p=0.558, 0.542, and 0.774). When comparing the different locations within the group, a statistically significant higher internal discrepancy was observed in the right area (PP1, PP4, PP7) compared to the middle (PP2, PP5, PP8) and left area (PP3, PP6, PP9) in all three groups. Moreover, in the RPC group, a higher internal discrepancy was specifically found in the palatal plate area compared to the rest seat (p<0.05).
This study demonstrated that the fabrication of the metal framework using the CAD/CAM method is clinically as useful as the conventional casting method. Additionally, the reference best-fit alignment is suggested as a useful method for evaluating the internal discrepancy of complex structures, such as RPDs. However, since this study was limited to in vitro experiments, further follow-up studies conducted in the oral environment will be necessary in the future.

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국문 초록 (Abstract)

디지털 기술의 도입으로 치과 분야에서도 CAD/CAM 방식을 이용하려는 다양한 시도를 하고 있다. 가철성 국소 의치 제작 과정 중 중요한 금속 프레임워크 제작을 위한 방식은 전통적으로 왁스 납형의 주조 과정을 거친다. CAD 방식으로 디자인한 프레임워크를 출력하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 가공성이 좋은 레진으로 디자인을 출력한 후 이를 매몰하여 주조하는 방식이고, 두 번째 방법은 금속 파우더를 적층하면서 융착시켜 직접 출력하는 방법이다. 이렇게 제작된 금속 구조물의 임상적인 유용성을 보기 위해서는 적합시 조직면과 금속구조물의 내부 부적합도를 측정하여야 하는데, 기존에 이용되던 탄성체를 절단하여 직접 측정하는 방법은 여러 단점을 한계점을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 최근 활발히 시행되고 있는 디지털 스캔과 중첩 방식을 통해 3차원적으로 구현된 데이터 상에서 내면 부적합도를 직접 측정하는 방법을 채택하였다. 본 연구에서는 전통적인 주조 방법 (CON 그룹), 레진 프린트/주조 방법(RPC 그룹), 그리고 금속 3D 프린트 방법(MEP 그룹)으로 각각 제작된 가철성 국소의치 금속 프레임의 내면 부적합도를 디지털 스캐닝과 중첩을 통하여 측정, 비교, 분석하고자 한다.
케네디 분류 2급 1류의 상악 부분 무치악 모델을 준비한 후 우측 견치의 설면, 좌측 제1 소구치의 원심, 좌측 제2 대구치의 근심에 레스트를 형성 한 후 유도평면을 설정했다. 해당 치형에 인상을 반복적으로 채득하여 30개의 작업모형을 만들었다. 모형을 10개씩 세 그룹으로 나눈 후 세 가지 다른 과정으로 각각의 작업모형에 프레임워크를 제작했다. 광학 삼각측량 원리 기반의 테이블탑 스캐너로 디지털 스캐닝하고 참조 최적 적합 방법으로 정렬된 30개의 데이터군 상에서 각각 12개의 점을 지정하여 내면 부적합도를 측정했다. 스캔된 데이터는 참조 최적 정렬(reference best-fit alignment) 방법을 이용하여 정렬하였다. 이를 위해 우선 작업 모형만 스캔한 후, 얇은 실리콘 재료를 프레임워크에 적용하여 작업 모형에 맞추고, 프레임워크를 제거했다. 마지막으로, 실리콘 재료가 부착된 작업모형을 다시 스캔했다. 실리콘이 없는 영역을 참조로 하여 데이터를 정렬하였으며, 3차원상의 단면에서 내면의 부적합도를 측정하였다. 측정위치는 구개판 영역에서 9군데 (PP1, PP2, PP3, PP4, PP5, PP6, PP7, PP8, PP9), 레스트 영역에서 3군데 (RS13, RS24, RS27)이다.
데이터 분석 결과 CON, MEP 및 RPC 그룹에 대해 전체 내면 부적합도의 평균값은 각각 279.72 µm, 241.02 µm 및 331.70 µm로 세 가지 제작 방법 간에 유의미하게 차이가 없었다(p=0.558, 0.542 및 0.774). 그룹 내에서 위치별로 비교할 경우 구개판 영역의 오른쪽 부위 (PP1, PP4, PP7)가 가운데 (PP2, PP5, PP8)와 왼쪽 부위 (PP3, PP6, PP9)에 비해 통계적으로 큰 내면 부적합도를 보였으며, RPC 그룹내에서만 레스트 영역보다 구개판 영역에서 통계적으로 큰 내면 부적합도가 측정되었다.
위의 결과를 토대로 금속 3D 프린팅은 전통적인 주조 방식과 비교하여 임상 기준을 충족하는 가철성 국소 의치의 프레임워크를 제작할 수 있는 유용한 방법임을 보였다. 또한, 상악 케네디 분류1급 2류의 무치악에서는 후방연장부에 가까운 구개판 영역에서 적합도가 떨어지며, 레진 프린팅 후 캐스팅을 한 경우엔 구개판 영역에서 레스트 영역에 비해 적합도가 떨어진다는 점을 확인하였다.
본 연구는 구강내에서 직접 시행하지 않았다는 한계점이 있기 때문에 향후 추가적인 연구가 필요하다. 아울러, 본 연구에서 디지털 중첩 방식으로 채택한 참조 최적 정렬 방법은 프레임워크의 내면의 부적합도를 평가하는 유용한 접근 방법이며, 추후 모델상이 아닌 구강내에서 적용 방법을 발전시킬 필요가 있다.

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디지털 기술의 도입으로 치과 분야에서도 CAD/CAM 방식을 이용하려는 다양한 시도를 하고 있다. 가철성 국소 의치 제작 과정 중 중요한 금속 프레임워크 제작을 위한 방식은 전통적으로 왁스 ...

목차 (Table of Contents)

LIST OF FIGURES ................................................................................................ ii
LIST OF TABLES ................................................................................................. iv
ABSTRACT ........................................................................................................... v
I. INTRODUCTION ............................................................................................... 1
II. MATERIALS AND METHODS ........................................................................ 6

LIST OF FIGURES ................................................................................................ ii
LIST OF TABLES ................................................................................................. iv
ABSTRACT ........................................................................................................... v
I. INTRODUCTION ............................................................................................... 1
II. MATERIALS AND METHODS ........................................................................ 6
1. Master cast fabrication .................................................................................... 6
2. Evaluation of the master cast trueness ........................................................... 10
3. RPD framework design and fabrication ......................................................... 10
4. Measurement of the internal discrepancy of the frameworks ........................ 15
5. Statistical analysis ......................................................................................... 20
III. RESULTS ........................................................................................................ 21
1. Trueness of the master casts ........................................................................... 21
2. Internal discrepancy of the frameworks ......................................................... 21
IV. DISCUSSION ................................................................................................. 30
V. CONCLUSION ................................................................................................ 39
VI. REFERENCES ............................................................................................... 41
ABSTRACT (KOREAN) ..................................................................................... 51

참고문헌 (Reference)

1. On-line automated phase-measuring profilometry, Wan D-S., Chang M, 15:127-39, , 1991

2. Accuracy of CAD-CAM-fabricated removable partial dentures, Schweyen R, Setz JM, Arnold C Hey J,, 119:586-92, , 2018

3. Rapid manufacture of removable partial denture frameworks, Williams R., Eggbeer D, Bibb R, 12:95-9, , 2006

4. A method to evaluate profilometric tooth wear measurements, Rodriguez JM, Bartlett DW, Austin RS, 28:245-51, , 2012

5. Automated phase-measuring profilometry of 3-D diffuse objects, Liu, H. C., Halioua, M., Srinivasan, V., 23:3105, , 1984

6. Clinical evaluation of removable partial denture rest seat adaptation, Brudvik JS Frank RP, Stern MA, 53:658-62, , 1985

7. Basic Powder Metallurgical Aspects in Selective Metal Powder Sintering, Kruth JP, Morren B, Van der Schueren B, Bonse JE, 45:183-6, , 1996

8. Accuracy of 3-unit fixed dental prostheses fabricated on 3D-printed casts, Kim JH, Park JK, Jang Y, Sim JY, Kim HY, Kim WC, 123:135-42, , 2020

9. Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting, Kruth JP, Van Vaerenbergh J, Froyen L, Rombouts M., Mercelis P, 11:26-36, , 2005

10. A comparison of accuracy of 3 intraoral scanners: A single-blinded in vitro study, Tsagarakis A, Michelinakis G, Pavlakis E., Apostolakis D, Kourakis G, 124:581-8, , 2020