Impact of Fabrication Techniques and Polishing Procedures on Surface Roughness of Denture Base Resins(의치 베이스 수지의 표면 거칠기에 대한 제작 기술 및 연마 절차의 영향)

이 기사에서는 다양한 제조 방법(열처리 PMMA, CAD-CAM 밀링 PMMA 및 3D 프린팅 수지) 및 연마 기술(600, 800 및 1000 그릿 실리콘 카바이드 연마지)이 완전한 의치에 사용되는 수지 기본 재료의 표면 거칠기(Ra)에 미치는 영향을 평가하기 위한 프로토콜을 제시합니다.

이 연구는 완전한 의치 제작에 사용되는 수지 기반 재료의 표면 거칠기(Ra)에 대한 다양한 제조 기술 및 연마 절차의 영향을 평가하는 것을 목표로 했습니다. 열 중합 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 수지, CAD-CAM 밀링 PMMA 수지 및 3D 프린팅 수지(n = 30)의 세 가지 수지 재료로 총 90개의 표본이 생산되었습니다. 각 시편은 직경이 10mm, 높이가 2mm로 측정되었습니다. 시편의 표면 거칠기(Ra) 값은 제작 후 접촉식 조면계를 사용하여 초기에 결정되었습니다. 그 후, 각 그룹의 시편을 흐르는 물에서 600, 800 및 1000 그릿 실리콘 카바이드 연마지로 연마했습니다. 그런 다음 표면 거칠기(Ra) 값의 두 번째 측정을 수행했습니다. 데이터는 Kruskal-Wallis 검정, Mann-Whitney U 검정, Wilcoxon 부호 순위 검정 및 쌍체 표본 t-검정 (p = 0.05)을 사용하여 통계적으로 분석되었습니다. 연마 공정 이전의 표면 거칠기(Ra) 측면에서 그룹 간에 통계적으로 유의미한 차이가 확인되었습니다(p < 0.001). 그러나 연마 공정 후 밀링된 PMMA 기본 재료와 열 중합된 PMMA 기본 재료 간에 통계적으로 유의미한 차이는 관찰되지 않았습니다. 3D 프린팅된 시편은 연마 공정으로 인해 표면 거칠기가 가장 눈에 띄게 개선되었습니다. 그럼에도 불구하고, 표면 거칠기는 연마 전과 후에 다른 샘플에 비해 통계적으로 유의하게 높게 유지되었습니다(p < 0.001). 완전한 의치 베이스 재료의 제조 방법은 표면 거칠기에 영향을 미치는 것으로 관찰되었습니다. 3D 프린팅 방법을 사용하여 제작한 기본 재료의 표면 거칠기 값은 연마 전후에 밀링 및 열처리 PMMA 수지로 제작한 재료에 비해 더 높았습니다.

무치악 부위의 수복은 부분적 또는 완전한 가철성 의치를 사용하는 것이 가장 일반적이며, 이는 해부학적 요인이나 경제적 제약이나 전신 질환과 같은 환자 관련 질환으로 인해 임플란트 지지 고정 보철물이 실현 불가능한 경우에 중요한 대안으로 작용한다¹. 이러한 보철물에 사용되는 기본 재료는 일반적으로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 함유한 수지입니다. PMMA는 가공 용이성, 수리성 및 광택성²로 평가되는 비용 효율적인 재료입니다. 또한 유리한 물리화학적 특성과 만족스러운 심미적 결과를 보여줍니다³. 유체 수지 주입 및 압축 및 사출 성형과 같은 금형 충전 기술과 같은 다양한 제조 방법이 사용되어 PMMA 수지에서 제거 가능한 의치를 생산합니다.

전통적인 방법 중에서 가장 일반적으로 사용되는 제조 기술은 플라스크 프레스 방법이라고도 하는 압축 성형입니다. 여기에는 수지 재료를 플라스크 내의 주형에 넣은 다음 압력을 가하여 주형을 채우고 원하는 모양을 얻는 작업이 포함됩니다. 수년 동안 사용되어 온 플라스크 팩 프레스 방법은 적용의 용이성과 저렴한 비용과 같은 이점을 제공합니다. 그러나 실험실 절차에서 수작업 및 시간 소모적인 단계에 대한 요구 사항, 인적 오류에 대한 민감성, 수지의 혼합 및 가공 중 균일한 구조를 달성하지 못할 위험, 중합 수축 등 특정 단점도 있습니다. 그러나 CAD/CAM(Computer-Aided Design Manufacturing) 기술의 출현으로 밀링과 같은 절삭 제조 기술도 생산에 채택되었습니다⁴. 연구에 따르면 밀링 기술을 사용하여 생산된 의치 기반 재료는 기존 방법을 사용하여 제작된 재료보다 굴곡 강도와 기저 적응이 더 큰 것으로 나타났습니다 ^5,6. 이러한 개선은 밀링된 PMMA 디스크를 제조하는 동안 적용되는 상승된 압력 및 온도 수준에 기인할 수 있으며, 궁극적으로 공극 수가 감소한 보다 컴팩트한 재료를 생산할 수 있습니다 ^7,8,9.

치과에서 절삭 제조를 통해 생산된 재료의 물리적 특성에 대한 연구는 향상된 착용감, 더 큰 내구성 및 향상된^{치수 안정성 5,10,11,12}를 포함하여 많은 이점을 밝혀냈습니다. 그럼에도 불구하고, 제분 중 상당한 양의 폐기물이 발생하고 이 공정과 관련된 높은 비용을 포함하여 상당한 단점이 확인되었습니다¹³. 이러한 문제와 기존 방식으로 제작된 의치에서 관찰되는 중합 수축을 해결하기 위해 적층 제조 방법, 특히 3차원(3D) 프린팅이 실행 가능한 대안으로 부상했습니다. 3D 프린팅 의치상 재료는 간소화된 생산 공정, 향상된 치수 안정성, 재료 낭비 최소화 등 여러 가지 이점을 제공하여 유망한 대체 제조 방법으로 자리매김하고 있습니다 ^8,14,15. 그럼에도 불구하고, 3D 프린팅을 통해 생산된 의치베이스는 기존 또는 밀링 기술을 통해 제조된 것에 비해 더 높은 변색 경향을 나타낼 수 있다는 가설이 있습니다¹⁶. 이러한 변색은 장기적인 미적 매력과 환자 만족도에 영향을 미칠 수 있으며, 3D 프린팅 의치에 사용되는 재료 구성 및 표면 처리에 대한 추가 조사가 필요합니다. 3D 프린팅 재료의 변색의 주요 원인 중 하나는 본질적으로 거친 표면입니다. 표면이 거친 의치 베이스는 얼룩과 변색에 더 취약합니다. 또한, 표면 거칠기는 생물막 축적에 도움이 되는 환경을 제공하여 Candida albicans와 같은 미생물의 부착을 증가시킵니다. 이러한 미생물 축적은 구강 위생과 전반적인 건강 모두에 위험하며, 의치 기본 재료의 표면 매끄러움을 최적화하는 것의 중요성을 강조합니다 17,18,19.

기존의 열처리 또는 밀링 방법을 사용하여 제작된 의치와 비교하여 3D 프린팅을 통해 생산된 의치에서 관찰되는 표면 거칠기 증가는 제조 공정의 고유한 특성에 기인할 수 있습니다. 3D 프린팅은 각 층이 표면에 미세한 흔적을 남기는 층별 제작 기술에 의존하여 표면 불규칙성에 기여합니다^14,17. 이러한 효과는 저해상도 프린터에서 더욱 두드러지며, 표면 거칠기를 더욱 악화시킵니다⁴. 또한 3D 프린팅에 사용되는 광중합체 수지는 광 유도 중합을 거치며, 이는 일부 영역에서 완전한 중합을 달성하지 못할 수 있어 표면 결함을 유발할 수 있습니다 ^2,15. 부적절한 중합 또는 불충분한 후처리는 이 문제를 더욱 악화시킬 수 있습니다³. 또한, 포토 폴리머 수지의 특성과 관련된 빠른 중합 반응은 재료 균질성에 영향을 미쳐 표면 평활도를 손상시킬 수 있습니다 ^5,13. 대조적으로, 절삭 밀링 기술은 사전 제작 된 블록에서 재료를 제거하여 밀링 버의 높은 정밀도와 연속 절단 공정^{16, 11}로 인해보다 균일하고 매끄러운 표면을 만듭니다. 마지막으로, 샌딩 및 폴리싱과 같은 3D 프린팅에 필요한 후처리 단계가 항상 적절하게 엄격하게 수행되는 것은 아니어서 잔류 표면 불규칙성이 남을 수 있습니다 ^8,10. 총체적으로, 이러한 요인들은 3D 프린팅 의치상과 관련된 표면 거칠기 증가를 설명합니다. 그러나 프린터 해상도, 재료 최적화 및 보다 효과적인 후처리 프로토콜의 발전은 이러한 표면 결함을 완화할 수 있는 가능성을 가지고 있습니다⁹.

3D 프린팅 기술은 특히 곡면에서 뚜렷하게 나타나는 "계단 계단 현상"과 같은 문제를 제시할 수도 있습니다. 이 문제는 인쇄된 표면이 매끄러움이 부족하고 대신 매끄러운 마감이 아닌 층을 이룬 계단형 구조를 나타낼 때 발생하며, 이는 미학적으로 중요한 영역에 사용되는 재료의 색상 안정성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다^20,21. 의치상의 표면 거칠기를 줄이기 위해 다양한 기술이 제안되었습니다. 여기에는 물사포를 사용한 기계적 연마, 특수 화학 작용제의 적용 및 두 가지 접근 방식의 조합이 포함됩니다 17,22,23,24.

탈착식 의치의 특성을 비교한 수많은 연구가 존재함에도 불구하고, 다양한 제조 방법에 걸쳐 변색에 기여하는 핵심 요인인 표면 거칠기에 대한 자세한 조사가 부족했습니다. 이 연구의 목적은 현대 의치 기반 제작 기술과 기계적 연마 절차가 표면 거칠기에 미치는 영향을 평가하는 것입니다. 테스트할 초기 귀무 가설은 3D 프린팅, 밀링 또는 기존 방법으로 생산된 의치상 재료의 표면 거칠기에 눈에 띄는 차이가 없다는 것입니다. 두 번째 귀무 가설은 기계적 연마가 의치 기재의 표면 거칠기에 영향을 미치지 않는다는 것입니다.

사용된 시약, 장비 및 소프트웨어에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 시료 준비

1. 열처리 PMMA 디스크 생산
   1. 높이 2mm, 너비 10mm 치수의 왁스 모델을 만듭니다. 높이 2mm, 너비 10mm의 금속 링에 용융된 왁스를 붓고 식힙니다. 응고되면 링에서 제거하여 2mm x 10mm 왁스 모델을 얻습니다.
   2. 두 부분으로 구성된 플라스크의 아래쪽 부분에 석고를 붓습니다.
   3. 준비된 왁스 모델을 석고에 넣어 반쯤 묻히도록합니다. 플라스크의 윗부분을 석고로 채우기 전에 분리 유체를 바르십시오( 재료 표 참조).
      알림: 두 겹의 석고가 서로 달라붙지 않도록 하십시오.
   4. 플라스크의 윗부분을 닫고 그 위에 석고를 부어 왁스 모델의 상단을 고정합니다. 석고가 완전히 굳으면 플라스크를 가열하여 왁스 모델이 녹을 수 있도록 한 다음 금형에서 제거합니다.
      참고 : 왁스 대신 캐비티가 형성되어 아크릴 재료가이 공간에 부어 질 수 있습니다.
   5. 열중합 아크릴의 액체와 분말을 분말 22.5g과 액체 10mL의 비율로 혼합합니다. 아크릴을 플라스크 안의 구멍에 포장하십시오.
   6. 아크릴 소재를 금형에 넣은 후 플라스크를 100°C의 끓는 물에 45분 동안 중합시킵니다.
   7. 중합이 완료되면 플라스크를 열고 석고에서 아크릴 디스크를 조심스럽게 제거합니다. 증기를 사용하여 석고 잔여물에서 아크릴 디스크를 청소하고 증류수로 헹굽니다.
2. CAD-CAM 밀링 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 디스크 생산
   1. 디자인 소프트웨어( 재료 표 참조)를 사용하여 높이가 2mm이고 너비가 10mm인 디스크를 디자인합니다.
   2. 98.5mm/25mm CAD/CAM 밀링 PMMA 디스크를 밀링 유닛에 넣습니다. 2mm x 10mm 디자인을 소프트웨어의 디스크에 배치하여 밀링 공구에 4mm의 간격을 확보합니다.
   3. 날카로운 카바이드 버를 사용하여 블록에서 아크릴 디스크를 분리합니다. 스팀을 사용하여 아크릴 디스크에 잔여물이 남아 있지 않은지 청소하고 증류수로 헹굽니다.
3. 3D 프린팅 폴리메틸 메타크릴레이트 수지 디스크 생산
   1. 디자인 소프트웨어에서 높이 2mm, 너비 10mm의 디스크 디자인을 STL(Standard Tessellation Language) 형식으로 내보내고 3D 프린터 소프트웨어로 가져옵니다.
   2. 디스크 표면에 지지 구조를 45도 각도로 배치합니다. 가철성 의치에 권장되는 0.5mm 미크론 층 두께를 선택하십시오. 인쇄 속도를 20-30mm/s로 설정합니다.
   3. 프린터의 덮개를 엽니다. 전체 의치 수지를 삽입합니다. 프린터의 덮개를 닫습니다.
   4. 화면에 표시될 빌드 시간에 대해 approve 버튼을 누릅니다. 화면에 "빌드 영역이 깨끗한지 확인합니다. 지금 짓기 시작하시겠습니까?" 예 버튼을 누릅니다.
      참고: 3D 프린팅이 완료된 후 프린팅된 보철 또는 치과 부품은 일반적으로 반경화됩니다. 이 단계에서 재료는 아직 완전한 기계적 특성을 달성하지 못했으며 여전히 부드러운 영역이 있을 수 있습니다.
   5. 후경화 전에 이소프로필 알코올(IPA)로 디스크를 20분 동안 세척하여 여분의 수지를 제거하고 더 매끄럽게 마무리하십시오.
   6. 디스크를 자외선(UV) 광원을 사용하는 경화 후 장치에 넣습니다. 이 장치는 특정 파장에서 자외선을 방출하여 30분 이내에 재료의 균일한 경화를 보장합니다.
      참고: 경화 장치는 일반적으로 360도 UV 광선을 방출합니다.
   7. 날카로운 카바이드 버를 사용하여 인쇄 지지대에서 생산된 디스크를 분리합니다. 스팀을 사용하여 아크릴 디스크에 잔여물이 남아 있지 않은지 청소하고 증류수로 헹굽니다.

2. 표면 거칠기 측정

참고: 연마 공정 전후에 샘플의 표면 거칠기 측정을 수행합니다.

1. 프로파일로미터의 교정
   1. 전원 버튼을 길게 눌러 장치를 켭니다. 메인 화면이 나타나면 시작 버튼을 누릅니다.
      참고: 스캐너 팁이 열리고 "Returning" 메시지가 표시됩니다.
   2. 회색 영역을 건드리지 않고 보정 패널을 열고 텍스트가 사용자를 향하도록 스캐너 팁 아래에 놓습니다.
      참고: 스캐너 팁을 회색 무광택 영역에 놓습니다.
   3. 제어판의 Menu/Enter 버튼을 눌러 보정을 시작합니다. Calib 측정 옵션을 선택하고 시작 버튼을 누릅니다.
      알림: 보정이 완료되면 빨간색 버튼을 두 번 눌러 이전 메뉴로 돌아가고 파란색 버튼을 눌러 메인 메뉴를 엽니다.
   4. 0.25mm/s의 속도와 0.01μm의 해상도에서 0.8mm의 차단 값으로 0.5mm를 커버하도록 표면 거칠기 판독 설정을 조정합니다.
2. 샘플의 표면 거칠기 측정
   1. 샘플의 표면이 스캐너 팁에 닿도록 패널에 샘플을 놓습니다.
      참고: 접촉이 설정되지 않으면 화면에 빨간색 경고가 나타납니다. 접촉이 이루어지고 표시등이 파란색으로 바뀌지 않는 한 측정이 수행되지 않습니다.
   2. 스캐너 팁이 표면 스캔을 완료하면 화면에 표시된 숫자 데이터를 Excel 파일에 저장합니다.
      참고: 각 샘플을 세 번 측정하고 값을 기록합니다. 측정을 완료한 후 화면이 어두워지면 전원 버튼을 길게 누른 다음 시작 버튼을 한 번 눌러 장치의 전원을 끕니다.

3. 연마 절차

1. 600그릿 탄화규소 연마지를 그라인더/폴리셔 기계에 놓습니다.
2. 기계의 물 공급을 켭니다. 샘플을 회전하는 연마지에 10초 동안 적용하여 측정된 전체 표면이 접촉하도록 합니다.
3. 각 샘플에 대해 새 시트를 사용하여 800 및 1000 그릿 실리콘 카바이드 연마지로 프로세스를 순차적으로 반복합니다. 스팀을 사용하여 아크릴 디스크에 잔여물이 남아 있지 않은지 청소하고 증류수로 헹굽니다.

4. 통계 분석

1. 통계 분석을 수행합니다.
2. Kruskal-Wallis 검정 및 쌍별 Mann-Whitney U 검정(Bonferroni 수정 포함)을 적용하여 그룹 간의 유의한 차이를 확인합니다.
3. 0.05 미만의 p-값을 통계적으로 유의한 것으로 간주합니다.

연마 절차 전에 연구 그룹에서 표면 거칠기 값을 측정한 결과 HP 그룹의 경우 2.13(IQR 0.84), 3D 프린팅 그룹의 경우 4.21(2.73), ML 그룹의 경우 0.99(0.54)의 값이 나왔습니다. 기계적 연마 절차 후 모든 그룹에서 표면 거칠기 값의 감소가 관찰되었으며, 연마 후 SR 값을 측정한 결과 HP 그룹의 경우 0.29(0.06), 3D 프린팅 그룹의 경우 0.41(0.05), ML 그룹의 경우 0.31(0.06)의 결과가 나타났습니?...

이 연구에서는 완전한 의치 제작에 사용되는 수지 기반 재료의 표면 거칠기(Ra)에 대한 다양한 제조 기술과 연마 절차의 영향을 철저히 평가했습니다. 통계 분석은 모든 그룹에서 표면 거칠기 값에서 상당한 차이를 보여주었으며, 3D 프린팅을 통해 생산된 샘플은 연마 전과 후에 모두 가장 높은 거칠기 값을 나타냈습니다. 기계적 연마는 표면 거칠기 값을 효과적으?...

저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.

어시스트의 Ahmet Sinan Gunuc에게 진심으로 감사드립니다. Idil Ozden 교수와 Mustafa Enes Ozden 박사는 데이터 수집 및 분석에 귀중한 도움을 주었습니다. 이 연구는 저자의 자금 지원을 받았습니다. 외부의 재정적 지원은 받지 않았다.