熱成形および3Dプリントされた透明歯科用アライナーの機械的および幾何学的特性

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Am J Orthod Dentofacial Orthop.2019 Nov;156(5):694-701. S0889-5406(19)30626-2. doi: 10.1016/j.ajodo.2019.05.012.

熱成形および3Dプリントされた透明歯科用アライナーの機械的および幾何学的特性

Mechanical and geometric properties of thermoformed and 3D printed clear dental aligners.

Prashant Jindal
Mamta Juneja
Francesco Luke Siena
Divya Bajaj
Philip Breedon

PMID: 31677678 DOI: 10.1016/j.ajodo.2019.05.012.

抄録

はじめに:

この研究の目的は、3Dモデリングと印刷技術を用いて、従来から製造されている熱成形されたデュラン透明歯科用アライナーと3Dプリントされたデンタルロングターム（LT）レジンベースの透明アライナーとの間で、圧縮機械的特性と幾何学的不正確さを比較することでした。

INTRODUCTION: The aim of this research was to compare compressive mechanical properties and geometric inaccuracies between conventionally manufactured thermoformed Duran clear dental aligners and 3D printed Dental Long Term (LT) resin-based clear aligners using 3D modeling and printing techniques.

方法:

患者の歯列の印象をスキャンし、3Dモデリングソフトウェアを使用して歯科模型を設計し、3Dプリントした。この印刷された模型を真空熱成形して、厚さ0.75mmの透明なデュラン熱可塑性シートを同じ厚さ0.75mmの透明な歯科用アライナーに熱成形しました。同じ歯科模型について、アライナーも設計し、0.75mm厚さに3Dプリントして、患者が直接使用できるように、Formlabs社の3Dプリント機を使用して、デンタルLTレジンを使用して、生体適合性のある透明歯科用アライナーを作成した。5名のオブザーバーが両アライナーの歯の高さを計算し、幾何学的な偏差を評価した。両タイプのアライナーに1000Nの圧縮荷重をかけ、荷重対変位挙動を評価しました。

METHODS: Impressions of the patient's dentition were scanned and using 3D modeling software, dental models were designed and 3D printed. These printed models then underwent vacuum thermoforming to thermoform a clear Duran thermoplastic sheet of 0.75-mm thickness into clear dental aligners of the same thickness of 0.75 mm. For the same dental model, aligners were also designed and 3D printed to 0.75-mm thickness creating biocompatible clear dental aligners using Dental LT resin utilizing a Formlabs 3D printing machine for direct usage by the patients. Five observers calculated teeth height for both types of aligners for evaluation of geometric deviations. Both types of aligners were subjected to compression loading of 1000 N to evaluate their load vs displacement behavior.

結果:

3Dプリントされたクリアアライナーは、熱成形アライナー（4.41％）と比較して、平均相対的な歯の高さの差が2.55％であり、幾何学的により正確であることがわかった。標準偏差（0.03～0.09mm）は、両タイプのアライナーのすべての観察者の歯の高さの測定値で観察されました。3Dプリントアライナーは2.93mmの低変位で662N近くの最大荷重に耐えることができたのに対し，熱成形アライナーは2.93mmの低変位で105Nの荷重にしか耐えることができませんでした．熱成形アライナーは大きな変位では塑性変形して不可逆的に変形しますが、3Dプリントアライナーは小さな変位では可逆的に弾性変形します。

RESULTS: 3D printed cured clear dental aligners were found to be geometrically more accurate with an average relative difference in tooth height of 2.55% in comparison with thermoformed aligners (4.41%). Low standard deviations (0.03-0.09 mm) were observed for tooth height measurements taken by all the observers for both types of aligners. 3D printed aligners could resist a maximum load of nearly 662 N for a low displacement of 2.93 mm; whereas, thermoformed aligners could resist a load on only 105 N for 2.93-mm displacement. Thermoformed aligners deformed plastically and irreversibly for large displacements; whereas, 3D printed aligners deformed elastically with reversibility for lower displacements.

結論:

3Dプリントされ、適切に硬化したDental LTレジンベースのクリアデンタルアライナーは、幾何学的により正確であるため、患者の使用に適していることが示唆されています。これは、従来製造されていた熱可塑性ベースの熱成形クリアデンタルアライナーと比較して、アライナーが機械的に強く弾力性があることを保証しながら、処理時間を節約する機会を提供します。

CONCLUSIONS: 3D printed and suitably cured Dental LT resin-based clear dental aligners are suggested to be more suitable for patient use as they are geometrically more accurate; this presents an opportunity to make processing time savings while ensuring an aligner is mechanically stronger and elastic in comparison with the conventionally produced thermoplastic-based thermoformed clear dental aligners.