4Dプリンティング技術を用いたセミデジタルワークフローによるスポーツマウスガードの作製

Fabrication of sports mouthguards using a semi-digital workflow with 4D-printing technology.

抄録

目的:

本テクニカルプロシージャレポートでは、4Dプリント技術に基づき新たに開発した4Dプリントスポーツマウスガード（MG）の作製プロトコルを説明する。

PURPOSE: This technical procedure report explains the fabrication protocol for a newly developed 4D-printed sports mouthguard (MG) based on 4D-printing technology.

方法:

口腔内スキャナを用いて上顎のアーチモデルをスキャンした．スキャンしたモデルをもとに，コンピュータ支援設計ソフトウェアを用いて2層のスポーツ用MGを設計し，標準的なテッセレーション言語ファイルフォーマットで出力した．MG材料には2種類のフィラメント材料を使用した。外層には独自のガラス転移温度を持つ熱可塑性形状記憶ポリウレタンエラストマーを、内層には熱可塑性エラストマーを使用した。両MGは、溶融堆積造形3Dプリンターで印刷し、支持材をトリミングした後、接着剤で組み立てた。作製した4DプリントMGの形状記憶性能を確認するため、作製したMGの内面データと形状復元したMGの内面データを重ね合わせ、偏差解析を実施しました。偏差解析で得られたデータ間の距離を算出し、二乗平均平方根誤差値（mm）を求めた。

METHODS: An intraoral scanner was used to scan a maxillary arch model. A two-layer sports MG was designed based on the scanned model using computer-aided design software and output in a standard tessellation language file format. Two types of filament materials were used for the MG material: a thermoplastic shape memory polyurethane elastomer with a unique glass transition temperature for the external layer and a thermoplastic elastomer for the internal layer. Both MGs were printed using a fused deposition modeling 3D printer and assembled using adhesives after trimming the support material. To confirm the shape-memory performance of the fabricated 4D-printed MG, a deviation analysis was performed by superimposing the internal surface data of the fabricated MG and the MG whose shape was recovered. The distance between the data obtained by deviation analysis was calculated, and the root mean square error value (mm) was determined.

結論:

4Dプリンティング技術は、従来の方法では複雑であった工程を簡略化することができる。また，形状記憶材料を用いているため，変形による装着精度の低下など，従来のMGや3Dプリントの課題を克服している．

CONCLUSIONS: The 4D-printing technology simplifies the complex processes required with conventional methods. It also overcomes the issues of conventional and 3D-printed MGs, such as the reduced fitting accuracy caused by deformation, because this technology employs shape memory materials.