義歯用クラスプの印刷における粉末床融合プロセスの実現可能性検討と材料選定

Feasibility study and material selection for powder-bed fusion process in printing of denture clasps.

抄録

背景と目的:

選択的レーザー溶解法（SLM）により製作された義歯クラスプの保持力は，臨床で一般的に使用されている0.01インチのアンダーカットを有するコバルトクロム（Co-Cr）鋳造クラスプの保持力に比べて劣っている．これは，クラスプのアンダーカットが過度に深いか，印刷プロセスのパラメータが不適切であるためである．適切なアンダーカットとプロセスパラメーターのレベルにより、SLMで製作されたクラスプ（Co-Cr、市販の純チタン［CP Ti］、Ti合金［Ti-6Al-4V］を含む）の保持力は、Co-Cr鋳造クラスプと同等となり得る。そこで，本実験では，義歯用クラスプの印刷時に粉末床溶融プロセスで使用する材料を選択する際に，歯科医師がその保持力を評価することを目的とした．

BACKGROUND AND OBJECTIVE: The retention of selective laser melting (SLM)-built denture clasps is inferior to that of cast cobalt-chromium (Co-Cr) clasps engaging 0.01-in undercuts, which are commonly used in clinical practice. Either the clasps engage in excessively deep undercuts or inappropriate printing process parameters are applied. With appropriate undercut engagement and levels of process parameters, the retention of SLM-built clasps (including Co-Cr, commercially pure titanium [CP Ti], and Ti alloy [Ti-6Al-4V] ones) may be comparable to that of cast Co-Cr clasps. Therefore, this feasibility study aimed to evaluate their retention to guide dentists during material selection for the powder-bed fusion process during the printing of denture clasps.

方法:

クラスプアームを適切なアンダーカット深さ（0.01または0.02インチ）でかみ合わせ，クラスプの長手軸の向きを造形プラットフォームにほぼ平行にし，限界オーバーハング角30°の角柱支持構造を生成し，最適化したレーザーパラメータ（レーザー出力，スキャン速度，ハッチスペース）を適用し，Co-Cl，CP Ti，Ti-6Al-4Vクラスプに焼きなましを採用しました．後処理と精度測定の後，10年間の臨床使用を想定した15,000サイクルの挿抜試験を行い，1500サイクルごとに保持力を記録した．また、クラスプの保持腕の永久変形を測定した。0.01インチのアンダーカットを有する鋳造Co-Crクラスプをコントロールグループとした．

METHODS: We engaged the clasp arm at an appropriate undercut depth (0.01 or 0.02 in), built clasps at the orientation of their longitudinal axes approximately parallel to the build platform, generated square prism support structures at a critical overhang angle of 30°, applied optimized laser parameters (laser power, scan speed, and hatch space), and adopted annealing treatment for Co-Cr, CP Ti, and Ti-6Al-4V clasps. After postprocessing and accuracy measurement, an insertion/removal test of the clasps for 15,000 cycles was performed to simulate 10 years of clinical use, and the retentive force was recorded every 1500 cycles. Permanent deformation of the retentive arms of the clasps was measured. Cast Co-Cr clasps engaging 0.01-in undercuts were designated the control group.

結果:

0.01インチのアンダーカットを有するSLM造形Co-Crクラスプと0.02インチのアンダーカットを有するCP TiおよびTi-6Al-4Vクラスプの初期保持力はコントロールグループと同程度であった．SLMで製作した0.01インチアンダーカットのCo-Crクラスプと0.02インチアンダーカットのTi-6Al-4Vクラスプは，対照群と比較して最終保持力が同等で永久変形が小さく，SLMで製作した0.02インチアンダーカットのCP Tiクラスプは最終保持力が小さく永久変形が大きいと考えられた．

RESULTS: The initial retentive forces of the SLM-built Co-Cr clasps engaging 0.01-in undercuts and CP Ti and Ti-6Al-4V clasps engaging 0.02-in undercuts were comparable to those of the control group. SLM-built Co-Cr clasps engaging 0.01-in undercuts and Ti-6Al-4V clasps engaging 0.02-in undercuts had similar final retentive force and less permanent deformation compared with those of the control group; SLM-built CP Ti clasps engaging 0.02-in undercuts had lower final retentive force and greater permanent deformation.

結論:

義歯用クラスプは，長期保存と保持腕の永久変形を考慮し，CP Tiを除くCo-CrとTi-6Al-4V合金が推奨される．SLMで製作したCo-Crクラスプは0.01インチのアンダーカットに、Ti-6Al-4Vクラスプは0.02インチのアンダーカットに対応する必要があります。

CONCLUSIONS: Considering the long-term retention and permanent deformation of the retentive arms, Co-Cr and Ti-6Al-4V alloys, except CP Ti, are recommended for printing denture clasps. SLM-built Co-Cr clasps should engage 0.01-in undercuts, and Ti-6Al-4V clasps should engage 0.02-in undercuts.