Comparison of Color Stability and Surface Roughness of 3D Printing Resin by Polishing Methods

Heeju Kim; Yujin Kim; Jongsoo Kim; Joonhaeng Lee; Mi Ran Han; Jisun Shin; Jongbin Kim

doi:10.5933/JKAPD.2023.50.2.205

J Korean Acad Pediatr Dent > Volume 50(2); 2023 > Article

연마 방법에 따른 3D 프린팅 레진의 색조 안정성과 표면 조도의 비교

Original Article

J Korean Acad Pediatr Dent 2023;50(2): 205-216.

Published online: May 31, 2023

DOI: https://doi.org/10.5933/JKAPD.2023.50.2.205

연마 방법에 따른 3D 프린팅 레진의 색조 안정성과 표면 조도의 비교

김희주¹

, 김유진²

, 김종수¹

, 이준행¹

, 한미란¹

, 신지선¹

, 김종빈¹

¹단국대학교 치과대학 소아치과학교실

²단국대학교 치과대학 생체재료학교실

Comparison of Color Stability and Surface Roughness of 3D Printing Resin by Polishing Methods

Heeju Kim¹, Yujin Kim², Jongsoo Kim¹, Joonhaeng Lee¹, Mi Ran Han¹, Jisun Shin¹, Jongbin Kim¹

¹Department of Pediatric Dentistry, College of Dentistry, Dankook University, Cheonan, Republic of Korea

²Department of Biomaterials Science, College of Dentistry, Dankook University, Cheonan, Republic of Korea

Corresponding author: Mi Ran Han Department of Pediatric Dentistry, College of Dentistry, Dankook University, 119 Dandae-ro, Dongnam-gu, Cheonan, 31116, Republic of Korea
Tel: +82-41-550-1867 / E-mail: miraneee@dankook.ac.kr

Received March 8, 2023 Revised April 19, 2023 Accepted April 25, 2023

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초록

이 연구의 목적은 3D 프린팅 레진의 연마 방법에 따른 색조 안정성과 표면 조도를 시간에 따라 비교하는 것이다. 3D 프린터와 TC-80DP 레진을 이용하여 3D 프린팅 레진 시편을 제작하였고, 각 시편은 연마하지 않은 군, Enhance^®군, Sof-Lex^TM군으로 분류되었다. 각 군은 연마 직후 기준점을 측정하고, 다시 인공 타액과 오렌지 주스에 나누어 침전시킨 뒤, 침전 1, 7, 30, 60일에 CIE L*a*b* 값의 색차(ΔE*)와 각 시점의 표면 조도가 측정되었다. 연구 결과, 60일 침전 후 인공 타액에서는 육안으로 확인 가능한 정도의 색조 변화는 일어나지 않았으나 오렌지 주스에서는 육안으로 확인 가능한 색조 변화가 나타났고, 용액에 따른 차이는 유의미했다. 표면 조도는 Sof-Lex^TM군에서만 오렌지 주스가 인공 타액보다 유의하게 높았다. 연마 방법에 따른 색조 변화의 차이는 없었으나 표면 조도는 Sof-Lex^TM군이 연마하지 않은 군과 Enhance^®군보다 유의하게 낮았으며, 모든 군에서 치태 침착 임계 조도보다는 높았지만, 임상적으로 허용 가능한 정도였다. 이번 연구 결과, 유전치 전장관 수복을 위해 영구 수복용 3D 프린팅 레진 사용 시 착색제 섭취에 유의해야 하며, Sof-Lex^TM를 이용하여 연마하는 것이 권장된다.

Abstract

This study aimed to compare the color stability and surface roughness of three-dimensional (3D) printing resin according to polishing methods. 3D-printed resin specimens were fabricated at TC-80DP (Graphy, Seoul, Korea) with a stereolithography 3D printer, and the specimens were divided into three groups, each of which was not polished, was polished using Enhance^®, and was polished using a Sof-Lex^TM disc. The CIE L*a*b* value and the surface roughness of each group were measured and immersed in artificial saliva and orange juice after 0, 1, 7, 30, and 60 days, and the color difference (ΔE*) was calculated. As a result of the study, no noticeable color change was observed in artificial saliva, but a noticeable color change was demonstrated in orange juice after 60 days of immersion, and the difference was significant. In the Sof-Lex^TM group, surface roughness according to the solution was found to be significantly higher in the orange juice than that in artificial saliva. No significant difference in color change was found according to the polishing method, but surface roughness was significantly lower in the Sof-Lex^TM group than both that of the unpolished group and that of the Enhance^® group. Nevertheless, all groups exhibited clinically acceptable properties regardless of their higher surface roughness than the threshold for plaque accumulation. Overall, this study recommends utilizing Sof-Lex^TM for polishing 3D printing resin when used in primary anterior tooth coverage.

Keywords: 3D printing, Resin, Color stability, Surface roughness, Polishing method

서론

최근 Three-dimensional printing (3D printing, Additive manufacturing)이 치과 영역에서 대두되고 있으며, 여러 치과 수복물들을 대체하고 있다[1,2]. 3D 프린팅은 교정 모델, 임플란트 수술 가이드, 임시 치아 등을 제작하는 데에 주로 사용되었으며, 최소한의 재료 사용으로 복잡한 디자인을 만들 수 있고, 접근성과 저렴한 가격이 장점이다[3-5]. 특히 Stereolithography(SLA) 방식의 3D 프린팅은 높은 정확성과 부드러운 표면 제작이 가능하고, 세부적인 재현이 가능하다는 점에서 치과 수복물을 제작하기에 적합할 것으로 보인다[1,2,5].

하지만 3D 프린팅 레진은 색조의 불안정성이나 프린팅에 관한 매개변수에 따라서 정확성이 달라질 수 있다는 한계점이 존재한다[3]. 특히 강도가 약하고, 연마 방법이나 코팅 재료 사용 여부에 따라 다른 정도의 착색을 보이며 시간이 지나면서 색조 변화가 심화되어, 물리적 특성의 한계와 심미적 불안정성으로 인해 현재까지 출시된 많은 3D 프린팅 레진은 임시 수복용으로만 사용이 제안되었다[3,4]. 그러나 기술이 점차 발전함에 따라 최근 개발된 TC-80DP (Graphy, Seoul, Korea)는 굴곡 강도가 200 MPa 이상으로 물리적 특성이 개선되면서 영구 수복용으로 출시되었다. 유전치의 전장관으로는 지르코니아 크라운이 가장 많이 사용되나, 이는 고가의 비용과 대합치의 마모를 초래한다는 단점이 있어 3D 프린팅 레진이 심미적 문제만 개선된다면 지르코니아 크라운의 대체재로 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 보인다[6,7].

치과용 수복물의 심미성, 그 중 색조에 영향을 미치는 요인으로는 내인성과 외인성 요인이 존재한다[8]. 내인성 요인은 수복 재료의 3급 아민 촉진제의 산화와 같은 화학적 변화를 뜻하며, 이는 수복물의 백색에서 황색으로의 색조 변화를 야기한다. 외인성 요인으로는 재료에 커피, 차, 니코틴 등의 착색제의 결합이나 침투가 일어나는 경우를 뜻하며, 재료의 필러 함량이나 표면 조도, 연마 방법 등이 착색 정도에 영향을 미치게 된다[8]. 특히 그 중에서 표면 조도는 거칠기가 심화할수록 빛이 다양한 각도에서 분산되므로 색조에 중요한 영향을 미칠 수 있다[5,9,10]. 이에 많은 연구에서 연마가 표면을 더 매끄럽게 만들어 착색제 흡수를 예방할 수 있으며, 특히 연마 재료의 입자 크기가 단단할수록 더 부드러운 표면을 만든다고 알려져 있으나, 또 다른 연구들에 의하면 연마하지 않는 것이 오히려 표면 특성이 더 우수하다고 하여 아직 논란의 여지가 있다[9,11,12].

기존의 3D 프린팅 레진의 색조 안정성과 관련된 연구에서는 연마 방법이 한가지로 한정되어 있거나 임시 크라운용 레진 제품만을 사용하여 최신 제품에 대한 연구는 전무하다. 또한, 3D 프린팅 레진과 관련된 연구 중 색조에 중요한 영향을 미치는 표면 조도에 대한 연구도 부족한 실정이다.

따라서, 이번 연구에서는 영구 수복용 3D 프린팅 레진의 연마 방법에 따른 색조 안정성과 표면 조도를 관찰하여 심미적 안정성을 알아보고자 하였다.

연구 재료 및 방법

1. 연구 재료

1) 3D 프린팅 장비 및 레진

이 연구를 위해 3D 프린터는 Sindoh A1+ (SLA 3D printer, Sindoh Co., Seoul, Korea), 후 중합 장비로 Veltz MP 300(Hephzibah, Incheon, Korea)를 이용하였다. 3D 프린팅 레진은 최종 수복물 크라운과 브릿지를 제작하는 용도로 시판되고 있는 TC-80DP (Graphy)를 이용하였다(Table 1, Fig. 1).

2) 연마 기구 및 침전 용액

저속 핸드피스는 FX25 (NSK Dental Korea, Seoul, Korea)가 사용되었으며, 연마 기구는 Enhance^® finishing system (Dentsply/Caulk, Milford, DE, USA)와 Sof-Lex^TM disc (3M ESPE, St. Paul, MN, USA)를 이용하였다. 침전 용액은 인공 타액(Taliva^® Solution, Hanlim pharm Co., Seoul, Korea)를 대조군으로 사용하였고, 어린이들이 자주 접하는 음료인 오렌지 주스(Achim-e orange juice, Seoul milk Co., Seoul, Korea)를 실험군으로 사용하였다.

3) 측정 장비

색조 변화는 분광측색장치(CM-2600d, Konica Minolta, Tokyo, Japan), 표면 조도는 조도 측정기(SJ-400, Mitutoyo, Kanagawa, Japan)을 이용하여 측정하였다(Fig. 2).

2. 연구 방법

1) 시편 제작

AutoCAD software (Autodesk Inc., San Francisco, CA, USA)를 이용하여 10.0 × 10.0 × 1.0 mm의 직육면체 시편을 제작하였다. 각도는 90°로 일정하게 하였으며 각각 서포트는 시편의 바닥 부분에 5개씩 설정하였다. 이를 Standard Tessellation Language (STL) 파일로 저장 후 3D 프린터로 전송하여 프린팅을 진행하였으며 레이어 높이는 100 μm로 설정하였고, 출력 후 서포트를 제거하였다. 초음파 세척기를 이용해 90% 이소프로필 알코올 용액에서 30초간 세척 후, 제조사의 지시에 따라 240 W, 385 - 405 nm에서 60초간 후 중합과 240초간 heating을 거쳤다(Fig. 3). 총 60개의 시편을 6개씩 나누어 프린팅을 진행하였고, 과정 중 두께가 일정치 않거나 형태가 손상된 시편은 실험에서 제외했다.

2) 연마 방법

각 시편은 연마 방법에 따라 연마를 시행하지 않은 군(Control), Enhance^®를 이용하여 연마한 군(Enhance^®군), Sof-Lex^TM disc를 이용하여 연마한 군(Sof-Lex^TM군)으로 시편 20개씩 나누었다. 모든 시편의 연마와 측정은 서포트가 존재하지 않은 반대면을 대상으로 연구를 진행하였다. Enhance^®군은 Enhance^® finishing point를 저속 핸드피스(4000 - 5000 rpm)를 사용하여 20초간 연마하였다. 열 발생을 막기 위해 주수 하에 연마하여 주었다. Sof-Lex^TM군은 저속 핸드피스(4000 - 5000 rpm)를 사용하여 medium disc부터 superfine disc까지(29, 14, 5 μm) 단계별로 20초씩 주수 하에 연마하였다. 단계 사이마다 10초 이상 물로 세척하여 잔존물이 레진 표면에 남아있지 않도록 하였다. 술자에 따른 차이를 최소화하기 위해 한명의 술자가 같은 날 모든 연마를 시행하였다.

3) 색조 변화 및 표면 조도 측정

(1) 색조 측정 및 분석

각 시편은 연마 직후에 분광측색장치를 이용하여 기준점의 색조를 측정하였다. 색조 측정은 국제 조명 위원회에서 제시하는 CIE L*a*b* 색 공간을 기준으로 시행되었다. 장치는 매 측정 전에 제조사의 표준백판을 이용하여 영점 조정을 시행하였고, 각 시편의 중앙에 6.0 mm 지름의 렌즈를 위치시킨 뒤, CIE 표준 측정 주광인 D65 광원으로 설정 하에 10° 관찰자 각도로 시편 당 2회 반복 측정하여 그 평균값을 기록하였다. 그 이후 각 군의 20개 시편을 다시 10개씩으로 나누어 인공 타액, 오렌지 주스에 침전시켰다.

용액은 37°C 항온수조에 보관하여 매일 1번씩 교체하였고, 침전 1, 7, 30, 60일에 색조 측정을 시행하여 시편 별 CIE L*a*b* 값을 기록하였다. 시편의 색조 변화는 해당 시점의 CIE L*a*b* 값과 기준점의 CIE L*a*b* 값의 차이(ΔL*, Δa*, Δb*)를 이용하여 색차(ΔE*)를 다음의 공식을 통해 산출하여 확인하였다: ΔE* = {(ΔL*)2 + (Δa*)2 + (Δb*)2}^1/2. 이때, ΔE* > 3.3을 육안으로 확인 가능한 색조 변화의 역치 기준으로 설정하였다[13].

(2) 표면 조도 측정 및 분석

각 시편은 연마 직후와 60일간 각 용액 침전 후 조도 측정기를 이용하여 표면 조도를 측정하였다. 측정기를 이용하여 0.5 mm/s의 이동 속도로 중앙부위에서 4.0 mm의 거리를 측정하였다. 이때 단면 곡선에서 필터를 통해 파장을 제거하는 컷오프(Cut-off, λc) 값은 0.8 mm였다. 각각의 시편 당 3회 측정하여 산술 평균 조도(Average Roughness, Ra)의 평균값을 기록하였다.

3. 통계 분석

통계 분석은 IBM SPSS 17.0 (SPSS Inc, Chicago, IL, USA)를 이용하였다. Kolmogorov-Smirnov, Shapiro-Wilk 정규성 검정을 시행하였으며, 연마 방법에 따른 ΔE* 값과 표면 조도의 분석은 Kruskal-Wallis test와 사후 검정으로 Mann-Whitney’s U test를 시행했으며 유의수준(α)는 0.0167로 설정하였다. 침전 용액에 따른 ΔE* 값과 표면 조도의 분석과 시간 경과에 따른 표면 조도 변화는 Mann-Whitney’s U test를 시행했으며 유의수준(α)는 0.05로 설정하였다.

연구 성적

1. 색조 변화 측정 결과

연마 방법과 용액 별 색조 비교 결과는 다음과 같다(Table 2, Fig. 4).

1) 연마 방법 별 색조 비교

(1) 연마하지 않은 군

연마하지 않은 군에서는 60일에서 오렌지 주스가 인공 타액보다 큰 색조 변화가 나타났다(p = 0.032). 이때, 오렌지 주스에서는 7일부터 육안으로 확인 가능한 색조 변화를 나타냈고 인공 타액에서는 육안으로 확인 가능한 수준의 색조 변화는 없었다.

(2) Enhance^®로 연마한 군

Enhance^®군에서는 30일, 60일에서 오렌지 주스가 인공 타액보다 색조 변화가 크게 나타났다(p = 0.01, 0.036). 이때, 오렌지 주스에서는 30일부터 육안으로 확인 가능한 색조 변화를 나타냈고 인공 타액에서는 육안으로 확인 가능한 수준의 색조 변화는 없었다.

(3) Sof-Lex^TM로 연마한 군

Sof-Lex^TM군에서는 7, 30, 60일에서 오렌지 주스가 인공 타액보다 큰 색조 변화를 나타냈다(p = 0.022, 0.036, 0.01). 이때, 오렌지 주스에서는 7일부터 육안으로 확인 가능한 색조 변화를 나타냈고 인공 타액에서는 육안으로 확인 가능한 수준의 색조 변화는 없었다.

2) 용액 별 색조 비교

(1) 인공 타액

인공 타액에서는 연마 방법에 따른 색조 변화의 차이가 유의하지는 않았다. 이때, 모든 군에서 시간이 지나도 육안으로 확인 가능한 수준의 색조 변화는 없었다.

(2) 오렌지 주스

오렌지 주스에서는 연마 방법에 따른 색조 변화의 차이가 유의하지는 않았다. 이때, 연마하지 않은 군과 Sof-Lex^TM군은 7일부터, Enhance^®군은 30일부터 육안으로 확인 가능한 색조 변화를 나타냈다.

2. 표면 조도 측정 결과

연마 방법, 용액 별 및 시간 경과에 따른 표면 조도 비교 결과는 다음과 같다(Table 3, Fig. 5).

1) 연마 방법 별 표면 조도 비교

시편을 각 용액에서 60일간 침전 후 표면 조도를 측정한 결과, 연마하지 않은 군과 Enhance^®군에서는 용액에 따른 표면 조도 차이는 유의하지 않았다. Sof-Lex^TM군에서는 오렌지 주스보다 인공 타액에서 표면 조도 값이 낮았다(p = 0.03).

2) 용액 별 표면 조도 비교

(1) 연마 직후의 표면 조도 비교

각 시편을 연마 직후 표면 조도를 측정한 결과, Sof-Lex^TM군이 연마하지 않은 군과 Enhance^®군보다 표면 조도 값이 낮았다(p = 0.001).

(2) 60일간 용액 침전 후 표면 조도 비교

각 시편을 연마하고 용액에 60일 침전 후 표면 조도를 측정한 결과, 모든 용액에서 Sof-Lex^TM군은 연마하지 않은 군과 Enhance^®군보다 표면 조도 값이 낮았지만(p = 0.015, 0.001), 연마하지 않은 군과 Enhance^®군 사이에서는 차이가 없었다.

3) 시간 경과에 따른 표면 조도 변화

연마 직후와 60일 용액 침전 후 표면 조도를 비교하였을 때, 연마하지 않은 군에서는 모든 용액에서 표면 조도가 증가하였다(p = 0.01, 0.003). Enhance^®군에서는 오렌지 주스에서만 표면 조도가 증가하였다(p = 0.03). Sof-Lex^TM군에서는 모든 용액에서 표면 조도의 변화가 유의하지 않았다.

총괄 및 고찰

색조 안정성은 전치부의 심미 수복에서 재료를 선택하는 데에 중요한 기준으로 고려될 수 있으며, 이의 실패는 수복물의 교체와 직결된다[11,13]. 하지만 레진 수복물의 표면은 시간이 지날수록 점점 마모되면서 다공성이 증가하고, 표면의 거칠기와 색조 안정성에 영향을 끼치게 된다[14]. 또한, 이 때 연마가 표면 성질을 향상시키는지 여부와 그 중에서도 가장 효과적인 연마 방법에 대한 의견은 여전히 분분하다.

레진 중에서도 특히 3D 프린팅 레진은 낮은 색조 안정성을 보이는데, 이에는 여러 요인이 존재한다. 첫 번째로 표면 미세 구조에 층이 존재하며 이는 주사전자현미경 사진에서도 관찰된다[4,15,16]. 두 번째 요인은 3D 프린팅 레진의 낮은 광중합 비율이다[4,17]. 3D 프린팅 레진은 필러가 없이 90% 이상의 methacrylic oligomer와 3% 이하의 광개시제로 구성되어 있으며, 다른 레진보다 적은 광중합률과 낮은 물성을 보이게 된다[18-20]. 또한, TC-80DP와 더불어 3D 프린팅 레진에서 주로 사용되는 광개시제인 phosphine oxide는 camphorquinone에 비해 더 빠른 개시를 나타내지만 낮은 흡수 전력 밀도와 중합 깊이를 보여 광중합률에 영향을 미칠 수 있다[21]. 따라서 3D 프린팅 레진은 후 중합 과정을 거침에도 불구하고 상대적으로 광중합 비율이 낮아 불량한 표면 결속력으로 인한 착색 가능성을 증가시키고 잔여 모노머에 의한 표면 성질의 저하를 야기할 수 있다[4,22]. 세 번째로, 3D 프린팅 레진이 다른 자가중합형 레진에 비해 수분 흡수가 높은지는 아직 의견이 분분하지만, Berli 등[23]에 의하면 수분 흡수가 3D 프린팅 레진의 표면 성질 저하의 주요 원인 중 하나가 될 수 있다[4,24].

따라서 이번 연구에서는 영구 수복용 3D 프린팅 레진의 연마 방법에 따른 심미적 안정성을 알아보기 위해 연마하지 않았을 때, Enhance^®, Sof-Lex^TM disc를 각각 이용하였을 때의 색조와 표면 조도의 변화를 비교하였다. 색조 안정성은 심미 치의학에서 가장 흔히 사용되는 방법인 CIE L*a*b* system을, 표면 조도는 Ra를 이용하여 측정하였다. CIE L*a*b* system에서 L*은 흑색에서 백색까지의 명도, a*는 적색과 녹색, b*는 황색과 청색의 정도를 나타내며 색조 차이, 즉 ΔE* = {(ΔL*)2 + (Δa*)2 + (Δb*)2}^1/2로 계산할 수 있다[3,25]. 이전 연구들에 의하면 ΔE* 값은 1보다 작을 때 육안으로 구분하기 어렵다. 1에서 3.3 사이에서는 전문가들은 구분할 수 있지만, 일반인에서는 구분하기 어려워 임상적으로 허용 가능한 정도이며, 3.3보다 높으면 일반인에서도 구분 가능하여 임상적으로 허용 불가능한 정도이다[13,26,27]. Ra는 일정 간격에서 조도의 평균선으로부터의 거리에 대한 절댓값을 합계하여 평균한 값으로, 한 개의 결점이 측정값에 미치는 영향이 대단히 작아 안정된 결과를 얻을 수 있어 가장 일반적인 파라미터가 된다[28]. Ra는 0.2 μm가 수복물에 치태가 침착하는 것을 줄이기 위한 치태 침착의 임계 조도(threshold Ra)이며, 10 μm 이하이면 임상적으로 허용 가능한 수준이다[29-31]. 이번 연구에서도 이전 연구를 바탕으로 육안으로 확인 가능한 색조 변화의 역치 수준을 ΔE* > 3.3, 임상적으로 허용 불가능한 표면 조도의 역치 수준을 > 10 μm로 설정하였다.

연구 결과, 연마 방법에 따른 색조 안정성의 차이는 유의하지 않았으나, 표면 조도는 연마 직후와 60일 용액 침전 후 모두 Sof-Lex^TM군이 연마하지 않은 군과 Enhance^®군보다 유의하게 낮게 나타났다. 특히 시간 경과에 따른 표면 조도 변화를 관찰하였을 때, 연마하지 않은 군은 모든 용액에서, Enhance^®군은 오렌지 주스에서 유의한 표면 조도 변화를 일으켰지만, Sof-Lex^TM군은 모든 용액에서 유의한 표면 조도 변화를 일으키지 않았다. Karaarslan 등[9]과 Taşin 등[29]에 따르면, 레진 연마가 표면의 microcrack과 미세 결함을 생성할 수 있어 오히려 표면 성질을 저하할 수 있다고 하였으나 본 연구에서는 상반된 결과를 나타내었다. 이번 연구에서는 연마하는 것이 색조 안정성에는 영향을 끼치지 않았으나 표면 조도에서 연마하지 않는 것보다 우수한 결과를 보여, 적합한 연마를 통해 표면을 평활하게 만드는 것이 수복물의 수명을 연장시키고 치태 침착을 감소시킬 수 있어 수복물의 심미와 내구성을 위하여 중요하다고 밝힌 대부분의 연구 결과와 유사하였다[1,11,12,32]. 연마 방법 중 Enhance^®와 Sof-Lex^TM disc에 대한 Shah 등[33]이나 Howell과 Weekes[34]의 연구에 의하면 Sof-Lex^TM disc는 퍼미스 잔여물과 필요 이상의 과도한 처리로 인하여 오히려 표면에 손상을 주어 Enhance^®보다 거친 표면을 만들었지만 이번 연구에서는 Sof-Lex^TM군에서 Enhance^®보다 우수한 결과를 나타내었다. 이러한 결과가 나타난 것은 연마 재료 자체의 물성 때문이라 생각된다. Enhance^®와 Sof-Lex^TM disc에서 주된 절삭 입자 역할을 하는 것은 각각 silicon dioxide와 aluminum oxide이다. 절삭 입자의 크기와 기하학적 구조는 미세하고 단단할수록 더 평활한 표면을 얻을 수 있는데, 알려진 결과에 따르면 aluminum oxide는 silicon dioxide보다 경도가 크고 미세해서 다양한 복합 레진의 연마에 더 적합하다고 할 수 있다[9,25,35,36]. Enhance^®는 간편하다는 장점이 있지만 이번 연구 결과 유전치 전장관 수복을 위해 3D 프린팅 레진 사용 시 표면 치태 침착을 막기 위해서는 Sof-Lex^TM를 이용하여 연마하는 것이 추천된다. 물론, 모든 군에서 표면 조도가 10 μm보다 훨씬 낮은 값을 보이긴 하였지만, 치태 침착 임계 조도보다는 높은 값을 보여 수복물의 치태 침착을 줄이기 위해 Sof-Lex^TM 사용은 유의미한 의미가 있을 것으로 사료된다.

이 연구에서는 침전 용액에 따른 심미적 안정성 또한 부가적으로 관찰 가능하였다. 본래 레진은 용액의 종류와 상관없이 침전 기간이 길어질수록 수분 흡수 정도가 증가하며 물리적, 화학적으로 기질이 파괴된다[1,5,29,37]. 물리적으로는 기질 네트워크를 용해하면서 팽창과 잔여 모노머와 이온의 용출을 야기하고, 결과적으로 용액이 화학적 결합 없이 빈 공간을 점유하게 되며, 화학적으로는 폴리머 구조를 변화시키고 올리고머와 모노머를 생성하는 가수분해가 일어난다[38]. Radwan 등[5]에 의하면, 레진은 타액 침전 시에도 높은 확산 계수로 인해 수분을 흡수하여 색조가 변화될 수 있다고 하였지만, 다른 논문에서는 인공 타액은 색소 입자를 포함하고 있지 않기 때문에 유의하게 낮은 정도의 색조 변화(ΔE* ≤ 2)만 일으켰다[36]. 이번 연구에서도 인공 타액 내에서는 시간 경과에 따라 표면 조도와 색조 변화가 증가하였지만, 그 정도가 육안으로 확인 불가능하며 임상적으로 허용 가능한 수준이었다. 오렌지 주스 내에서도 표면 조도의 변화는 타액과 마찬가지로 임상적으로 허용 가능한 수준이었으나 모든 군에서 시간이 경과할수록 타액에 비해 색조 변화가 크게 나타났으며, 육안으로 확인 가능한 정도였다. 이러한 결과가 나타난 것은 낮은 pH가 가장 주된 요인이라 생각된다. 낮은 pH는 레진 표면의 결합을 약화시키고, 미세 간극과 다공성이 수분 흡수를 증가시켜 레진 색조 변화의 원인이 된다[5,26,29]. 특히 충분히 중합되지 않은 레진은 산성화된 환경에서 더 쉽게 용해될 수 있어 오렌지 주스는 다른 레진에 비하여 낮은 광중합률을 가지는 3D 프린팅 레진에 취약한 환경이 될 수 있다[5,17,23]. 또한, 오렌지 주스의 노란 색소 역시 착색의 주요 원인이 될 수 있다[26]. 어린이들에게 오렌지 주스는 많이 섭취하는 음료 중 하나이지만, 이번 결과를 통해 3D 프린팅 레진을 이용하여 유전치 수복을 진행할 경우, 잦은 오렌지 주스 섭취는 확연한 색조 변화를 유발할 수 있을 것으로 보인다.

이 연구에는 몇 가지 한계점이 존재한다. 먼저 이번 연구에서는 다른 3D 프린팅 레진 제품과 비교하지 않고 단일 제품만을 사용하여, 향후 연구에서는 다양한 3D 프린팅 레진을 비교하는 연구가 진행되는 것이 필요하다고 생각된다. 다음으로 강도와 같은 물리적 특성은 관찰하지 않아 실제 교합력이 가해졌을 때 임상적 사용 가능성에 관한 연구와 잇솔질에 의한 세정작용은 반영되지 못하였기 때문에 이를 고려한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다. 또한, 코팅 재료를 수복물 표면에 적용하였을 때, 색조 안정성이나 표면 물성이 향상된다는 여러 연구가 있어, 이와 관련된 향후 연구도 이루어지는 것이 좋을 것으로 생각된다[3,9,29,30,39].

결론

이 연구에서는 영구 수복용 3D 프린팅 레진 시편을 연마 방법에 따라 색조와 표면 조도 변화를 관찰하였다. 60일 용액 침전 후 레진의 연마 방법에 따른 색조 안정성의 유의한 차이는 보이지 않았다. 다만, 인공 타액에서는 모두 육안으로 확인 불가능한 정도의 색조 변화만 관찰되었으나 오렌지 주스에서는 육안으로 확인 가능한 색조 변화가 나타났고 용액에 따른 차이는 유의미했다. 표면 조도에서는 Sof-Lex^TM를 이용하여 연마하였을 때 연마하지 않거나 Enhance^®를 이용하여 연마할 때보다 유의하게 낮은 값을 보였으나 모두 임상적으로 허용 가능한 정도의 변화를 보였다. 모든 연마 방법에서 오렌지 주스에서 타액에 비해 유의한 표면 조도 변화를 일으켰다.

이번 연구를 통해, 영구 수복용 3D 프린팅 레진을 유전치 전장관으로 사용하게 될 경우 연마 방법과 상관없이 표면 조도는 모두 허용 가능한 정도의 변화를 보일 것으로 생각되나, 치태 침착을 줄이기 위해 그 중 Sof-Lex^TM로 연마하는 것이 권장된다. 또한, 연마 방법에 따른 색조 안정성 차이는 없으나, 오렌지 주스와 같은 착색제의 잦은 섭취 시 육안으로 확인 가능한 색조 변화가 관찰될 수 있어 이에 대한 주의가 필요할 것으로 사료된다.

NOTES

Conflict of Interest

The authors have no potential conflicts of interest to disclose.

Fig 1.

Machines and materials used in this study. (A) 3D printer, (B) Post-curing machine, (C) 3D printing resin.

Fig 2.

Machines used in this study. (A) Spectrophotometer, (B) Surface roughness meter.

Fig 3.

Sample design. (A) Design of resin specimen, (B) STL file of the designed specimen, (C) 3D-printed resin specimen.

Fig 4.

The mean and standard deviation of ΔE according to polishing methods and solutions.

*: Means significant differences between solutions by Mann-Whitney’s U test (p < 0.05).

Fig 5.

The mean and standard deviation of surface roughness values according to polishing methods and solutions. 60S: Immersion in artificial saliva for 60 days; 60O: Immersion in orange juice for 60 days; *: Means significant differences between polishing methods by Kruskal-Wallis test (p < 0.0167); **: Means significant differences between solutions by Mann-Whitney’s U test (p < 0.05).

Table 1.

Component and manufacturer of material used in the study

Product	Shade	Component	Manufacturer	Batch Number
TC-80DP	A1	methacrylate oligomer based on polyurethane resin, phosphine oxides, pigment	Graphy, Seoul, Korea	B1220K11-003

Table 2.

The mean and standard deviation of ΔE according to polishing methods and solutions

Group		Mean ± Standard deviation
		1 day		7 days		30 days		60 days
	n	Saliva	Orange juice	Saliva	Orange juice	Saliva	Orange juice	Saliva	Orange juice
Unpolished	20	2.52 ± 1.58^a,A	2.65 ± 0.64^a,A	2.89 ± 2.22^a,A	3.45 ± 0.93^a,A	2.96 ± 2.43^a,A	4.57 ± 1.09^a,A	3.10 ± 2.43^a,A	5.85 ± 1.18^b,A
Enhance^®	20	1.97 ± 1.26^a,A	2.82 ± 1.34^a,A	1.98 ± 0.94^a,A	3.12 ± 1.37^a,A	2.04 ± 0.88^a,A	4.07 ± 1.40^b,A	2.11 ± 0.99^a,A	5.09 ± 1.45^b,A
Sof-LexTM	20	1.96 ± 1.52^a,A	3.16 ± 1.57^a,A	1.97 ± 1.37^a,A	3.67 ± 1.65^b,A	1.99 ± 1.08^a,A	4.07 ± 1.40^b,A	2.00 ± 1.21^a,A	5.69 ± 1.53^b,A

Differences in superscript lowercase letters indicate statistically significant differences between solutions (p < 0.05) and differences in superscript uppercase letters indicate statistically significant differences between polishing methods (p < 0.0167).

Table 3.

The mean and standard deviation of surface roughness values according to polishing methods and solutions

		Mean ± Standard deviation (μm)
		0 day			60 days
	n	Unpolished	Enhance^®	Sof-Lex^TM	Unpolished	Enhance^®	Sof-Lex^TM
Saliva	30	1.52 ± 0.77^a,A	1.36 ± 0.50^a,A	0.33 ± 0.16^b,A	2.48 ± 1.30^a,α,B	1.64 ± 0.93^a,α,A	0.35 ± 0.15^b,α,A
Orange juice	30	-	-	-	3.24 ± 1.84^a,α,B	2.36 ± 0.88^a,α,B	0.42 ± 0.17^b,β,A

Differences in superscript greek letters indicate statistically significant differences between solutions by Mann-Whitney’s U test (p < 0.05) and differences in superscript lowercase letters indicate statistically significant differences between polishing methods by Kruskal-Wallis test (p < 0.0167) and differences in superscript uppercase letters indicate statistically significant differences over time by Mann-Whitney’s U test (p < 0.05).

References

1. Scotti CK, Velo MMAC, Rizzante FAP, Nascimento TRL, Mondelli RFL, Bombonatti JFS : Physical and Surface Properties of a 3D-Printed Composite Resin for a Digital Workflow. J Prosthet Dent. 124:614.E1-E5, 2020.

2. Alharbi N, Osman RB, Wismeijer D : Factors Influencing the Dimensional Accuracy of 3D-Printed Full-Coverage Dental Restorations Using Stereolithography Technology. Int J Prosthodont, 29:503-510, 2016.

3. Almejrad L, Yang CC, Morton D, Lin WS : The Effects of Beverages and Surface Treatments on the Color Stability of 3D-Printed Interim Restorations. J Prosthodont, 31:165-170, 2022.

4. Shin JW, Kim JE, Choi YJ, Shin SH, Nam NE, Shim JS, Lee KW : Evaluation of the Color Stability of 3D-Printed Crown and Bridge Materials against Various Sources of Discoloration: An In Vitro Study. Materials (Basel), 13:5359, 2020.

5. Radwan H, Elnaggar G, Deen ISE : Surface Roughness and Color Stability of 3D Printed Temporary Crown Material in Different Oral Media (In vitro study). Int J Appl Dent Sci, 7:327-334, 2021.

6. Waggoner WF : Restoring Primary Anterior Teeth: Updated for 2014. Pediatr Dent, 37:163-170, 2015.

7. Kim N, Kim H, Kim IH, Lee J, Lee KE, Lee HS, Kim JH, Song JS, Shin Y : Novel 3D Printed Resin Crowns for Primary Molars: In Vitro Study of Fracture Resistance, Biaxial Flexural Strength, and Dynamic Mechanical Analysis. Children, 9:1445, 2022.

8. Paditar N, Kaurani P : Colour Stability: An Important Physical Property of Esthetic Restorative Materials. Int J Clin Dent Sci, 1:81-84, 2010.

9. Karaarslan ES, Bulbul M, Yildiz E, Secilmis A, Sari F, Usumez A : Effects of Different Polishing Methods on Color Stability of Resin Composites after Accelerated Aging. Dent Mater J, 32:58-67, 2013.

10. Schmitt VL, Puppin-Rontani RM, Naufel FS, Nahsan FP, Sinhoreti MAC, Baseggio W : Effect of the Polishing Procedures on Color Stability and Surface Roughness of Composite Resins. ISRN Dent, 2011:617672, 2011.

11. Berber A, Cakir FY, Baseren M, Gurgan S : Effect of Different Polishing Systems and Drinks on the Color Stability of Resin Composite. J Contemp Dent Pract, 14:662-667, 2013.

12. Baik MK, Kim CC, Jang KT : Effects of Polishing Methods on the Surface Characteristics of Composite Resins. J Korean Acad Pediatr Dent, 43:275-283, 2016.

13. Vichi A, Ferrari M, Davidson CL : Color and Opacity Variations in Three Different Resin-based Composite Products after Water Aging. Dent Mater, 20:530-534, 2004.

14. Berastegui E, Canalda C, Brau E, Miquel C : Surface Roughness of Finished Composite Resins. J Prosthet Dent, 68:742-749, 1992.

15. Garcia CR, Rumpf RC, Tsang HH, Barton JH : Effects of Extreme Surface Roughness on 3D Printed Horn Antenna. Electronics Letters, 49:734-736, 2013.

16. Ngo TD, Kashani A, Imbalzano G, Nguyen KTQ, Hui D : Additive Manufacturing (3D Printing): A Review of Materials, Methods, Applications and Challenges. Compos B Eng, 143:172-196, 2018.

17. Alifui-Segbaya F, Bowman J, White AR, George R, Fidan I : Characterization of the Double Bond Conversion of Acrylic Resins for 3D Printing of Dental Prostheses. Compend Contin Educ Dent. 40:E7-E11, 2019.

18. Bagheri A, Jin J : Photopolymerization in 3D Printing. ACS Appl Polym Mater, 1:593-611, 2019.

19. Tahayeri A, Morgan M, Fugolin AP, Bompolaki D, Athirasala A, Pfeifer CS, Ferracane JL, Bertassoni LE : 3D Printed versus Conventionally Cured Provisional Crown and Bridge Dental Materials. Dent Mater. 34:192-200, 2018.

20. Lin CH, Lin YM, Lai YL, Lee SY : Mechanical Properties, Accuracy, and Cytotoxicity of UV-polymerized 3D Printing Resins Composed of Bis-EMA, UDMA, and TEGDMA. J Prosthet Dent, 123:349-354, 2020.

21. Schneider LFJ, Cavalcante LM, Prahl SA, Pfeifer CS, Ferracane JL : Curing Efficiency of Dental Resin Composites Formulated with Camphorquinone or Trimethylbenzoyl-diphenyl-phosphine Oxide. Dent Mater, 28:392-397, 2012.

22. Engler MLPD, Güth JF, Keul C, Erdelt K, Edelhoff D, Liebermann A : Residual Monomer Elution from Different Conventional and CAD/CAM Dental Polymers during Artificial Aging. Clin Oral Investig, 24:277-284, 2020.

23. Berli C, Thieringer FM, Sharma N, Müller JA, Dedem P, Fischer J, Rohr N : Comparing the Mechanical Properties of Pressed, Milled, and 3D-printed Resins for Occlusal Devices. J Prosthet Dent, 124:780-786, 2020.

24. Imirzalioglu P, Karacaer O, Yilmaz B, Ozmen IO : Color Stability of Denture Acrylic Resins and a Soft Lining Material against Tea, Coffee, and Nicotine. J Prosthodont, 19:118-124, 2010.

25. Barakah HM, Taher NM : Effect of Polishing Systems on Stain Susceptibility and Surface Roughness of Nanocomposite Resin Material. J Prosthet Dent. 112:625-631, 2014.

26. Kumari RV, Nagaraj H, Siddaraju K, Poluri RK : Evaluation of the Effect of Surface Polishing, Oral Beverages and Food Colorants on Color Stability and Surface Roughness of Nanocomposite Resins. J Int Oral Health, 7:63-70, 2015.

27. Brooksbank A, Owens BM, Phebus JG, Blen BJ, Wasson W : Surface Sealant Effect on the Color Stability of a Composite Resin Following Ultraviolet Light Artificial Aging. Oper Dent, 44:322-330, 2019.

28. Hwang SS, Im YW, Kim SC, Jun SK, Lee HH : Influence of Polishing Methods on Surface Roughness and Gloss of Acrylic Denture Base Resins. Korean J Dent Mater, 41:305-310, 2014.

29. Taşın S, Ismatullaev A, Usumez A : Comparison of Surface Roughness and Color Stainability of 3-Dimensionally Printed Interim Prosthodontic Material with Conventionally Fabricated and CAD-CAM Milled Materials. J Prosthet Dent, 128:1094-1101, 2022.

30. Dede DÖ, Şahin O, Koroglu A, Yilmaz B : Effect of Sealant Agents on the Color Stability and Surface Roughness of Nanohybrid Composite Resins. J Prosthet Dent, 116:119-128, 2016.

31. Bollen CM, Papaioanno W, Van Eldere J, Schepers E, Quirynen M, Van Steenberghe D : The Influence of Abutment Surface Roughness on Plaque Accumulation and Peri-implant Mucositis. Clin Oral Implants Res, 7:201-211, 1996.

32. Jung M, Hornung K, Klimek J : Polishing Occlusal Surfaces of Direct Class II Composite Restorations in vivo. Oper Dent, 30:139-146, 2005.

33. Shah P, Sharma P, Goje SK, Kanzariya N, Parikh M : Comparative Evaluation of Enamel Surface Roughness after Debonding Using Four Finishing and Polishing Systems for Residual Resin Removal - an in vitro study. Prog Orthod, 20:18, 2019.

34. Howell S, Weekes WT : An Electron Microscopic Evaluation of the Enamel Surface Subsequent to Various Debonding Procedures. Aust Dent J, 35:245-252, 1990.

35. Hassan AM, Nabih SM, Mossa HM, Baroudi K : The Effect of Three Polishing Systems on Surface Roughness of Flowable, Microhybrid, and Packable Resin Composites. J Int Soc Prev Community Dent, 5:242-247, 2015.

36. Bitencourt SB, Kanda RY, de Freitas Jorge C, Barão VAR, Sukotjo C, Wee AG, Goiato MC, Pesqueira AA : Long-term Stainability of Interim Prosthetic Materials in Acidic/staining Solutions. J Esthet Restor Dent, 32:73-80, 2020.

37. Liebermann A, Wimmer T, Schmidlin PR, Scherer H, Löffler P, Roos M, Stawarczyk B : Physicomechanical Characterization of Polyetheretherketone and Current Esthetic Dental CAD/CAM Polymers after Aging in Different Storage Media. J Prosthet Dent. 115:321-328.E2, 2016.

38. Sunbul HA, Silikas N, Watts DC : Surface and Bulk Properties of Dental Resin Composites after Solvent Storage. Dent Mater, 32:987-997, 2016.

39. Attar N : The Effect of Finishing and Polishing Procedures on the Surface Roughness of Composite Resin Materials. J Contemp Dent Pract, 8:27-35, 2007.