FEMを用いた非線形圧縮荷重下での3Dプリント対熱成形透明歯科用アライナー材料の機械的挙動

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J Mech Behav Biomed Mater.2020 Dec;112:104045. S1751-6161(20)30594-4. doi: 10.1016/j.jmbbm.2020.104045.Epub 2020-08-21.

FEMを用いた非線形圧縮荷重下での3Dプリント対熱成形透明歯科用アライナー材料の機械的挙動

Mechanical behaviour of 3D printed vs thermoformed clear dental aligner materials under non-linear compressive loading using FEM.

Prashant Jindal
Frank Worcester
Francesco Luke Siena
Christopher Forbes
Mamta Juneja
Philip Breedon

PMID: 32891013 DOI: 10.1016/j.jmbbm.2020.104045.

抄録

クリアデンタルアライナーは、一般的にデュランやデュラソフトなどの熱可塑性材料を使用して製造されています。従来の熱成形方法を使用すると、しばしば発生する時間の消費と貧しい幾何学的精度などの固有の欠点があります。可能であれば、歯科用アライナーを製造するためのデジタル技術と3D印刷技術の使用が好ましい場合が多い。3Dプリンティングの革新により、3Dプリンティングが可能でクラスIIaの生体適合性材料であるFormlabs Dental LT Clearレジンを含む生体適合性材料が容易に入手可能になってきている。本稿では，歯科用アライナーの症例において，有限要素解析（FEA）／有限要素モデリング（FEM）を用いて，臼歯，切歯，犬歯の合計33161節点のvon Mises応力分布を解析し，Scheu-Dental DuranやDurasoftなどの熱可塑性材料と3DプリントされたDental LTとの違いを検討した．人間の咬合力に相当する非線形圧縮力（最大600N）が作用する場合の全部位の最大フォン・ミーゼス応力分布は，デンタルLTレジンで0.2～7.7%の範囲内で変化することがわかりました．デュランケースとデュラソフトケースは比較可能であり、クリアアライナーをはじめとした様々な歯科分野でのデンタルLTの使用の可能性が広がりました。

Clear dental aligners are commonly manufactured using thermoplastic materials such as Duran and Durasoft. Using conventional thermoforming methods there are inherent disadvantages including time consumption and poor geometrical accuracies that often occur. The use of digital technologies and 3D printing techniques for producing dental aligners is often preferred where possible. Innovation in 3D printing has resulted in bio-compatible materials becoming more readily available, including Formlabs Dental LT Clear resin, which is a 3D printable and Class IIa bio-compatible material. In this paper, we investigate the difference between thermoplastic materials such as Scheu-Dental Duran and Durasoft and 3D printed Dental LT using Finite Element Analysis (FEA)/Finite Element Modelling (FEM) in a dental aligner case based on an analysis of von Mises stress distribution at molars, incisors and canines for a total of 33161 nodes using Finite Element Analysis (FEA). Maximum von Mises stress distribution at all of the sections under the action of non-linear compressive forces equivalent to human biting force (up to 600 N) were discovered to vary within a range of 0.2-7.7% for Dental LT resin. The Duran and Durasoft cases were comparable, thereby widening the scope for the use of Dental LT in various dentistry applications, including clear aligners.