3Dプリンターで作製した歯列矯正用アライナーの機械的特性に及ぼす印刷方向の影響

Effect of printing orientation on mechanical properties of 3D-printed orthodontic aligners.

抄録

目的:

本研究の目的は、レジンで作製された3次元（3D）印刷矯正用アライナーの基本的な機械的特性の印刷方向による違いを評価することである。

PURPOSE: The purpose of this study was to assess differences in the fundamental mechanical properties of resin-made three-dimensional (3D) printed orthodontic aligners according to the printing orientation.

方法:

レジンで3Dプリントしたダンベル型試料20個と歯科矯正用アライナー20個を作製し、窒素中でポストキュアした。試験片とアライナーの半分を水平方向（H）に、残りの半分を垂直方向（V）に作製した。ダンベル型の試験片は引張試験機で荷重をかけ、アライナーの一部はアクリル樹脂に埋め込み、研磨した後、機器による圧痕試験（IIT）を行った。評価した機械的特性は、降伏強さ（YS）、破断強さ（BS）、塑性ひずみ（ε）、マルテンス硬さ（HM）、圧痕弾性率（E）、弾性指数（η）、圧痕緩和（R）である。データはα=5%の独立t検定またはMann-Whitney検定で統計的に分析した。

METHODS: Twenty resin 3D-printed dumbbell-shaped specimens and 20 orthodontic aligners were fabricated and postcured in nitrogen. Half of the specimens and aligners were built in horizontal (H), the other half in vertical (V) directions. The dumbbell-shaped specimens were loaded in a tensile testing machine, while parts of the aligners were embedded in acrylic resin, ground, polished, and then underwent instrumented indentation testing (IIT). Mechanical properties that were assessed included the yield strength (YS), breaking strength (BS), plastic strain (ε), Martens hardness (HM), indentation modulus (E), elastic index (η), and indentation relaxation (R). Data were analyzed statistically with independent t‑tests or Mann-Whitney tests at α = 5%.

結果:

水平方向または垂直方向にプリントした試料またはアライナーの間に有意差は認められなかった（すべての場合においてP>0.05）。全体として、3Dプリントされたアライナーは、YS（平均19.2MPa；標準偏差[SD]1.7MPa）、BS（平均19.6MPa；SD1.2MPa）、ε（平均77％；SD11％）、HM（中央値89.0N/mm；四分位範囲［IQR］84.5-90.0NN/m）、E（中央値2670.5MPa；IQR2645.0-2726.0MPa）、η（中央値27.5％；IQR25.9-28.1％）、R（平均65.1％；SD3.5％）であった。

RESULTS: No significant differences were found between specimens or aligners printed either in a horizontal or a vertical direction (P > 0.05 in all instances). Overall, the 3D-printed aligners showed acceptable mechanical propertied in terms of YS (mean 19.2 MPa; standard deviation [SD] 1.7 MPa), BS (mean 19.6 MPa; SD 1.2 MPa), ε (mean 77%; SD 11%), HM (median 89.0 N/mm; interquartile range [IQR] 84.5-90.0 NN/m), E (median 2670.5 MPa; IQR 2645.0-2726.0 MPa), η (median 27.5%; IQR 25.9-28.1%), and R (mean 65.1%; SD 3.5%).

結論:

印刷方向は、3Dプリントレジンアライナーの機械的特性に影響を及ぼさないようであり、矯正歯科での使用が期待される。

CONCLUSION: Printing direction seemed to have no effect on the mechanical properties of 3D-printed resin aligners, which are promising for orthodontic use.

結論:

考察：本研究の目的は、3Dプリンターで作製された歯科矯正用レジン製アライナーの基本的な機械的特性の、印刷方向による相違を明らかにすることである。

ZUSAMMENFASSUNG: ZWECK: Ziel dieser Studie war es, die Unterschiede in den grundlegenden mechanischen Eigenschaften von aus Kunststoff hergestellten dreidimensionalen (3-D) gedruckten kieferorthopädischen Alignern in Abhängigkeit von der Druckausrichtung zu untersuchen.

方法:

国産ストロンチウムで3D成形されたハンテルフルム・プリファーと20個のキーパーオーステーパー・アライナーが、スティックストロンチウムで成形された。プルーフとアライナーのうち半分は水平に、もう半分は垂直に配置された。高熱のプルーフカーはツインプルーフマッシャーで固定され、アライナーはアクリルハーツで成形された後、ポリイミドで固められ、最後にインストゥルメント・インドラック・プルーフ(IIT)で調整された。測定された力学的特性には、破断強度（YS）、破断強度（BS）、塑性変形（ε）、マルテンサイト（HM）、弾力性（EIT）、弾力指数（ηIT）、弾力緩和（RIT）が含まれる。これらのデータは、α=5%における一意的t検定またはMann-Whitney検定によって統計的に検定された。

METHODEN: Zwanzig aus Kunststoff 3‑D-gedruckte hantelförmige Prüfkörper und 20 kieferorthopädische Aligner wurden hergestellt und in Stickstoff nachgehärtet. Die Hälfte der Prüfkörper und Aligner wurde in horizontaler, die andere Hälfte in vertikaler Richtung hergestellt. Die hantelförmigen Prüfkörper wurden in einer Zugprüfmaschine belastet, während Teile der Aligner in Acrylharz eingebettet, geschliffen und poliert und anschließend einer instrumentierten Eindruckprüfung (IIT) unterzogen wurden. Zu den bewerteten mechanischen Eigenschaften gehörten die Streckgrenze (YS), die Bruchfestigkeit (BS), die plastische Dehnung (ε), die Martens-Härte (HM), der Eindringmodul (EIT), der Elastizitätsindex (ηIT) und die Eindringrelaxation (RIT). Die Daten wurden mit unabhängigen t‑Tests oder Mann-Whitney-Tests bei α = 5% statistisch ausgewertet.

結果:

水平または垂直方向の標本間の有意な差は認められなかった（すべての項目でp>0.05）。その結果、YS（許容差19.2MPa；標準偏差[SD]1.7MPa）、BS（許容差19.6MPa；標準偏差1.2MPa）、ε(中央値77%; SD 11%)、HM(中央値89,0 N/mm;四分位[IQR] 84,5-90,0 NN/m)、EIT(中央値2670,5 MPa; IQR 2645,0-2726,0 MPa)、ηIT(中央値27,5%; IQR 25,9-28,1%)、RIT(中央値65,1%; SD 3,5%)。

ERGEBNISSE: Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen den in horizontaler oder vertikaler Richtung gedruckten Proben oder Alignern festgestellt (p > 0,05 in allen Fällen). Insgesamt zeigten die 3‑D-gedruckten Aligner akzeptable mechanische Eigenschaften in Bezug auf YS (Mittelwert 19,2 MPa; Standardabweichung [SD] 1,7 MPa), BS (Mittelwert 19,6 MPa; SD 1,2 MPa), ε (Mittelwert 77%; SD 11%), HM (Median 89,0 N/mm; Interquartilsbereich [IQR] 84,5-90,0 NN/m), EIT (Median 2670,5 MPa; IQR 2645,0-2726,0 MPa), ηIT (Median 27,5%; IQR 25,9-28,1%) und RIT (Mittelwert 65,1%; SD 3,5%).

衝撃:

3D成形された金属板は、機械的特性には影響を及ぼさない。

SCHLUSSFOLGERUNG: Die Druckrichtung schien keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von 3‑D-gedruckten Kunststoff-Alignern zu haben, was für die kieferorthopädische Anwendung vielversprechend ist.