新規セラミックプリンターを用いた3Dプリント3Y-TZPジルコニアの二軸曲げ強さ

Biaxial flexural strength of 3D-printed 3Y-TZP zirconia using a novel ceramic printer.

抄録

目的:

さまざまな印刷方向と染色で製造した3Dプリント3Y-TZPジルコニアの強度と信頼性を比較すること。

OBJECTIVES: To compare the strength and reliability of 3D-printed 3Y-TZP zirconia manufactured with various printing orientations and staining.

材料と方法:

合計100個の円柱状ジルコニア試験片を設計し、3Dプリンティングを用いて作製し、ISO 6872規格に従って加工した。これらの試料のうち80個は、新しいZIPRO-D（ZD）3Dセラミック・プリンターを用いて3Dプリントされた。このZDグループにおいて、60個の試料は垂直方向にプリントされ、脱バインダー後に染色されるか（ZD1、x方向、n=20）、染色されない（ZD2、x方向、n=20；ZD3、y方向、n=20）。N=100の試料のうち、さらに20個の試料をCeraFab7500 3Dセラミックプリンター（LC）で垂直にプリントした。完成した試験片はすべて、万能試験機を用いて破壊するまで荷重をかけた。二軸曲げ強さとワイブルパラメータは、ZD群とLC群について計算した。グループおよびサブグループの効果は、Welch ANOVA（α=0.05）を用いて評価した。

MATERIALS AND METHODS: A total of one-hundred cylindrical zirconia specimens were designed and fabricated using 3D printing and processed according to ISO 6872 standards. Of these specimens, 80 were 3D printed using the new ZIPRO-D (ZD) 3D ceramic printer. In this ZD group, 60 specimens were printed in a vertical orientation and were either stained after debinding (ZD1, x-orientation, n = 20) or not stained (ZD2, x-orientation, n = 20; ZD3, y-orientation, n = 20) and the remaining 20 specimens out of n = 80 were printed in a horizontal orientation (ZD4). Further 20 specimens out of the entire sample N = 100 were printed vertically with the CeraFab7500 3D ceramic printer (LC). All completed specimens were loaded until fracture using a universal testing machine. Biaxial flexural strengths and Weibull parameters were computed for the ZD groups and for the LC group. Group and sub-group effects were evaluated using Welch ANOVA (alpha = 0.05).

結果:

垂直配向ZDサンプルの平均（標準偏差、SD）二軸曲げ強さは、染色あり（ZD1）が811（197）MPa、染色なし（ZD2/ZD3）が850（152）MPaであった（p>0.05）。ZD4（水平印刷）、1107（144）MPa、およびLC（1238（327））MPaのサンプルは、平均値（SD）が高かった。MPaの試料は、ZD1-3の試料よりも平均（SD）曲げ強さが高かった。ZD4とLCグループの間には差は見られなかった（p>0.05）。ワイブル弾性率は、ZD群でm=4.6（ZD1）から9.1（ZD4）、LC群でm=3.5であった。

RESULTS: The mean (standard deviation, SD) biaxial flexural strengths of vertically oriented ZD samples with (ZD1) and without (ZD2/ZD3) staining were 811 (197) and 850 (152) MPa, respectively (p > 0.05). The ZD4 (horizontally printed), 1107 (144) MPa, and LC (1238 (327)) MPa samples had higher mean (SD) flexural strengths than the ZD1-3 specimens. No difference was observed between the ZD4 and LC group (p > 0.05). Weibull moduli were between m = 4.6 (ZD1) and 9.1 (ZD4) in the ZD group and m = 3.5 in the LC group.

結論:

試験されたすべての3Dプリントジルコニア試料は、ISO 6872規格によるクラス5修復物に要求される曲げ強さを超えていた。新しいZD装置を用いて垂直方向にプリントしたジルコニアの曲げ強さは、LCプリンターを用いてプリントしたジルコニアの曲げ強さよりも低いものの、ZDプリンターは少なくとも同等の信頼性を示した。

CONCLUSIONS: All tested 3D-printed zirconia specimens exceeded the flexural strengths required for class 5 restorations according to ISO 6872 standards. While the flexural strengths of zirconia printed using the novel ZD device in the vertical orientation are lower than those of zirconia printed using the LC printer, the ZD printer shows at least comparable reliability.

臨床的妥当性:

ジルコニアの3Dプリンティングは歯科応用における新しい技術である。提示された強度値に基づき、3Dプリント・ジルコニアを歯科用固定支台に臨床応用することが推奨される。

CLINICAL RELEVANCE: 3D-printing of zirconia is a new technology in dental application. Based on the presented strengths values, clinical application of 3D-printed zirconia for fixed dental protheses can be recommended.