3Dプリンターで作製した上顎咬合器の精度と重量に及ぼす球根支持構造の設計の違いによる影響。in vitro研究

Influence of different designs of bulb support structures on the accuracy and weight of 3D printed maxillary obturators. An in vitro study.

抄録

問題提起:

球根支持構造の設計の違いが3次元（3D）印刷されたオブチュレーターの精度に及ぼす影響に関するエビデンスは不足している。

STATEMENT OF PROBLEM: Evidence is lacking on the influence of different designs of bulb support structures on the accuracy of 3-dimensional (3D) printed obturators.

目的:

このin vitro研究の目的は、様々なインフィルデザイン（中空、ハニカム、ジャイロイド）が、デジタルライトプロジェクション（DLP）3Dプリント上顎歯槽骨の精度と重量に及ぼす影響を評価することである。

PURPOSE: The purpose of this in vitro study was to evaluate the influence of various infill designs (hollow, honeycomb, and gyroid) for the bulb of an obturator on the accuracy and weight of digital light projection (DLP) 3D printed maxillary obturators.

材料と方法:

上顎のオブチュレーターをバーチャルに設計し、バルブ内のインフィル支持構造の設計に基づいて定義された3つのデジタル参照ファイル（中空、ハニカム、ジャイロイド）を得るために使用した。得られた標準テセレーション言語（STL）ファイルを用いて、FREEPRINT義歯用レジン材料を用いたDLP 3Dプリンターでオブチュレーターを作製した（各グループデザインにつきn=10）。すべてのプリント標本（n=30）のフィッティング面をラボ用スキャナーでデジタル化し、スキャンしたSTLファイルをGeomagic control Xプログラムにエクスポートして、デジタルサブトラクション法を用いて寸法精度（真度と精度）を分析した。分析には一元配置分散分析（ANOVA）を使用した（α＝.05）。結果：定量分析により、真度（P＝.326）および精度（P＝.140）については、試験グループ間で二乗平均平方根推定値（RMSE）に有意差はないことが明らかになった。中空球根設計は、ハニカム設計およびジャイロイド・インフィル設計のいずれよりも重量が有意に軽かった（P<.001）。カラーマップは、ジャイロイドおよびハニカム設計の両グループと比較して、中空設計ではバルブ壁の円周に負の偏差の領域が増加すること、および3つのグループのはめ合い面がほぼ一致していることを明らかにした。

MATERIAL AND METHODS: A maxillary obturator was virtually designed and used to obtain 3 digital reference files which were defined based on the design of the infill support structure within the bulb: hollow, honeycomb, and gyroid. The resultant standard tessellation language (STL) files were used to fabricate the obturators using a DLP 3D-printer in FREEPRINT denture resin material (n=10 per each group design). The fitting surfaces of all printed specimens (n=30) were digitized using a laboratory scanner, and the scan STL files were exported to the Geomagic control X program for dimensional accuracy analysis (trueness and precision) using the digital subtraction technique. One-way analysis of variance (ANOVA) was used for analysis (α=.05) RESULTS: Quantitative analysis revealed no significant difference in root mean square estimate (RMSE) values among the test groups for trueness (P=.326) and precision (P=.140). Hollow bulb design was significantly lighter in weight than both honeycomb and gyroid infill designs (P<.001). Colormaps revealed increased areas of negative deviation around the circumference of the bulb wall in the hollow design compared with both the gyroid and honeycomb groups and the close surface matching of fitting surfaces in the 3 groups.

結論:

試験群間で精度に有意差がないこと，ハニカムおよびジャイロイド設計と比較して中空設計のオブチュレータが有意に軽量であることから，上顎オブチュレータのデジタル製作において中空バルブ設計を選択することが好ましい．

CONCLUSIONS: The lack of significant difference in accuracy among the tested groups and the significantly lighter hollow design obturator compared with honeycomb and gyroid designs favors the selection of the hollow bulb design in the digital fabrication of maxillary obturators.