6台の3Dプリンターで製作した完全アーチ鋳造品の寸法精度と表面特性

Dimensional accuracy and surface characteristics of complete-arch cast manufactured by six 3D printers.

抄録

目的:

このin vitro研究では、低粘度樹脂材料を用いて、印刷原理と解像度の異なる6種類の3Dプリンターで製作した完全アーチ型鋳造体の水平方向および垂直方向の精度を定量的および定性的に評価し、比較することを目的とした。

OBJECTIVE: This in vitro study aimed to quantitatively and qualitatively evaluate and compare the horizontal and vertical accuracies of complete-arch casts produced by six 3D printers with different printing principles and resolutions using a low-viscosity resin material.

方法:

基準ギプスをCADソフトウェアで設計した。使用した3Dプリンターは、DLPa（Asiga MAX）、DLPk（cara Print 4.0）、LCD2o（Ondemand 2K Printer）、LCD2p（Photon Mono X）、LCD4s（SONIC 4K）、SLA（ZENITH U）である。低粘度樹脂を使用して、各3Dプリンターで10個の鋳型を印刷した。印刷された各鋳型の精度は、参照鋳型を対照として、シェル間偏差、12個の直線偏差、1個の角度偏差、5個の高さ偏差を用いて評価された。鋳型の表面形状は、電界放出型走査電子顕微鏡（FE-SEM）とデジタルカメラを用いて検査した。

METHODS: A reference cast was designed by CAD software. The 3D printers used were DLPa (Asiga MAX), DLPk (cara Print 4.0), LCD2o (Ondemand 2 K Printer), LCD2p (Photon Mono X), LCD4s (SONIC 4 K), and SLA (ZENITH U). Ten casts were printed for each 3D printer using a low-viscosity resin. The accuracy of each printed cast was evaluated using shell-to-shell deviations, 12 linear, one angular, and five height deviations, with a reference cast as the control. The surface features of the casts were examined using field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and digital cameras.

結果:

シェル間偏差の評価により、DLPaプリンターとSLAプリンターは低い真球度を示したが、LCDプリンターは高い真球度を示した。LCDプリンターでは、LCD4sとLCD2oの真球度がそれぞれ最も低く、最も高かった。DLPaプリンターでは、カニン間距離とモル間距離の真球度が低かったのに対し、LCDプリンターでは概ね真球度が高かった。しかし、LCD4sはSLAやDLPkと同程度の真球度を示した。高さの偏差は前歯部で最も小さく、犬歯部で最も大きかった。表面性状から、SLA鋳型は光の反射が大きく、犬歯の先端が鈍いことが示された。FE-SEMによる観察では、LCDおよびDLPプリンターの層特性はさまざまであり、前歯舌側領域で粗く不均一な境界を示すものがあることが強調された。

RESULTS: The evaluation of shell-to-shell deviation revealed that DLPa and SLA printers exhibited low trueness values, whereas LCD printers displayed high trueness values. Among the LCD printers, LCD4s and LCD2o exhibited the lowest and highest trueness values, respectively. DLPa printers showed lower trueness values for intercanine and intermolar distances, whereas LCD printers generally demonstrated high trueness values. However, LCD4s exhibited similar trueness values to those of SLA and DLPk. The height deviation was smallest in the anterior area, whereas the largest height deviation occurred in the canine teeth. The surface characteristics indicated that the SLA casts had greater light reflection and blunt canine tips. The FE-SEM observations highlighted that the LCD and DLP printers exhibited varying layer characteristics, with some presenting rough and uneven borders in the anterior lingual area.

意義:

3Dプリントされたギプスの精度は、3Dプリンターグループ間でばらつきがあった：DLPaとSLAはシェル間偏差の精度が高く、DLPaは直線偏差と角度偏差の精度が最も高かった。XY解像度にかかわらず、DLPプリンターはLCDプリンターを上回った。LCDグループの3Dプリンターでは、高解像度のLCD4が精度を向上させた。SLAは、そのレーザースポット特性とデジタルカメラ画像での顕著な光反射により、FE-SEMでソフトレイヤーボーダーを示した。

SIGNIFICANCE: The accuracy of 3D printed casts varied among the 3D printer groups: DLPa and SLA were accurate for shell-to-shell deviation, with DLPa being the most accurate for linear and angular deviations. Regardless of the XY resolution, the DLP printers outperformed the LCD printers. Among the LCD group of 3D printers, higher-resolution LCD4s demonstrated increased accuracy. The SLA exhibited soft layer borders in the FE-SEM owing to its laser spot characteristics and prominent light reflection in the digital camera images.