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리튬 디실리케이트를 포함한 적층가공 레진나노세라믹의 기계적 성질에 관한 연구

  • 원선 (Sun Won, 강릉원주대학교 일반대학원 치의학과 치과보철학교실)

초록/요약 도움말

목적: 적층 가공방식은 새롭게 각광받고 있는 분야로 치과 영역에서도 기존의 제작방식의 단점을 보완하고자 새롭게 주목받고 있다. 하지만 아직까지 적층 가공방식의 한계로 폴리머 계열의 재료만 임상에서 사용되고 있으며, 사용 범위도 제한적이다. 이에 리튬디실리케이트 성분의 결정화 유리 필러와 레진 폴리머 기질을 혼합하여 제작한 적층 가공용 레진나노세라믹 소재의 물리적 성질과 미세 구조의 평가를 통해 치과용 적층 소재로 적절한 혼합 비율을 알아보고자 한다. 재료 및 방법: 리튬디실리케이트 성분의 세라믹 필러와 단량체, 광중합 개시제, 광중합 안정제 등을 혼합하여 레진나노세라믹 성분의 적층 중합용 슬러리를 제작하였다. SLA방식의 3D 프린터(Moai 200 laser SLA 3D Printer, Peopoly, Los Angeles, USA)를 이용하여 시편을 제작하였다. 무기질 필러와 폴리머의 함량에 따라 LD0/P10, LD5/P5, LD6/P4, LD6.7/P3.3 총 4개 군으로 구성하였다. 평가항목으로는 물리적 특성을 평가하기 위해 정량적 평가로 압축강도(각 군당 15개의 시편)와 파괴인성 실험(각 군당 12개의 시편)을 진행하였고, 시편 표면에 대한 정성적 평가를 위해 주사전자현미경, 에너지 분산형 X-선 분광분석을 시행하였다. 압축강도와 파괴인성 실험 결과에 대해 독립 표본 Kruskal-Wallis test를 실시하였고 Bonferroni’s method를 이용해 사후 검정하여 각 군별의 유의성을 신뢰구간 95%수준에서 분석하였다. 결과: 세라믹 필러의 함량이 증가할수록 물리적 강도가 증가하는 경향을 보였다. 항복강도의 경우 LD5/P5는 LD0/P10과 유의한 차이가 없었고(P >.05), LD6/P4, LD6.7/P3.3은 LD0/P10, LD5/P5와 비교 시 유의한 강도 증가를 보였다(P <.05). 극한강도의 경우, 대조군인 LD0/P10와 비교 시 실험군인 나머지 세 군이 유의한 강도 증가를 보였다(P <.05). 탄성계수는 LD6.7/P3.3이 나머지 세 군보다 유의하게 높은 결과를 보였고, LD5/P5와 LD6/4 간의 비교를 제외한 나머지 군 간의 비교에서는 유의한 차이를 보였다(P <.05). 파괴인성 실험결과 LD5/P5와 LD6.7/P3.3간의 유의한 차이를 보였고, 실험군 모두 높은 파괴인성 값을 보였다(P <.05). 주사전자현미경 관찰 시, LD5/P5는 타원형의 세라믹 결정 집합체가 관찰되어 폴리머 기질과 분리된 구조를 보였고, 이와 반대로 LD6.7/P3.3은 세라믹 필러와 폴리머 기질이 균일하게 혼합된 구조를 보였다. 에너지 분산형 X-선 분광분석에서 LD5/P5는 타원형의 결정 집합체 부위는 세라믹 필러가 응집된 성분이고, 그 외 부위는 폴리머 기질의 성분이 우세하여 불균일한 혼합을 확인하였고, LD6.7/P3.3은 구성 원소가 균일하게 혼합되어 있고 LD5/P5보다 세라믹 필러 성분이 더 많이 함유되었음을 확인하였다. 결론: 리튬디실리케이트 성분의 세라믹 필러의 함량 증가에 따라서 물리적 성질이 개선되는 것을 확인할 수 있었고, 혼합 비에 따라 적층 가공의 조건이 다르게 작용하여 미세구조의 형성에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 주요어 : 적층 가공방식, 3D 프린팅, 레진나노세라믹, 리튬디실리케이트, 폴리머, 압축강도, 파괴인성

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초록/요약 도움말

Purpose: Additive manufacturing method is a newly spotlighted field and is attracting new attention in the dental field to compensate for the limitation of the existing manufacturing methods. However, only polymer-based materials are used in clinical practice due to the limitation of additive manufacturing methods, and the range of clinical use is limited. Accordingly, the purpose of this study was to evaluate the physical properties and microstructure of the resin nano ceramic material for additive manufacturing, which was produced by mixing a lithium disilicate component crystallized glass filler and a resin polymer substrate to determine the proper mixing ratio for dental use. Materials and Methods: Ceramic filler of a lithium disilicate component, monomers, photo-initiator, and photo-stabilizer were mixed to prepare the slurry for additive manufacturing of resin nano ceramic. Specimens were prepared using SLA type 3D printer (Moai 200 laser SLA 3D Printer, Peopoly, Los Angeles, USA). According to the content of inorganic fillers and polymers, it consisted of 4 groups: LD0/P10, LD5/P5, LD6/P4, and LD6.7/P3.3. As evaluation criteria, compressive strength (n=15 in each group) and fracture toughness test (n=12 in each group) were conducted as quantitative evaluation for physical properties, and scanning electron microscope (SEM), Energy dispersive X-ray spectroscopy was performed for qualitative evaluation. The independent sample Kruskal-Wallis test was performed for the compressive strength and fracture toughness test results, and the significance of each group was analyzed at the 95% confidence interval by post-test using the Bonferroni’s method. Results: The physical strength tended to increase as the content of the ceramic filler increased. In the yield strength, LD5/P5 was not significantly different from LD0/P10(P >.05), and LD6/P4, LD6.7/P3.3 increased significantly compared to LD0/P10 and LD5/5(P <.05). When compared to the control group LD0/P10, the other three experimental groups showed a significant increase in the ultimate strength (P <.05). As for the modulus of elasticity, LD6.7/P3.3 showed significantly higher results than the other three groups, and there was a significant difference in the comparison between the other groups except for the comparison between LD5/P5 and LD6/P4(P <.05). The fracture toughness test results showed a significant difference between LD5/P5 and LD6.7/P3.3(P <.05), and all of the experimental groups showed high fracture toughness values. When observed under a scanning electron microscope, LD5/P5 showed a structure separated from the polymer substrate by observing an oval-shaped ceramic crystal aggregate, whereas LD6.7/P3.3 showed a uniform mixture of ceramic filler and polymer substrate. In energy dispersive X-ray spectroscopy, In LD5/P5 showing non-uniform microstructure, the oval-shaped crystal aggregate area was a component in which the ceramic filler was aggregated, and the other areas were identified as predominance of the polymer matrix component. On the other hand, LD6.7/P3.3 confirmed that the constituent elements were uniformly mixed and contained more ceramic filler components than LD5/P5. Conclusions: It was confirmed that the physical properties were improved as the content of the lithium disilicate ceramic filler increased. And depending on the mixing ratio of slurry, it was confirmed that the conditions of additive manufacturing may affect the formation of microstructures differently. ------------------------------------------------------------------------------------------------------- Key Words : Additive manufacturing, 3D printing, Stereolithography (SLA), Resin nano ceramic, Lithium disilicate, polymer, compressive strength, fracture toughness

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목차 도움말

문헌고찰 ------------------------------ 1

I. 서론 ------------------------------- 32

II. 연구재료 및 방법--------------------- 40

III. 연구결과 ---------------------------56

IV. 총괄 및 고안 ------------------------96

V. 결론 ------------------------------114

REFERENCES -------------------------116

국문초록 -----------------------------123

ABSTRACT IN ENGLISH-----------------125

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