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Development of a digital workflow for fabrication of prosthetic devices using optimal structural design and laser sintering additive manufacturing

Research Project

Project/Area Number 20K10081
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 57050:Prosthodontics-related
Research InstitutionTsurumi University

Principal Investigator

Ohkubo Chikahiro  鶴見大学, 歯学部, 教授 (10223760)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 新保 秀仁  鶴見大学, 歯学部, 学内講師 (40514401)
鈴木 恭典  鶴見大学, 歯学部, 准教授 (70257335)
栗原 大介  鶴見大学, 歯学部, 学内講師 (70535773)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsトポロジー最適化 / 3D形状データ / CAD / CAE / CAM / 積層造形 / トポロジー最適 / 人工知能 / 最適構造設計法 / デジタルワークフロー
Outline of Research at the Start

本研究は被験者固有データをもとに口腔内の3D形状データを作成し,CADによる義歯機能を優先したフレームワークの従来型基本設計を行う.その後,被験者固有データ(残存歯分布,咬合力,組織被圧変位量,顎骨の有限要素解析等)のCAE入力し,人工知能(AI)を用いたフレームワークのトポロジー最適化を行う.得られた最適化データをCAMにて出力し,レーザー焼結積層造形によりフレームワークを製作後,補綴装置装着状態を想定した口腔諸組織の有限要素応力分析と補綴装置の力学的検証を行う.

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to develop the full digital fabrication method for removable dentures. Firstly, basic experiments were conducted on the processing accuracy of clasps and denture bases, which are difficulty fabrication in the denture components. The retentive force and fitting accuracy were confirmed. Next, full-digital fabrications of an occlusal splint using high-strength materials and a removable partial denture were attempted, and the possibility of clinical application was verified while exploring rational laboratory processes. As final goal of this study, the topology optimization of the framework, namely, the optimal structural design was performed by repeating CAD and CAE based on the simplest loading situation on the denture. After the framework was additively manufactured according to the topology 3D data using the Co-Cr alloy powder, overdenture was completed and delivered to the partially edentulous patient.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

義歯の製作をフルデジタルで製作するにあたり,個々の義歯構成要素をデジタル製作による基礎的研究を実施し,最適な製作方法を模索した.その結果,支台装置と義歯床のデジタル製作に関する研究成果を報告した.
デジタル技術を用いた臨床応用に対しては,まず通法では製作困難なグラスファイバー強化型レジンを用いた咬合挙上副子のデジタル製作を行った.また,デジタルワークフローで製作したパーシャルデンチャーの装着とトポロジー最適化によりデジタル製作したオーバーデンチャーの装着を試みた.この結果より,ジェネラティヴデザインとレーザー焼結積層造形を組み合わせたデジタルワークフローの臨床応用への道が開けた.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Fitness accuracy and retentive forces of milled titanium clasp2022

    • Author(s)
      Maruo R, Shimpo H, Kimoto K, Hayakawa T, Miura H, Ohkubo C.
    • Journal Title

      Dental Materials Journal

      Volume: 41 Issue: 3 Pages: 414-420

    • DOI

      10.4012/dmj.2021-285

    • NAID

      130008158698

    • ISSN
      0287-4547, 1881-1361
    • Year and Date
      2022-05-25
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A clinical case of implant overdenture with magnetic attachment using CAD/CAM technology2022

    • Author(s)
      Suzuki Y, Harada N, Maruo R, Imaizumi N, Muto R, Shimpo H, Kurihara D, Ohkubo C.
    • Journal Title

      The Journal of the Japanese Society of Magnetic Applications in Dentistry

      Volume: 31 Pages: 27-31

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Trueness and fitting accuracy of maxillary 3D printed complete dentures2021

    • Author(s)
      Yoshidome K, Torii M, Kawamura N, Shimpo H, Ohkubo C.
    • Journal Title

      Journal of Prosthodontic Research

      Volume: 65 Issue: 4 Pages: 559-564

    • DOI

      10.2186/jpr.JPR_D_20_00240

    • NAID

      130008104641

    • ISSN
      1883-1958, 1883-9207
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 切削加工により製作したチタンクラスプの適合性と維持力2022

    • Author(s)
      丸尾亮太,新保秀仁,大久保力廣
    • Organizer
      一般社団法人日本デジタル歯科学会第13回学術大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 新しいデジタルワークフローで製作したパーシャルデンチャーの1症例2022

    • Author(s)
      鈴木恭典,原田直彦,武山丈徹,新保秀仁,栗原大介,大久保力廣
    • Organizer
      一般社団法人日本デジタル歯科学会第13回学術大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 積層造形技術の歯科分野への応用 金属光造形による補綴装置の現状と将来展望2022

    • Author(s)
      大久保力廣
    • Organizer
      金属光造形複合加工医療機器フォーラム 10周年記念シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] デジタルデンチャーの現状と未来2022

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      大久保力廣
    • Organizer
      一般社団法人日本臨床歯科CADCAM学会第8回学術大会
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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 切削加工により製作したチタンクラスプの適合性と維持力2022

    • Author(s)
      丸尾亮太,新保秀仁,木本克彦,大久保力廣
    • Organizer
      令和3年度公益社団法人日本補綴歯科学会西関東支部・東関東支部合同学術大会
    • Related Report
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  • [Presentation] 巨大舌にデジタル製作した咬合挙上副子を適応した1症例2021

    • Author(s)
      吉留五喜,武山丈徹,高山洋彰,渡邉健一,河村 昇,大久保力廣
    • Organizer
      一般社団法人日本デジタル歯科学会第12回学術大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] CAD/CAM咬合挙上副子を適用した巨大舌(アミロイドーシス)の1症例2021

    • Author(s)
      吉留五喜,武山丈徹,高山洋彰,渡邉健一,河村 昇,川井善之,大久保力廣
    • Organizer
      公益社団法人日本補綴歯科学会第130回記念学術大会
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      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 切削加工により製作したチタンクラスプの適合性と維持力2021

    • Author(s)
      丸尾亮太,鳥居麻菜,新保秀仁,大久保力廣
    • Organizer
      公益社団法人日本補綴歯科学会第130回記念学術大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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