光造形技術を応用した新規ノンメタル乳歯冠の研究開発
| Project/Area Number |
21K17191
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 57070:Developmental dentistry-related
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
岩崎 太郎 日本大学, 松戸歯学部, 助教 (60778281)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 3Dプリンター / 付加製造 / レジン / 機械的性質 / 寸法精度 / 乳歯冠 / Additive manufacturing / 歯冠修復用レジン / メタルフリー / デジタルデンティストリー |
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| Outline of Research at the Start |
小児歯科治療では金属の既製乳歯冠による歯冠修復法が行われているが、低い審美性等の問題が存在する。現在、従来の既製冠同様に即日修復ができ、歯冠色で為害性の低いメタルフリー材料による乳臼歯部の被覆冠治療は確立されていない。近年、発展著しい3Dプリント技術は、歯科補綴分野で実践的に応用されていることから、小児の乳歯冠製作への応用も可能であることが予想される。本研究では、3Dプリンターにより造形加工されたレジンの材料学的な特性を多角的に検証し、また有限要素解析によって最適な乳歯冠デザインを明らかにする。これにより、機械的強度や適合精度に優れた新規ノンメタル乳歯冠の製作システム構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、CAD/CAMシステムなどのデジタル技術が歯科医療へ導入されている。その中で特に付加製造（additive manufacturing、以下AM）技術は切削加工にはない利点を持つことから、様々な用途に応用されている。AMによる造形物の出力形式の一つである液槽光重合法（vat photopolymerization、以下VPP）は補綴装置の製作に多用されている。本研究の目的は、VPPにより造形されたレジン硬化体（造形物）の材料学的な特性や、デジタルデータと実際の造形物を比較することによる適合性等の評価を行うことである。さらに、それらの結果に基づき、小児歯科治療に用いる乳歯冠のデザイン設定、製作システムを構築することである。
令和4年度は、CADソフトウエア上で作成したSTLデータをもとに試料（25×2×2 mm）を造形し、各種材料試験（ダイナミック硬さ試験および3点曲げ試験）を行った。本研究においては、主成分がウレタンジメタクリレートの造形材料を使用した。試験の結果、造形条件（積層ピッチ（25 μm、50 μm、100 μm）および積層方向）が機械的性質に影響を及ぼすことが示された。また、立方体（10×10×10 mm）や支台歯形態の試料の寸法精度について、もとのデジタルデータと比較し評価を行った。立方体試料は、幅（x方向）、奥行き（y方向）、積層方向（z方向）における寸法を測定し、設定値（10 mm）と比較することで評価を行った。その結果、立方体の造形物では、x、y方向はいずれの積層ピッチにおいても設定値に比較し収縮した一方、z方向は積層ピッチ25 μm、100 μmで膨張を示した。支台歯形態の造形物では、積層ピッチ100 μmで形状偏差が大きく、その部位はフィニッシュライン部であった。すなわち、寸法の誤差は造形条件やその部位に影響を受けることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ダイナミック超微小硬度計を用いてダイナミック硬さおよび押し込み弾性係数を算出した。試験後、得られた荷重－押し込み深さ曲線から変形量を算出した。3点曲げ試験は万能試験機を用いて行い、曲げ強さおよび曲げ弾性係数を算出した。これらの結果から、ダイナミック硬さ試験から得られた全変形量は積層ピッチが最も大きい100 μmの試料が有意に高い値を示した。また、曲げ強さは積層ピッチが最も小さい25 μmの試料が有意に高い値を示した。このことから積層ピッチの違いは造形物の機械的性質に影響を及ぼすことが示された。また、造形条件が異なる造形物の機械的性質の結果から造形物の異方性を確認し、VPPによる造形物の製作には異方性を考慮した設計が必要であることが示唆された。
立方体試料および支台歯形態の試料の寸法精度について、基のデジタルデータと比較し評価を行った。立方体試料は、幅（x方向）、奥行き（y方向）、積層方向（z方向）における寸法を測定し、設定値に対する造形物の寸法誤差で評価を行った。CAD/CAM冠用の支台歯形態に準じた支台歯モデルを各積層ピッチで造形し、それぞれSTLデータを取得した。そのSTLデータと支台歯モデルをCADソフトウェア上にて重ね合わせ、両者の差分を計測することで評価を行った。その結果、立方体の造形物では、x、y方向はいずれの積層ピッチにおいても設定値に比較し収縮した一方、z方向は積層ピッチ25 μm、100 μmで膨張を示した。支台歯形態の造形物では、積層ピッチ100 μmで形状偏差が大きく、その部位はフィニッシュライン部であった。すなわち、寸法の誤差は造形条件やその部位に影響を受けることが示唆された。
以上のことから、VPPによって造形されたレジン硬化体の機械的性質や寸法精度は造形条件に強く影響を受けることが示され、本研究はおおむね順調に進展しているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度および令和4年度では、造形物に対する各種材料試験（ダイナミック硬さ試験および3点曲げ試験）の実施、造形物の寸法精度について評価・検討を行った。そこから、造形時に積み重ねる層の厚みである積層ピッチ（本研究では25 μm、50 μm、100 μmの3条件）や積層方向が機械的性質や寸法精度に大きく影響を及ぼすことが明らかとなった。
これらを踏まえて、令和5年度では、さらなる材料試験（間接引張試験等）や化学的特性の解明のための浸漬試験等を実施し、造形条件と造形物の材料学的特性の関連性について詳細な検討を行う予定である。さらに、これらの情報を基に、VPPによる補綴装置製作に向け、適正な支台歯およびクラウン形態の検討、そのデジタルデータ（STLデータ）の作成・取得を行う。各造形条件で造形を行った支台歯とクラウンの適合性の検討を行し、それぞれの形態の最適化を進める予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(3 results)
