디지털 협업시스템 만들기
ZERO에서 시작하는 [디지털 치과기공소 도전 프로젝트] 코너는 디지털치과기공소의 코로나19이후 변환되는 시대에 맞춰 보철물 제조 프로세스 흐름을 잡아가고 시대의 변화에 앞서 나아가는 코너이다.
서문: 이기훈 기자 zero@dentalzero.com
‘우리 기공소와 치과병원이 함께하는 디지털 협업시스템 만들기’의 지난번 8강좌는 3D 형상의 보철물의 STL파일을 이용하여 3D프린터를 적용하여 보철물의 적용 가능한 종류와 일반적인 프린터종류에 대해서 검토하였다. 또한 3D 프린터 시장, 구매 방안에 대한 프린터 방식에 대해서 설명하였다.
9강좌는 3D 가공을 진행 후 보철물 소결(신터링)에 대해서 설명하고자 한다. 덴탈용 신터링 퍼니스는 대부분 지르코니아 소재를 소결하고 있다. 또한 포세린 퍼니스는 글라스세라믹 소재, 도재 등 소결장치이다. 신터링 퍼니스 보다 온도에 대한 제어와 내부에 진공을 발생시키는 방법이 매우 중요한 요소이다. 내부의 진공을 발생하는 이유는 탈지시 색상 등에 민감하기 때문에 내부에 불순물을 빨라 밖으로 보내면서 보철물의 색상을 유지하는데 있다.
본 절에서는 지르코니아 소재용 신터링 퍼니스에 대해서 정의, 메커니즘, 유저 입장에서 고려해야 할 사항에 대해서 나타내었다.
1. 소결의 정의 및 메커니즘 이해
비금속 또는 금속의 가루를 가압 성형한 것을 녹는 점 이하의 온도에서 열처리한 경우, 뭉쳐있는 가루가 화학적 물리적 결합이 생겨 성형 또는 형상된 모양으로 굳는 공정이다.
굳는 현상의 특징은 가루가 가진 여분의 표면에너지이다. 분말이 뭉쳐있는 또는 3D 형상화된 보철물이 뭉친 분말이 단순히 모인 상태에서는 열역학적으로는 비평형상태가 된다. 열을 가하게되면 표면에너지가 감소시키려는 방향으로 물질이동이 일어나 입자들이 서로 결합한다. 입자들이 결합되는 과정에서 미세구조의 변화는 복잡하고 우리가 원하는 강도를 얻기 위한 열처리 스케줄을 이용하여 소재의 특성에 맞게 소결(신터링)하는 것이다.
열을 가하게되면 열역학적으로 비평형상태가 되는데 초기, 중기, 말기 단계로 나누어진다. 초기는 미세조직의 성장 단계로 소결밀도의 수축률 4~5%정도가 된다. 중기 단계는 밀도가 좁아지는 단계로 수축률 5~20%가 증가한다. 조직의 변화가 뚜렷하게 나타나 중간 성장단계이다.
말기 단계에서는 상대적 밀도가 0.95까지 되어 3D형상의 보철물이 입자내의 공극(기공)이 남고 물론 눈에는 쉽게 뛰지 않는다. 소결이 이루어지는 과정에 대한 증발, 응축메커니즘, 용해, 석출메커니즘, 유동 메커니즘으로 매우 복잡한 방법으로 소결이 되는 것이다.
소결(신터링) 동반하는 것은 재료의 균질화, 내부응력 제거를 위해서 적절한 온도로 가열한 후 천천히 냉각시키는 열처리를 소둔/풀림/어닐링 과정이다.
보통 균질화를 위하여 열처리를 확산어닐링이라고 한다.
잔류응력의 제거목적은 재료의 속의 전위밀도를 감소시켜 회복상태를 만든다. 재결정에 의해 변형이 없는 새로운 결정을 만들어, 재료를 완전히 안정시킨다.
이미 뿌리 산업으로 오랫동안 시작된 소결메커니즘을 덴탈 분야에서는 아주 간단하고 누구나 쉽게 적용이 가능하도록 하여 치과기공소에 사용하고 있는 것이다.
2. 신터링 퍼니스 선택기준
요즘은 생산성을 높이기 위해서 급속 소결메커니즘이 증가하고 있으며, 원데이보철을 하기 위한 시간은 많이 짧아진 형태로 소결이 되고 있다. 급속 소결은 열역학적으로 빠른 시간동안 초기(상승), 중기(계류), 말기(하강)단계를 가기 때문에 원소재의 특성에 맞지 않게 소결되는 것은 당연한 것이지만 지르코니아 보철물의 강도에 벗어나지 않으면서 적적 수준에 맞춘다면 큰 문제가 되지 않는다. 하지만 많은 사람들이 소결로의 열선의 수명문제를 많이 이야기를 하고 있다.
그림 1은 국내 판매되고 있는 신터링 퍼니스를 나타내었다.
신터링 퍼니스 장비의 몇 년 전만 하여도 국산과 외산의 기술적인 차이는 매우 높았다. 하지만 현재는 큰 차이가 없고 오히려 국산장비가 가성비 측면에서 외산보다 좋은 특징을 가지고 있는 것이 현실이다.
신터링 퍼니스의 전력 및 용량의 차이에 따라 가격은 상 중 하로 나누어지며 신터링의 로에 대한 특성에 따라 가격도 달라진다. 문을 여는 방식과 상하 엘리베이터 구조에 따라 차이가 나는 것이다. 물론 기구부가 추가되고 소결로의 밀착정도에 따라 로의 성능은 좌우하게 된다.
급속신터링 퍼니스 공정에 대한 중요한 시도이다. 우리 치과기공소의 디지털시스템을 만들기 위해서 특히 원데이 보철제작이 필요할 경우 가격이 비싼 제품일지라도 시도해보는 것도 좋다고 생각한다. 천천히 적응하고, 원만한 형태로 진행하면 저렴한 가격을 구매하여도 문제가 되지 않는다.
또한 한 번에 몇 개의 보철물을 소결할 것인가에 대해서 가격적인 측면을 고려되고 있다.
소결로(신터링 퍼니스)는 2개정도 보유하는 업체가 많다. 왜냐하면 a/s측면을 고려하고 있으며, 소결로가 고장이 나게 되면 업무의 마비가 오기 때문이다. 그래서 소결기는 한 번에 많이 소결이 가능하고 전기적인 용량이 큰 급속이 가능한 것과 간편하게 업무량이 적을 경우, 고장이 날 경우, 매인 소결로의 업무가 많을 경우 한 번씩 사용하고 가격이 저렴한 소결 로를 구비하고 있다.
덴탈분야의 소결로는 지르코니아 파우더를 사용하지만 블록제조사에서 권장하는 시간당 온도상승, 계류시간 즉 소결/풀림에 대한 신터링 퍼니스 공정 방법을 따라가는 것이 좋다.
챔버의 로의 오염은 탈지된 이물질이 로 표면 내에 있기 때문에 불순물을 없애는 청소기능을 활용하여 한달 2번 이상 청소하는 것을 권장한다. 색상 쉐이드 부분까지 고려한다면 보철물의 좋은 결과를 기대할 수 있다.
참고문헌
1) https://m.blog.naver.com/elect94/70000028252
2) https://www.dentalzero.com/news/articleView.html?idxno=21137
‘우리 기공소와 치과병원이 함께하는 디지털 협업시스템 만들기’의 지난 9강좌는 3D 가공을 진행 후 보철물 소결(신터링)에 대해서 설명하였다. 특히 지르코니아 소재용 신터링퍼니스에 대한 정의, 메커니즘, 유저입장에서 고려해야 할 사항에 대해서 나타내었었다. 이번 10강좌에서는 실제로 치과병원에서 환자들에게 제공되는 다양한 CAD/CAM 보철물 사례들을 살펴보고자 한다.
과거 gold라는 재료로 conventional한 보철물을 만들 때는 기공소에서는 치과에서 받은 rubber impression bite tray에 기포없이 석고를 잘 pouring 한 후 핀 작업 후에 die를 만들어야만 했다. 이 die에 크라운의 경우 조심스럽게 마진 트리밍을 시행하고 왁스를 이용하여 inlay나 crown, bridge와 같은 보철물의 모양을 형성해서 표면을 윤기나게 polishing해서 sprue wax를 달아 casting ring안에 기포없이 매몰재를 부었었다. 이를 원심주조기 상에서 gold를 고열로 가열해서 액체상태로 만들어 casting해서 wax pattern을 기화시키면서 gold 보철물을 만들었다. 이런 여러 단계의 과정을 거치다 보니 기공물 제작상의 오차뿐만 아니라 기공사의 숙련도에 따라 보철물의 퀄리티가 달라지며 제작기간 또한 오래 걸릴 수밖에 없었다.
하지만 CAD/CAM의 도입과 치과 보철물 재료의 다양화로 많은 변화들이 생겼다. 과거 1주일 정도 걸렸던 보철물 제작기간이 불과 치과 내원한지 35분만에 치료를 받고 치과에서 나갈 수 있게 되었다. 시간이 단축 되었을 뿐만 아니라 보철물 자체의 품질도 높아졌다. 과거 기공소에서 세라미스트의 장인의 붓으로 한땀한땀 떠올려서 세라믹을 구워내는 기법으로는 라미네이트의 두께가 증가할 수밖에 없었다. 하지만 밀링기의 도입으로 세라믹 블록을 정밀하게 기계가 깎는 방법으로 보철물을 만들다 보니 투명할 정도로 얇은 보철물 제작이 가능하게 되었고 치아의 에나멜 부위의 최소삭제만으로도 보철물 두께가 가능하기에 접착력도 증가하게 되어 라미네이트의 내구성도 좋아지게 되었다. 뿐만 아니라 틀니도 디지털화 되면서 더 빠른시간안에 변형을 최소화한 제작 방법으로 변모하고 있다.
또한 Digital Dentistry가 보편화 되면서 3차원 CT와의 데이터 연동을 통해 난이도가 높았던 임플란트 수술이 예지성 있는 조금 더 수월한 치료로 바뀌어 가고 있다. 뿐만 아니라 재료에 있어서도 기존의 gold외에 더욱 심미적인 glass ceramic, 적당한 탄성이 있는 hybrid ceramic, 강도가 좋은 zirconia, 밀링 가능한 완소결된 zirconia, 금속분말을 압축성형해 놓은 soft-metal 등 다양한 재료들이 사용되고 있다.
아래 다양한 Case들을 살펴보면서 Digital Dentistry의 현상황을 살펴보자.
1. 한번 내원 35분으로 충분한 Glass Ceramic Inlay 치료
*하이퍼랩스로 살펴본 Ceramic Inlay Case
- 오늘치과 김석범원장
마취-인레이프렙-치아스캔-디자인-밀링-세팅-수납까지 35분이면 가능합니다.
2. 반나절이면 가능한 0.3mm 두께의 심미보철의 끝판왕! Laminate!
*교정 마무리중 상악 전치부 라미네이트 Case
- 오늘치과 김석범원장
치아 내부의 색이 우러나보이면서 더 자연스러워지는 라미네이트 치료.
3. 틀니도 이제는 디지털틀니!
*하루에 완성하는 상악 임시 총의치 - 고경훈 대표
상악 틀니 retention이 이 정도로 훌륭하다면 프린팅 재료의 강도만 보강이 된다면 final로 사용해도 충분할 것 같습니다.
4. 기능에 충실한 어금니 Zirconia Crown 치료
* 신경치료 후 구치부 zirconia crown Case - 오늘치과 김석범원장
5. Guide 수술도 OK! 커스텀 어버트먼트도 OK! 임플란트 보철도 OK!
* 원내 가이드 제작을 이용한 하악전치부 임플란트 Case
- 연세화이트치과 장경하 원장
5. Guide 수술도 OK! 커스텀 어버트먼트도 OK! 임플란트 보철도 OK!
* 원내 가이드 제작을 이용한 하악전치부 임플란트 Case
- 연세화이트치과 장경하 원장
