전문 기술적 지원 및 정보제공의 부재는 치과 임상에서의 활용이 원활하지 못했던 가장 큰 원인이기도 하다. 이런 이유에서 치과의사와 치과기공사의 관점에서 본다면 임상에서의 활용이 절실히 필요하게 되었다.
과거 덴탈 분야에서의 3D Printer의 도입과 활용은 이미 오래 전 진행되었고 최근에는 Intra oral Scanning Process의 보편화로 Digital Dentistry의 중요한 부분으로 자리잡고 있다. 아울러 그 활용 범위 또한 점차 확대되고 있어 임시치아나 모델 등의 기본적인 보철물 또는 보철물 제작을 위한 프린팅 결과물은 물론 구강내 바로 적용할 수 있는 Permanent 보철물의 확대로 그 양상과 관심이 더욱 높아지고 있다. 
이번 3D Printing Total Solution 연재를 통해 ‘우리 기공소 3D Printer 쉽게 활용하기’라는 목표를 가지고 전문적인 정보와 기술력 그리고 임상에서의 도입과 활용을 위한 방법 및 정보공유의 기회를 갖고자 한다. 
김민경 기자 zero@dentalzero.com

1. Dental 3D Printer 알고 시작하기
2. Dental 3D Printer 활용의 기본 
3. Dental 3D Printer의 임상 활용 1 - Models(Gum), Castable
4. Dental 3D Printer의 임상 활용 2 - PMMA, Denture
5. Dental 3D Printer의 임상 활용 3 - Surgical Guide, Splint, Aligner 등
6. Dental 3D Printer 그리고 Printing Materials

이번 임상 활용 편 주제는 치과 및 치과기공소에서 관심과 활용이 많은 분야 중 하나인 Temporary Crown 과 Denture의 제작에 대한 내용을 이야기해 보고자 한다.  Temporary Crown의 경우 3D Printer의 Dental 분야 초창기부터 재료와 활용에 대한 관심이 가장 많았던 부분이다.
재료를 생산하는 제조사에서도 소재의 쉐이드(Shade)는 물론 강도, 경도, 탄성 그리고 성공적인 출력 과정을 위한 광반응까지 임상에서 요구하는 결과물의 다양한 요구사항을 반영하기 위하여 끊임없는 개발과 연구가 지속되고 있는 분야이다. 특히, 3D Printer의 보급과 확대 그리고 치과의사 및 치과기공사인 유저층의 관심이 높아지고 그에 수반된 전문화된 지식 및 정보를 많이 공유하는 시대의 흐름도 큰 영향을 주고 있다. 임상에서 임플란트 보철물을 제작하는 경우와 전세계적인 고령화 시대를 준비하고 있는 상황에서 Denture 제작에 대한 관심 또한 과거에 비해 현저히 높아지고 있으며 일반 Denture 소재는 물론 Flexible Denture Base 소재 등의 로 구분되어 사용되고 있다. 이러한 추세는 단기적인 경향이 아니며 앞으로 Digital Dentistry Generation을 본격적으로 준비하고 맞이하는 큰 패러다임으로 관심이 더욱 높아질 것이다.

1. Temporary Crown Resin
흔히 Temporary Crown이라고 하면 매우 좁은 영역으로 해석될 수도 있겠지만 세계적인 추세로 Model용 소재 다음으로 가장 많은 종류가 소개되고 있고 기존 소재의 물성을 훨씬 뛰어넘는 신소재가 세계 여러 회사에서 개발되고 있다. 특히, 기존 Resin 자체의 특성만이 있는 소재에서 더욱 높은 강도와 안정성 그리고 구강내 높은 생존율을 요하는 Long Term Temporary Crown 소재 또는 Aesthetic Provisional Restoration을 위한 투광도와 Shade가 필요한 소재도 연구와 개발을 통해 소개될 것으로 보인다. 또한 임플란트 보철의 성공적인 완성을 위해 기존 아날로그 방식으로   Temporary Crown 제작을 통해 환자의 VD 안정은 물론, 저작과 심미까지 기본적인 기능을 할 수 있는 3D Printed Temporary Crown의 적용 비율은 3D Printer의 활용에 가장 기본이 될 수 있는   대표적인 활용분야라 할 수 있다.
아래에서 3D Printer Temporary Resin을 활용하기 위한 몇 가지 Tip에 대하여 살펴보기로 하겠다.

1 - 1) Orientation (제작방향)
동일한 File, Material, 3D Printer에서도 Orientation에 따라 출력물의 적합, 표현 등의 결과는 달라진다. 이유는 3D Printer의 기계적인 특징 때문이라고 정리할 수 있다. 광중합 프로세스가 기본이 되는 3D Printer는 적층을 위한 중합의 정도와 조건 그리고 소재 별 특징이 반영된 정밀 Setting Process가 출력물의 성패를 좌우한다. 이런 면에서 재조명해 본다면 3D Printed Temporary Crown을 만드는 과정에서 출력물의 제작방향 즉, Orientation은 큰 영향을 준다고 볼 수 있다.
임상 과정의 관점에서 재해석을 해보면, 보편적으로 Printed Crown은 교합면이 Build Platform의 면(Surface)과 수평하게 제작방향을 설정하는 것이 일반적이다. 그 이유는 임플란트 Temporary Crown의 경우 정교한 Access Hole의 구현(표현)력에 있어서 가장 이상적인 방향이기 때문이다. 또한, 일반 Temporary Crown의 경우 Occlusal Area 부터 날카로운 Margin이 포함된 Cervical Area까지 정밀하게 Printing 되야 하며, 지대치의 종류가 Natural Teeth의 Enamel 층 또는 Enamel이 포함된 Dentin 층이건 출력물의 Fitting이 가장 중요하며 Titan 재질의 Implant Abutment에 제작하는 경우에도 보철물의 유지와 지지를 위한 구조와 형태가 Printed Temporary Crown의 내면에 정확히 표현되야 하기 때문이다. 적층 방향과 Setting된 조건에 따라 결과물의 성패가 결정되는 요인 중 하나이기 때문이다.  

Dental 3D Printer를 사용하면서 Support를 필수 조건으로 제작(설정)하게 된다. 결과물의 적합이 가장 좋은 방향을 고려해서 과정을 진행하는데 교합면 방향이라는 것을 알고 있음에도 케이스의 형태나 조건 등을 고려해 Printing 과정 전에 다시 한번 생각하게 된다. 그 이유는 바로 교합면 부위에 직접 Support를 위치하게 되면 VD를 고려한 Centric Occlusal 또는 전방, 측방 및 전측방 가이드를 반영한 보철물 교합면의 디자인 Support 부착과 재현 그리고 삭제 등의 이유로 변형 또는 손상될 수도 있기 때문이다. 때로는 Support를 제거하는 과정에서 중요한 교합점 등의 해부학적 인자가 없어지는 경우도 실제 발생하게 된다. 따라서 다음과 같은 방법의 Orientation 즉, 출력 방향을 고려한 Support의 형성을 미리 확인해야 한다.

1 - 2) Support 형성 방법
Temporary Crown에서 적합과 더불어 교합(Occlusal Condition, Bite)과 관련된 출력물의 상태는 치과의사 치과기공사를 구분하지 않고 매우 중요한 요소임에 틀림없는 부분이다. 앞서 Orientation(제작방향)에서 Occlusal Area의 표현과 Fitting Condition을 살펴봤다면 그 다음의 주제는 Support에서 직경(Diameter)과 위치(Position)를 지정하는 방법이 자연스럽게 고려할 부분이 된다. 이 두 가지 요소가 치과 임상에서 요구하는 최상의 출력물을 만들어 낼 수 있는 기본요소로 작용하는 것이다. 가령 제작방향을 잘 설정했더라도 Support 부착(설정) 위치는 Occlusal Area 중 3D Printing Process의 시작점이 되는 가장 높은 부분인 크라운의 교두(Cusp) 부위에 생성 해야 Design이 그대로 반영된 출력물을 얻을 수 있다. 반대로 와(소와) 부분이나 낮은 부분에 설정하게 되면 최적의 결과물을 얻는데 방해 요소로 작용하게 될 수도 있고, Build Platform에 출력물을 안정적으로 부착시키는 데 어려움이 생길 수도 있다. Support의 크기(직경)은 출력물의 안정적인 출력 요건에 중요한 요소로 작용하게 된다. 하지만 그 크기가 너무 큰 경우 즉, 직경이 큰 경우에는 Printing 과정에서 출력물에 불필요한 과중합의 원인으로 작용하기도 하며 Support를 제거하는 과정에서 CAD Part에서 디자인 한 주요 부위가 손상될 수도 있다. 따라서 별도의 Instrument를 사용하지 않고 Support 제거가 가능한 직경으로 약 0.6mm±0.2이하로 설정하는 것도 좋은 방법으로 간주되고 있다. 

Temporary Crown 제작 전체과정 Progress (제작소재 : ODS) 

2. Denture
Digital Dentistry를 Dental 분야의 가장 큰 흐름으로 볼 때, 가장 관심이 많은 분야 중 하나가 바로 Digital Denture 일 것이다. 실제 3D Printed Denture의 경우 임상에서 3D Printer를 적극 활용하는 방향으로 연구와 개발이 계속되고 있으며, 더 정확한 구강내 적합 부분에 관심도가 매우 높아지고 있다. Denture의 경우는 Dental 3D Printer로 출력한 여러가지 결과물 중에서도 구강내 조직과의 직접 접촉을 통해 유지와 지지가 이뤄지고, 이를 바탕으로 보철물의 성패가 바로 결정되기 때문이다. 단순하게 Denture 모양으로 출력만을 해내는 것이 아니고, 실제 임상에서 바로 사용할 수 있도록 구강스캔 또는 모델스캔 데이터를 바탕으로 Denture Base와 Artificial Teeth를 출력해야 하기 때문에 기능적인 면에서 3D Printer의 성능이 뒷받침되어야 함은 물론, 그 전단계인 디자인과 구강내 상태를 이해하고 전체 과정을 진행해야 하는 부분도 간과할 수 없는 부분이다. 
물론 현재 소개된 Printing 소재의 경우 아날로그 제작 방식의 Denture 소재만큼의 물성에는 다소 못 미치는 경우가 발생하기도 한다. 추가적인 보강재(Reinforcement Materials)로 많이 사용되는 Mesh frame을 Denture Base에 넣을 수 없는 점도 있지만, Denture Base Printing Material 자체의 물성을 높이는 연구와 개발이 계속되고 있다. 제작속도와 효율성이라는 측면에서 뛰어나기 때문일 것이다. 
보편적인 3D Printer를 이용해서 Denture를 제작하는 경우에 장비와 재료 및 술자의 선호도에 따라 다르지만 일반적으로 2시간내외의 출력물 제작이 가능한 부분을 보이고 있다. 현재 임시총의치(Temporary Denture)가 보편적으로 가장 많이 소개되고 있다.

 

Temporary Denture의 경우 일반적으로 2가지 제작방법으로 나누어진다.

2 - 1) One Body Printing Type
- Temporary 치아소재를 이용하여 인공치 부분과 Denture Base 부분을 한 번에 출력한 후에 레진전용 스테인과 글레이즈 등으로 색상 표현과 완성하는 방식

2-2) Two Piece Printing Type 

 

- Denture Base 소재와 Artificial teeth 소재를 각각 Printing 후 결합하여 완성하는 방식 
두 부분을 각각 출력하여 Denture Base Material을 이용해 화학적인 결합을 시키는 방법이다. 인공치 부분의 디자인과 Denture Base 부분의 출력물의 정확도가 요구되는 시스템이다. 인공치아 부분을 정확히 위치시켜 기계적인 결합력 보다는 화학적 결합을 통해 하나의 완성 보철물이 되는 방법이다. 

Denture를 출력해서 완성하는 경우도 다른 보철물이나 출력물처럼 출력방법과 세척 부분에서 결과물의 차이가 날 수 있다.

2 - 3) Orientation
Build platform과 수평하게 출력하는 방식은 주로 제작 속도를 중요 시 하는 방법이다. 다음과 같이 Orientation을 하게 되면 Denture Base의 조직면에 Support를 달게 됨으로써 서포트 제거 등의 후처리를 한 후에 부분적으로 Re-lining과 같은 작업 과정이 필요하게 된다. 출력 자체만의 시간을 줄일 수는 있지만 후처리 과정에서 추가적인 시간이 더 많이 소요되는 경우가 발생한다. 
또 다른 과정상의 특징을 살펴보면 수평 레이어의 면적이 증가하고 다회차 광중합 과정 등이 출력물 자체에 영향을 주게 된다. 3D Printer의 소재 별 Setting이 정확하게 설정되지 않거나 지나치게 강한 광원을 이용하는 3D Printer를 사용해서 출력하는 경우에 조직면 또는 광택면 방향으로의 과중합(Over Curing) 현상에 의한 휨(Banding) 현상이 발생하게 되는 경우가 발생하게 된다. 
즉, 구강내 Trying을 하는 과정에서 출력물과 구강내 조직면 전체적 또는 부분적 들뜸 현상이 발생하는 경우가 생긴다. 

 

아래 그림과 같이 수직으로 제작 하는 방식은 제작속도 면에서는 수평 하게 제작 하는 것보다 2배 가까이 제작시간이 소요된다. 하지만 제작 속도가 느린 반면에 장점도 있는 것이 사실이다. 
몇 가지를 예로 들자면 우선 출력물 Part에 설치하는 Support의 개수를 줄임으로써 Support를 제거하고 다듬는 후처리 과정이 편리한 부분이다. 더 중요한 부분이라면 Denture Base의 광택면 또는 Denture의 유지에 가장 중요한 조직면의 Over Cure 현상이 거의 발생하지 않거나 덜 발생하기 때문에 구강내 치조제 및 주변조직과의 적합이 매우 우수한 결과를 얻게 된다. 

 

모델 뿐 아니라 구강스캔 데이터를 이용한 Denture를 제작하는 경우에도 Functional Impression을 이용해 채득한 석고 모델의 경우라도 환자의 구강 조직과 들뜸 현상이 현저히 줄어든다는 것이다. 따라서 추가적인 Relining과 같은 작업을 하지 않거나 최소로 할 수 있다. 
3D Printer를 이용해 Denture를 제작하는 경우에 위와 같은 수평배치 및 수직 또는 경사배치의 경우 유저가 사용하는 3D Printer의 전문가 정밀 광량측정 및 사용하는 Printing Material과의 Pre-setting 과정을 통해 최적의 결과를 얻을 수 있도록 기본 설정을 하는 것이 반드시 필요한 과정이다.   

Denture 제작 전체과정 Progress (제작소재 : ODS)

 

3D Printer를 이용한 Temporary Crown과 Denture 이 두 가지 소재는 현재시점 그리고 앞으로도 시장의 관심 및 활용이 계속 증가할 것이라는 예측은 디지털 기반의 치과 전체의 흐름을 따라가는 현상으로 당연한 부분으로 생각된다. 따라서, 치과 및 치과기공소내 임상에서 요구하는 물성 및 특성을 충족하기 위한 소재를 연구하고 개발하는 회사들의 많은 노력이 필요하며 현재도 연구와 개발에 힘쓰고 있다. 소재에 관련된 부분에 있어서는 마지막 연제에서 조금 더 심도 있게 다뤄 보고자 한다.
이번 4번째 연제를 통해 치과 임상에서 활용 부분을 예측해 볼 때, 가장 큰 비중을 차지하게 될 Temporary(Provisional) Crown과 고령화 시대의 흐름에 맞춰 그 수요가 더 높아질 3D Printed Denture의 경우, 가장 중요한 Dental 전용 3D Printer 및 소재에 대한 전반적인 이해를 통해 쉽게 임상에 적용하고 더욱 발전할 수 있는 계기가 되기를 바래 본다.