[디지털 치과 도전 프로젝트] (9) 디지털 치과 도전 프로젝트 우리 치과 디지털 치과 만들기 구조 잡기
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[디지털 치과 도전 프로젝트] (9) 디지털 치과 도전 프로젝트 우리 치과 디지털 치과 만들기 구조 잡기
  • 김석범 원장, 최병열 대표
  • 승인 2022.09.07 09:59
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덴포라인에서 시작하는 [디지털 치과 도전 프로젝트] 코너는 디지털덴티스트리 시대의 프로세스 흐름을 파악하는 코너입니다. 디지털 장비의 선택과 함께 CAD/CAM, 3D 프린터 등 디지털 장비의 실무적인 사용을 통해 병원의 경쟁력을 확보하기 위한 노하우를 제시합니다.
공동기획 | 김석범 오늘치과 원장 & 최병열 피스티스 대표

 

‘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 퍼네스는 글라스세라믹소재, 도재 등에 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 신터링퍼니스에 대해서 정의, 메커니즘, 유저입장에서 고려해야 할 사항에 대해서 나타내었다.

1. 소결의 정의 및 메커니즘이해 1)
비금속 또는 금속의 가루를 가압성형한 것을 녹는 점 이하의 온도에서 열처리한 경우, 뭉쳐있는 가루가 화학적 물리적 결합이 생겨 성형 또는 형상된 모양으로 굳는 고정이다.
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 소결체밀도의 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/어니링 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 덴탈분야에서는 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 장비는 몇 년 전만 하여도 국산과 외산의 기술적인 차이는 매우 높았다. 하지만 현재는 큰 차이가 없고 오히려 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.
저자는 우리 치과디지털병원으로 만들기 위해서 특히 원데이 보철제작이 필요할 경우 가격이 비싼 제품일지라도 시도해보는 것도 좋다고 생각한다. 천천히 적응하고, 원만한 형태로 진행하면 저렴한 가격을 구매해도 문제가 되지 않는다.
또한 한 번에 몇 개의 보철물을 소결할 것인가에 대해서 가격적인 측면이 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 퍼니스에 저장 하는 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.
 

 

결론 
신터링 퍼니스는 지르코니아 특성에 맞는 열처리 스케줄에 따라 블록제조사에 맞게 프로그램을 저장관리하여 수축률에 맞는 소결이 필요하다. 이는 소재의 특성 뿐 아니라 원스템, 원데이보철시 보철물의 정밀도를 영향을 준다. CAM 밀링기에서 정밀한 3D가공을 할지라도 열처리가 잘 못되면 형상의 크기가 문제되기 때문이다.
신터링 퍼니스는 보철물 형상제작의 마지막 공정이다. 곧 내면 값을 최종 좌우하기 때문에 스캔을 통한 임상 ▶ 디자인(CAD) ▶  밀링(CAM) ▶ 소결(신터링) 밀링까지 3D 형상화에 중요한 위치에 있다. 마지막은 색상부분으로 이것은 심미적인 측면을 고려한 아름다움이다. 대부분 많이 실수 하는 부분이 CAM에서 수축률에 대한 치수를 잘못 넣거나 블록 소재에 맞지 않은 열처리 스케줄을 사용하면 공정의 오류이다. 이렇게 되면 작업자는 매우 힘든 사항으로 원인을 찾지 못할 경우 큰 위기가 오게 된다. 이러한 부분까지 우리치과디지털화를 만들기 위해서는 공정관리지침과 훈련이 꼭 필요하다.  


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