KR101144273B1 - Laser surface treated Method for Dental implants having the improved coefficient of surface friction and Dental implants thereby - Google Patents
Laser surface treated Method for Dental implants having the improved coefficient of surface friction and Dental implants thereby Download PDFInfo
- Publication number
- KR101144273B1 KR101144273B1 KR1020100011004A KR20100011004A KR101144273B1 KR 101144273 B1 KR101144273 B1 KR 101144273B1 KR 1020100011004 A KR1020100011004 A KR 1020100011004A KR 20100011004 A KR20100011004 A KR 20100011004A KR 101144273 B1 KR101144273 B1 KR 101144273B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- implant
- laser beam
- laser
- surface treatment
- treatment method
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C13/00—Dental prostheses; Making same
- A61C13/0003—Making bridge-work, inlays, implants or the like
- A61C13/0006—Production methods
- A61C13/0018—Production methods using laser
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C8/00—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools
- A61C8/0012—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy
- A61C8/0013—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy with a surface layer, coating
- A61C8/0015—Means to be fixed to the jaw-bone for consolidating natural teeth or for fixing dental prostheses thereon; Dental implants; Implanting tools characterised by the material or composition, e.g. ceramics, surface layer, metal alloy with a surface layer, coating being a conversion layer, e.g. oxide layer
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Dental Prosthetics (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
본 발명은 치과용 임플란트 표면처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 임플란트의 단위면적당 표면적을 증가시켜 임플란트와 골조직의 부착력을 증가시킬 수 있는 키는 표면마찰계수가 증가된 치과용 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 치과용 임플란트에 관한 것이다. The present invention relates to a dental implant surface treatment method, and more specifically, to increase the surface area per unit area of the implant to increase the adhesion force between the implant and bone tissue is a dental implant surface treatment method having an increased surface friction coefficient and It relates to a dental implant treated by the above method.
Description
본 발명은 치과용 임플란트 표면처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 임플란트의 단위면적당 표면적을 증가시켜 임플란트와 골조직의 부착력을 증가시킬 수 있는 표면마찰계수가 증가된 치과용 임플란트 레이저표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 치과용 임플란트에 관한 것이다.
The present invention relates to a dental implant surface treatment method, and more specifically to dental implant laser surface treatment method of increasing the surface friction coefficient that can increase the adhesion between the implant and bone tissue by increasing the surface area per unit area of the implant It relates to a dental implant treated by the method.
일반적으로 티타늄 및 그 합금은 치과용 임플란트 소재로서 임상적 효율성이 과학적으로 입증됨에 따라 각 신체 부위의 기능을 확보하는 통상적 치료술로 각광받고 있다. In general, titanium and its alloys have been spotlighted as a conventional implant material for securing the function of each part of the body as the clinical effectiveness of the dental implant material has been scientifically proven.
그러나 구조적으로 임플란트와 그 주변 골조직은 물성치가 서로 다른 두 재료가 접촉되어 계면을 이루고 있기 때문에 생체조직 및 골세포(bone cell)가 인공 임플란트 표면에 잘 접합(osseointegration) 될 수 있는 방법에 많은 연구자들의 관심이 집중되고 있다. However, structurally, the implant and its surrounding bone tissue are interfacing by contacting two materials with different physical properties, so many researchers have found how biological tissue and bone cells can be well-osseinintegrated to the artificial implant surface. Attention is focused.
그 중 임플란트의 표면조직을 변화시켜 단위면적을 증가시키는 방법으로 생체적합성을 향상시키는 방법이 있다. 예를 들어, 티타늄 플라즈마 분사(TPS : Titanium plasma sprayed), Blasting 처리, TiN 코팅, HA(Hydroxyapatite) 등이 있다. 현재 이와 같은 기술을 적용시킨 임플란트 제품이 상용화되고 있다. 이런 임플란트 고정체는 Screw type과 Cylinder type이 있으며 스크류 타입은 나사산에 에칭(SLA), TPS, RBM(resorbable blast media)공정을 거쳐 표면처리하고 있다. Among them, there is a method of improving biocompatibility by changing the surface structure of the implant to increase the unit area. For example, Titanium plasma sprayed (TPS), Blasting treatment, TiN coating, Hydroxyapatite (HA), and the like. Currently, implant products using this technology are commercially available. The implant fixture has a screw type and a cylinder type, and the screw type is surface treated by etching (SLA), TPS, and RBM (resorbable blast media) process on the thread.
치과용 임플란트의 구조는 상부에 임플란트 교각치(의치 받침대 : abutment)와 하부에 스크류타입 임플란트로 구성되어 있으며, 하부에 스크류타입의 나사산과 골이 존재한다. 이때 시술시 인체의 골(bone)과 임플란트 고정체의 생체적합성이 중요한 변수로 작용한다. The dental implant structure consists of an implant piercing (abutment) at the top and a screw-type implant at the bottom, with screw-type threads and bones at the bottom. At this time, the biocompatibility of the bone and implant fixture of the human body acts as an important variable during the procedure.
이러한 인체의 골(bone)은 단단하고 밀도가 높은 피질골(cortical bone)과 비교적 약하고 밀도가 낮은 해면골(sponge bone)로 나눌 수 있다. 임플란트 시술시, 단단한 피질골에 나사구조는 치밀하고 강하게 결합될 수 있도록 하여야 하며, 비교적 약한 해면골의 나사 구조는 부하에 견딜 수 있고 골 융합에 용이한 구조를 가져야 한다. 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 임플란트 고정체의 나사구조를 골질에 따른 응력분포, 식립(placement)되는 힘, 마찰계수(friction coefficients) 등을 고려하여 복합적으로 설계하고, 그에 따른 효과적인 표면처리 방법을 구현하는 것이 매우 중요하다. The human bone can be divided into hard and dense cortical bone and relatively weak and low sponge bone. During implantation, the screw structure should be tightly and tightly coupled to the rigid cortical bone, and the screw structure of the relatively weak spongy bone should be able to withstand the load and to facilitate bone fusion. In order to achieve this purpose, the screw structure of the implant fixture is designed in a complex manner in consideration of the stress distribution, placement force, friction coefficients, etc. according to the bone quality, and the effective surface treatment method is implemented accordingly. It is very important to.
이러한 표면처리 방법 중의 하나인 TPS처리는 플라즈마 스프레이(Plasma spray)를 고온 융사법이라 하는데 임플란트의 몸체는 기계로 깍아서 만든 뒤 다른 티타늄을 고온으로 녹여서 스프레이로 뿜어 임플란트 표면에 붙이도록 처리하는 것이다. 이와 같이 TPS처리된 임플란트는 골표면의 유착에 유리하며, 6배의 표면적 증가로 매식초기에 제거되는 경우 적고, 임상적으로 치조제가 흡수되지 않고, 부착치은이 충분한 경우가 많은 장점이 있으나, 골 흡수가 진행되어 TPS표면이 구강 내에 노출될 경우에는 치석(plaque)의 침습에 민감해지고 결과적으로 임플란트 주위의 염증이 야기되어 심각한 결과들이 발생할 수 있다.One of the surface treatment methods, TPS treatment, is called plasma spraying, which is a high temperature melting method. The body of the implant is machined and machined so that another titanium is melted at a high temperature and sprayed to attach to the surface of the implant. TPS-treated implants are advantageous for adhesion of bone surface, and are less likely to be removed early in the early stages due to a 6-fold increase in surface area, and clinically the alveolar agent is not absorbed. If the absorption progresses and the TPS surface is exposed to the oral cavity, it is susceptible to plaque invasion and consequently causes inflammation around the implant, which can cause serious consequences.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근 몇 년간 레이저를 이용한 임플란트 표면처리에 관한 연구가 진행되어 왔다. 특허는 정형외과용 임플란트, 논문에서는 치과용 임플란트에 적용하는 방식으로 고밀도 에너지빔인 레이저로 임플란트 표면을 개질하는 연구는 주로 펄스레이저를 중심으로 진행되고 있다. In order to solve this problem, researches on implant surface treatment using a laser have been conducted in recent years. The patent is applied to orthopedic implants, and in the paper, researches to modify the implant surface with a laser, which is a high-density energy beam, are mainly focused on pulse lasers.
레이저를 이용하여 임플란트의 표면을 개질한 선행 연구들을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. Gaggl et al[1]은 산화알루미늄 파우더 blasted 임플란트에 screw thread(나사의 날)과 골사이에 레이저빔을 조사시켜 크기가 30~50um의 표면홀을 형성시켜 임플란트의 표면적을 향상시켰다. 그리고 용융과정들로부터 기인된 이차적인 구조의 크기 및 형상에 대해 연구하였고 티타늄 표면의 화학적 특성을 분석하기 위해 EDS분석 하였다. Peto et al[2]과 Karacs et al[3]은 Gaggl et al[1]과 유사한 방식으로 Nd:glass 레이저의 펄스지속시간(30ns)과 펄스에너지(0.5~5J)를 변화시켜 임플란트 표면에 조사하여 어블레이션된 표면층에 대해 연구하였다. Cho et al[4]는 기계가공 임플란트와 기계가공 후 레이저 표면처리한 임플란트를 이용하여 토끼경골(rabbbit tibia)에 장착한 후 강제탈거(제거풀림removal torque)방식으로 뼈와 임플란트의 접촉 계면이 잘 접합(osseointegration)되었는지를 비교 평가하였다. Cho는 Cordiolie et al.[4-5]의 평균 제거풀림 값과 비교했을 때 레이저 표면처리된 임플란트가 약2배가량 제거풀림값이 향상되었음을 증명하였다. 그리고 Wennerberg et al[4-13]은 표면거칠기가 높은 것만으로 최적의 골접합(Osseointergaration)을 고려했을 때 그 척도가 되지 못하고, 표면형상의 패턴, 크기, 골(valley)-산(peak)의 분포에 따라 영향을 미칠 수 있음을 제시하였다. 뼈와 임플란트 계면의 기계적인 연동(interlocking)과 생체 친화성이 중요한 변수로 작용한다고 발표하였다. Looking at the previous studies that modified the surface of the implant using a laser in more detail as follows. Gaggl et al. [1] improved the surface area of the implant by irradiating a laser beam between the screw thread and the bone on the aluminum oxide powder blasted implant. Secondly, the size and shape of secondary structures resulting from melting processes were studied and EDS analysis was performed to analyze the chemical properties of titanium surface. Peto et al [2] and Karacs et al [3] investigated the implant surface by varying the pulse duration (30 ns) and pulse energy (0.5–5 J) of the Nd: glass laser in a similar manner to Gaggl et al [1]. The ablated surface layer was studied. Cho et al. [4] show that the contact interface between bone and implant is good by force removal (removal torque) after attaching it to the rabbit tibia using a machining implant and a laser surface treated implant after machining. The assessment was made of whether or not consolidation was achieved. Cho demonstrated that the laser surface-treated implant improved about 2 times as compared with the mean removal value of Cordiolie et al. [4-5]. Wennerberg et al. [4-13] show that surface roughness alone is not a measure when considering optimal osseointergaration, and surface pattern, size, and valley-peak It can be influenced by distribution. The mechanical interlocking and biocompatibility of the bone and implant interface is an important variable.
Bereznai et al[5]은 기존의 상업용 Nd:YAG 레이저에 의한 임플란트 표면처리시 산화막 형성이 안정적이지 못하기 때문에 UV계열의 ArF, KrF 엑시머레이저를 사용하여 임플란트 소재용 환봉 표면을 연마공정과 구조적 형상변화를 일으킨 후 형태학 측면과 화학적특성에 대해 연구하였다. 그러나 진공조건을 구현하기 위해 부가적인 장비구축이 필요하고 표면적을 향상시키기 위해 연속된 빔조사를 진행하기 때문에 생산성 측면에 효율적이지 못하다. Bereznai et al. [5] used an UV-based ArF and KrF excimer laser to polish the round surface of the implant material using the UV-based ArF and KrF excimer lasers. After making changes, the morphological aspects and chemical properties were studied. However, it is not efficient in terms of productivity because additional equipment construction is required to implement vacuum conditions and continuous beam irradiation is performed to improve surface area.
이와 같이 기존의 연구자들은 임플란트 표면에 다양한 레이저를 조사시켜 표면형태 및 구조를 변화시켜 뼈와 임플란트 접촉면적을 증가시켜 잘 접합된(Osseointergaration) 상태에 대해 연구하였다. 그리고 티타늄 고유의 내식성을 향상시키기 위해 레이저빔이 조사전?후 표면에 형성된 산화층을 분석하여 생체적합성을 평가분석하고 일부 연구자들은 동물실험을 통해 뼈와 임플란트의 접촉력을 비교하였다.As such, the existing researchers have investigated the osseointergaration state by increasing the bone and implant contact area by changing the surface shape and structure by irradiating various lasers on the implant surface. In order to improve the inherent corrosion resistance of titanium, the oxide layer formed on the surface before and after the laser beam was analyzed to evaluate biocompatibility, and some researchers compared the contact force between bone and implant through animal experiments.
그러나 기존의 연구자들은 Nd:YAG 및 Nd:glass, 엑시머레이저를 사용하여 연구를 진행했지만 보다 정밀한 공정특성 변화에 대한 임플란트 표면의 변화를 연구하지 않았다. 예를 들어 레이저빔 조사시 초점거리와 주파수, 빔 이송속도, 에너지는 반복성과 재현성에 매우 중요한 공정이다. 특히 레이저 빔은 고밀도 에너지를 국부적인 요소에 집중되기 때문에 스크류 타입의 임플란트를 표면처리할 때 나사산과 골의 높이 차이에 의해 스크라이빙 폭, 깊이와 이차적으로 생성되는 융기 때문에 표면형상이 달라진다.However, existing researchers have used Nd: YAG, Nd: glass, and excimer lasers, but have not studied the change of implant surface for more precise process characteristics. For example, focal length, frequency, beam transport speed, and energy are very important for repeatability and reproducibility during laser beam irradiation. In particular, since the laser beam concentrates high-density energy on the local element, the surface shape is changed due to the scribing width, depth, and secondary ridges generated by the difference in the height of the thread and the valley when surface treatment of the screw-type implant.
이러한 문제를 고려하지 않고 임의로 가공 했을 때 균일한 표면형태가 구현되지 못하고 제거풀림 및 표면 산화막이 일정하게 형성되는 것이 불가능하게 된다. 그러므로 레이저를 이용하여 임플란트를 표면처리 할 때는 반복성과 재현성을 위해 보다 정밀하고 체계적인 공정변수를 정립해주는 것이 매우 중요하다. Without considering this problem, it is impossible to realize a uniform surface shape when the process is performed arbitrarily, and it is impossible to constantly remove the annealing and the surface oxide film. Therefore, it is very important to establish more precise and systematic process variables for repeatability and reproducibility when surface treatment of implant using laser.
또한, 치과 임플란트의 표면개질에 사용되는 레이저로서 Nd:YAG 레이저 및 엑시머레이저를 사용하고 있는 경우가 많은데, Nd:YAG 레이저는 표면에 안정적인 산화막을 형성하지 못하고 엑시머 레이저는 고가이며 엑시머를 발진시키는 가스의 누설에 대한 위험과 운용비가 많이 소요되는 문제점이 있었다.In addition, Nd: YAG lasers and excimer lasers are often used as lasers for surface modification of dental implants. Nd: YAG lasers do not form stable oxide films on the surface, and excimer lasers are expensive and emit excimer gas. There was a problem that the risk of leakage and costly operation.
따라서, 상술된 문제점이 해결된 새로운 구성의 레이저표면처리방법에 대한 개발의 필요성이 대두되었다.
Therefore, there is a need for development of a laser surface treatment method of a new configuration in which the above-mentioned problems are solved.
본 발명자는 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 기존의 임플란트 표면처리방식이 단점을 보완할 수 있는 본 발명을 완성하였다. The present inventors endeavored to solve the above-mentioned disadvantages and problems of the prior art, and completed the present invention in which the conventional implant surface treatment method can compensate for the disadvantages.
따라서 본 발명의 목적은 임플란트의 단위면적당 표면적을 증가시켜 표면마찰계수가 증가되므로 임플란트와 골조직의 부착력을 증가시키는 이상적인 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 임플란트를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an ideal implant surface treatment method for increasing the adhesion between the implant and bone tissue by increasing the surface friction coefficient per unit area of the implant and the implant treated by the method.
본 발명의 다른 목적은 임플란트에 균일한 표면형태가 구현될 수 있는 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 임플란트를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an implant surface treatment method in which a uniform surface shape can be realized on an implant and an implant treated by the method.
본 발명의 또 다른 목적은 Fiber 레이저를 사용하여 기존의 Nd:YAG 레이저에 비해 표면에 안정적인 산화막을 형성할 수 있고, 엑시머 레이저에 비해 비교적 운용비가 저렴하고 안전한 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 임플란트를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to use a fiber laser to form a stable oxide film on the surface compared to the conventional Nd: YAG laser, and a relatively low operating cost and safe implant surface treatment method compared to the excimer laser and treated with the method It is to provide an implant.
본 발명의 또 다른 목적은 정밀하고 체계적인 레이저 표면처리 공정변수를 정립하여 반복성과 재현성이 우수하고 생체에 적합한 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 임플란트를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to establish an accurate and systematic laser surface treatment process variable to provide an implant surface treatment method having excellent repeatability and reproducibility and suitable for a living body, and an implant treated by the method.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 치과용 임플란트 표면처리방법에 있어서; 선택된 파장 및 선택된 피크 파워의 레이저 빔이 제공되는 단계; 준비된 임플란트 표면에 상기 레이저 빔이 포커싱되는 단계; 및 기 설정된 공정변수에 따라 상기 레이저 빔이 상기 임플란트 표면에 스캐닝되는 단계;를 포함하는 치과용 임플란트 레이저표면처리방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention in the dental implant surface treatment method; Providing a laser beam of a selected wavelength and a selected peak power; Focusing the laser beam on a prepared implant surface; And scanning the laser beam on the implant surface in accordance with a predetermined process variable.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 선택된 파장은 300nm 내지 1100㎚이다.In a preferred embodiment, the selected wavelength is between 300 nm and 1100 nm.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스캐닝 단계는 상기 임플란트 표면의 스캐닝 영역이 제공되는 단계; 상기 스캐닝 영역 내에서 상기 기설정된 공정변수에 따라 포커스된 레이저 빔이 조사되는 단계; 및 상기 스캐닝 영역의 스캐닝 완료와 동시에 상기 포커스된 레이저 빔이 블로킹(blocking)되는 단계를 포함한다.In a preferred embodiment, the scanning step comprises the steps of providing a scanning area of the implant surface; Irradiating a focused laser beam according to the predetermined process variable in the scanning area; And blocking the focused laser beam simultaneously with completion of scanning of the scanning area.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 공정변수는 레이저 파워, 레이저빔 이송속도, 주파수, 레이저빔 조사간격, 오버랩범위 중 하나 이상을 포함한다.In a preferred embodiment, the process variable includes one or more of laser power, laser beam transport speed, frequency, laser beam irradiation interval, and overlap range.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 공정변수 중 상기 레이저 파워는 50~100%, 레이저빔 이송속도는 50~500mm/sec, 주파수는 30~100kHz, 레이저빔 조사간격(pitch)은 55 ~ 65㎛, 오버랩범위는 50% 이상으로 기 설정된다. In a preferred embodiment, the laser power of the process variable is 50 ~ 100%, the laser beam transfer speed is 50 ~ 500mm / sec, the frequency is 30 ~ 100kHz, the laser beam irradiation pitch is 55 ~ 65㎛, overlap The range is preset to 50% or more.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기 설정된 공정변수에 의해 임플란트에 형성된 나사골만을 대상으로 스캐닝 영역이 되도록 제어된다. In a preferred embodiment, the scanning process is controlled to target only the screw bone formed in the implant by the predetermined process variable.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기 설정된 공정변수에 의해 상기 나사골을 형성하는 나사산에 평행하게 다수의 나사산과 나사골이 형성된다. In a preferred embodiment, a plurality of threads and screw valleys are formed in parallel to the threads forming the screw valleys by the predetermined process variable.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기 설정된 공정변수에 의해 상기 나사골을 형성하는 나사산에 수직하게 다수의 나사산과 나사산골이 형성된다. In a preferred embodiment, a plurality of threads and thread valleys are formed perpendicular to the threads forming the thread valleys by the predetermined process variable.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 레이저 빔에 의해 스캔되는 영역이 오버랩되는 범위인 상기 오버랩범위는 60 내지 98%이다.In a preferred embodiment, the overlap range, in which the area scanned by the laser beam overlaps, is 60 to 98%.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 레이저 빔에 사용되는 레이저는 fiber 레이저이다. In a preferred embodiment, the laser used for the laser beam is a fiber laser.
또한, 본 발명은 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 레이저표면처리방법에 의해 처리된 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트를 제공한다.The present invention also provides a dental implant, characterized in that the treatment by the laser surface treatment method of any one of
바람직한 실시예에 있어서, 상기 치과용 임플란트는 균일한 표면형태를 갖는다.In a preferred embodiment, the dental implant has a uniform surface shape.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.The present invention has the following excellent effects.
먼저, 본 발명의 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 임플란트는 단위면적당 표면적을 증가시켜 표면마찰계수가 증가되므로 임플란트와 골조직의 부착력을 증가시킬 수 있다. First, the implant surface treatment method of the present invention and the implant treated by the method increases the surface friction coefficient by increasing the surface area per unit area, thereby increasing the adhesion between the implant and bone tissue.
또한, 본 발명의 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 임플란트는 임플란트에 균일한 표면형태가 구현될 수 있다.In addition, the implant surface treatment method of the present invention and the implant treated by the method can be implemented in a uniform surface shape on the implant.
또한, 본 발명의 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 임플란트는 Fiber 레이저를 사용하여 기존의 Nd:YAG 레이저에 비해 표면에 안정적인 산화막을 형성할 수 있고, 엑시머 레이저에 비해 비교적 운용비가 저렴하고 안전하다.In addition, the implant surface treatment method of the present invention and the implant treated by the method can form a stable oxide film on the surface than the conventional Nd: YAG laser using a fiber laser, it is relatively inexpensive operation cost and safe compared to the excimer laser Do.
또한, 본 발명의 임플란트 표면처리방법 및 상기 방법으로 처리된 임플란트는 정밀하고 체계적인 레이저 표면처리 공정변수를 정립하여 반복성과 재현성이 우수하고 생체에 적합하다
In addition, the implant surface treatment method of the present invention and the implant treated by the method is precise and systematic laser surface treatment process parameters are established, excellent repeatability and reproducibility, and is suitable for living body
도 1은 표면마찰계수를 증가시키기 위해 펄스레이저를 이용하는 종래기술에 따라 변화된 표면을 보여주는 모식도,
도 2는 도 1에 도시된 표면에 형성된 구멍의 확대단면도,
도 3은 종래기술에 따른 레이저빔 조사후 나타나는 임플란트 형성과 레이저빔 강도의 영향에 대해 나타낸 모식도,
도 4는 본 발명의 레이저표면처리방법을 수행하기 위해 실제 레이저빔을 임플란트 표면에 조사시키는 방법을 표현한 모식도,
도 5는 본 발명의 레이저표면처리방법에 의해 레이저빔 조사후 나타나는 임플란트 형성과 레이저빔 강도의 영향에 대해 나타낸 모식도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저표면처리방법에 의해 변화된 표면을 보여주는 모식도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이저표면처리방법에 의해 변화된 표면을 보여주는 모식도,
도 8은 본 발명의 표면처리방법에 따른 표면적 증가율을 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명의 레이저표면처리방법 수행시 주파수와 오버랩변화에 따른 마찰계수를 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 레이저표면처리방법 수행시 다른 공정변수를 고정시킨 후 주파수변화에 따른 표면처리 깊이 변화를 나타낸 그래프,
도 11은 종래기술에 따른 표면처리방법으로 처리된 임플란트 표면의 SEM사진,
도 12는 본 발명의 표면처리방법으로 처리된 임플란트 표면의 SEM사진.
1 is a schematic diagram showing a surface changed according to the prior art using a pulsed laser to increase the surface friction coefficient,
2 is an enlarged cross-sectional view of a hole formed in the surface shown in FIG.
Figure 3 is a schematic diagram showing the effect of implantation and laser beam intensity appearing after laser beam irradiation according to the prior art,
4 is a schematic diagram showing a method of irradiating the surface of the implant with the actual laser beam to perform the laser surface treatment method of the present invention,
5 is a schematic diagram showing the effects of implant formation and laser beam intensity after laser beam irradiation by the laser surface treatment method of the present invention;
6 is a schematic diagram showing a surface changed by the laser surface treatment method according to an embodiment of the present invention,
7 is a schematic view showing a surface changed by the laser surface treatment method according to another embodiment of the present invention,
8 is a graph showing the surface area increase rate according to the surface treatment method of the present invention,
9 is a graph showing the coefficient of friction according to the frequency and overlap change when performing the laser surface treatment method of the present invention,
10 is a graph showing a surface treatment depth change according to a frequency change after fixing different process variables when performing the laser surface treatment method of the present invention;
11 is a SEM photograph of the implant surface treated by the surface treatment method according to the prior art,
12 is a SEM photograph of the surface of the implant treated with the surface treatment method of the present invention.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.The terms used in the present invention were selected as general terms as widely used as possible, but in some cases, the terms arbitrarily selected by the applicant are included. In this case, the meanings described or used in the detailed description of the present invention are considered, rather than simply the names of the terms. The meaning should be grasped.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the preferred embodiment shown in the accompanying drawings will be described in detail the technical configuration of the present invention.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.
먼저, 본 발명은 균일한 표면형상을 가지면서도 증가된 표면적 즉 증가된 표면마찰계수를 갖는 치과용 임플란트 레이저표면처리방법을 제공하는데 그 기술적 특징이 있다. First, the present invention provides a dental implant laser surface treatment method having a uniform surface shape and an increased surface area, that is, an increased surface friction coefficient.
본 발명의 레이저표면처리방법은 선택된 파장 및 선택된 피크 파워의 레이저 빔이 제공되는 단계; 준비된 임플란트 표면에 상기 레이저 빔이 포커싱되는 단계; 및 기 설정된 공정변수에 따라 상기 레이저 빔이 상기 임플란트 표면에 스캐닝되는 단계;를 포함한다.The laser surface treatment method of the present invention comprises the steps of providing a laser beam of a selected wavelength and a selected peak power; Focusing the laser beam on a prepared implant surface; And scanning the laser beam on the implant surface according to a predetermined process variable.
여기서, 레이저로는 기존의 Nd:YAG 레이저에 비해 특성이 우수하고 비교적 저렴한 운용비를 갖는 fiber레이저가 사용되는 것이 바람직한데, 특히 300nm 내지 1100㎚ 범위내에서 선택된 파장이 사용되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 542nm 또는 1064nm의 파장이 사용되는 것이다. In this case, it is preferable to use a fiber laser having superior characteristics and relatively low operating cost as a laser, in particular, a wavelength selected within the range of 300 nm to 1100 nm. More preferably, a wavelength of 542 nm or 1064 nm is used.
또한, 상기 공정변수는 레이저 파워, 레이저빔 이송속도, 주파수, 레이저빔 조사간격, 오버랩범위 중 하나 이상을 포함하는데, 상기 공정변수 중 상기 레이저 파워는 50~100%, 레이저빔 이송속도는 50~500mm/sec, 주파수는 30~100kHz, 레이저빔 조사간격(pitch)은 55 ~ 65㎛, 오버랩범위는 50% 이상으로 기 설정되는 것이 바람직한데, 이 때 공정변수들의 한정된 수치는 다수의 실험을 통해 결정된 최적 범위로서 한정된 수치범위보다 작거나 커지게 되면 원하는 형상으로 임플란트의 표면을 가공할 수 없다. 또한, 레이저빔 이송속도가 500mm/sec일 때 주파수를 30kHz이상으로 증가시켜야 하며, 각각의 공정변수별 오버랩 범위를 나타내면 레이저 파워가 50~100%일 때 오버랩범위는 62~82%이고, 레이저빔 이송속도가 50~500mm/sec일 때는 오버랩 범위가 74~98%이며, 주파수가 30~100kHz일 때 오버랩범위는 79~93%일 수 있다.In addition, the process variable includes one or more of laser power, laser beam transfer speed, frequency, laser beam irradiation interval, overlap range, wherein the laser power of the process variable is 50 ~ 100%, the laser beam transfer speed is 50 ~ 500mm / sec, the frequency is 30 ~ 100kHz, the laser beam irradiation pitch (55 ~ 65㎛), the overlap range is preferably set to more than 50%, wherein the limited value of the process parameters through a number of experiments If the optimal range is smaller or larger than the defined numerical range, the surface of the implant cannot be machined into the desired shape. In addition, when the laser beam feeding speed is 500mm / sec, the frequency should be increased above 30kHz. When the overlap range for each process variable is represented, the overlap range is 62 ~ 82% when the laser power is 50 ~ 100%, and the laser beam When the feed rate is 50 ~ 500mm / sec, the overlap range is 74 ~ 98%, and when the frequency is 30 ~ 100kHz, the overlap range can be 79 ~ 93%.
특히, 기 설정된 공정변수에 의해 임플란트에 형성된 나사골만을 대상으로 스캐닝 영역이 되도록 본 발명의 레이저표면처리방법을 수행하기 위해 실제 레이저빔을 임플란트 표면에 조사시키는 방법을 표현한 모식도인 도 4에 도시된 바와 같이 레이저 빔이 제어되는 것이 바람직한데, 스캐닝 영역 내에서 상기 나사골을 형성하는 나사산에 수직하게 다수의 나사산과 나사산골이 형성되거나, 상기 나사골을 형성하는 나사산에 평행하게 다수의 나사산과 나사골이 형성되도록 공정변수들이 제어되는 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, 본 발명의 레이저 표면처리방법에 의해 처리되면 도 5에 도시된 바와 같이 오버랩시켜 임플란트 표면형상을 변화시키게 되므로 표면적이 증가되고 표면거칠기를 향상시켜 골(bone)과 임플란트 표면의 표면접촉력이 증가될 뿐만 아니라 기 설정된 공정변수에 의해 임플란트의 나사골만을 대상으로 스캐닝 되도록 제어됨으로써 표면처리 후 균일한 표면형태의 구현이 가능하다. In particular, as shown in FIG. 4, which is a schematic diagram illustrating a method of irradiating an implant surface with an actual laser beam in order to perform the laser surface treatment method of the present invention so that only the screw bone formed on the implant is a target area by a predetermined process variable. Likewise, the laser beam is preferably controlled so that a plurality of threads and thread valleys are formed in a scanning area perpendicular to the threads forming the thread valleys, or a plurality of threads and thread valleys are formed parallel to the threads forming the thread valleys. It is more desirable that process variables be controlled. As such, when treated by the laser surface treatment method of the present invention overlaps as shown in Figure 5 to change the implant surface shape, so that the surface area is increased and the surface roughness improves the surface contact force between the bone (bone) and the implant surface In addition to being increased, it is controlled to scan only the screw bone of the implant by a predetermined process variable, thereby realizing a uniform surface shape after surface treatment.
보다 구체적으로 살펴보면 임플란트에 포함된 나사골에 도 6 또는 도 7에 도시된 패턴이 각각 형성되도록 기 설정된 공정변수에 의해 스캐닝될 수도 있고, 도 6 또는 도 7에 도시된 패턴이 하나의 임플란트에 모두 포함되도록 즉 병행되도록 형성될 수도 있다. In more detail, the pattern shown in FIG. 6 or 7 may be scanned by a predetermined process variable so that the pattern shown in FIG. 6 or 7 is formed on the screw bone included in the implant, and the pattern shown in FIG. 6 or 7 is included in one implant. It may be formed so as to be parallel.
즉, 첫 번째 나사산과 나사산에 위치한 나사골에 레이저빔을 임플란트가 상?하악부로 회전시켜 체결되는 방향으로 조사시켜 도 6과 같이 기존의 나사골에 일종의 미세하게 돌기(융기)된 나사산을 형성시켜 표면적을 향상시키고, 도 7에 도시된 바와 같이 두 번째 나사골에 레이저빔을 임플란트가 상?하악부로 회전시켜 체결되는 방향과 반대방향으로 조사시켜 골(bone)과 임플란트 표면의 표면적을 향상시키게 되면, 골과 임플란트 표면이 일종의 기어(gear)처럼 맞물려 형성되어 기존의 방법에 비해 골(bone)과 임플란트 표면접착력을 향상시키게 된다. 이처럼 하나의 임플란트 표면을 도6과 도7에 도시된 패턴이 병행되도록 처리하게 되면 상?하악부로 회전시켜 체결하게 되는 스크류타입의 임플란트에서 발생되는 상?하악부에 큰 하중에 의해 모멘트가 형성되어 골과 임플란트의 접착력이 감소되는 현상을 감소시킬 수 있다. That is, the laser beam is irradiated to the screw thread located on the first screw thread and the screw thread in the direction in which the implant is rotated into the upper and lower parts to form a kind of finely protruding threads on the existing screw bone as shown in FIG. As shown in FIG. 7, when the laser beam is irradiated to the second screw bone in a direction opposite to the direction in which the implant is rotated to the upper and lower parts, the surface area of the bone and the implant surface is improved. The implant surface is formed by engaging like a kind of gear to improve bone and implant surface adhesion compared to the conventional method. As such, when one implant surface is processed such that the patterns shown in FIGS. 6 and 7 are parallel, a moment is formed by a large load on the upper and lower portions generated in the screw type implant which is rotated and fastened to the upper and lower portions. This can reduce the adhesion between the bone and the implant.
한편, 기 설정된 공정변수들 중 레이저빔 조사간격(pitch)은 첫 번째의 레이저빔이 오버랩되어 조사된 후 두 번째의 레이저빔이 조사되는 간격을 의미하고, 오버랩범위는 레이저 빔에 의해 스캔되는 영역이 오버랩되는 범위를 의미하는데, 오버랩범위는 50%이상으로 60 내지 98%가 보다 바람직하다. 스캔되는 영역이 50%이상 오버랩 되면 기존의 방법에 비해 임플란트 표면적이 120%이상 증가될 수 있기 때문이다. On the other hand, among the preset process parameters, the laser beam irradiation pitch means an interval at which the second laser beam is irradiated after the first laser beam is overlapped and irradiated, and the overlap range is an area scanned by the laser beam. It means this overlapping range, and the overlapping range is 50% or more, more preferably 60 to 98%. If the scanned area overlaps more than 50%, the implant surface area can be increased by more than 120% compared with the conventional method.
다음으로, 스캐닝 단계는 임플란트 표면의 스캐닝 영역이 제공되면, 스캐닝 영역 내에서 기 설정된 공정변수에 따라 포커스된 레이저 빔이 조사되고, 스캐닝 영역의 스캐닝 완료와 동시에 포커스된 레이저 빔이 블로킹(blocking)되어 이루어진다.
Next, in the scanning step, when the scanning area of the implant surface is provided, the focused laser beam is irradiated according to a predetermined process variable in the scanning area, and the focused laser beam is blocked at the same time as scanning of the scanning area is completed. Is done.
실시예 1Example 1
준비된 fiber 레이저 빔에서 1064nm 파장을 선택한 후, 스크류 타입 임플란트에 형성된 나사골 표면에 레이저 빔을 포커싱하였다. 도 6의 패턴을 갖도록 설정된 기 설정된 공정변수에 따라 레이저 빔을 조사하여 스캐닝을 완료한 후 포커스된 레이저 빔을 블로킹 한 후, 다시 다음 나사골에 동일한 과정을 반복하여 도 6에 도시된 표면을 갖는 치과용 임플란트1을 얻었다. 이 때, 기 설정된 공정변수를 살펴보면 레이저빔의 에너지(J)를 약 75(J)로 일정 유지시킨 후 공정변수인 빔 이송속도는 100~200(mm/sec), 주파수는 50(kHz), 레이저 파워는 70(%), 레이저빔 조사간격(pitch) 60㎛, 오버랩범위는 74~93%인 조건을 충족하도록 제어되었다.
After the 1064nm wavelength was selected from the prepared fiber laser beam, the laser beam was focused on the screw bone surface formed on the screw type implant. After the scanning is completed by irradiating the laser beam according to the preset process variable set to have the pattern of FIG. 6, blocking the focused laser beam, and then repeating the same process on the next screw bone, the dentist having the surface shown in FIG. 6.
실시예 2Example 2
기 설정된 공정변수가 도7의 패턴을 갖도록 설정된 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법을 수행하여 도 7에 도시된 표면을 갖는 치과용 임플란트2를 얻었다.
A
비교실시예Comparative Example
기존에 알려진 레이저 천공방법중 하나인 종래의 스크라이빙방법을 펄스레이저빔(Nd:YAG)을 이용하여 티타늄 박판에 수행하여 얻어진 표면을 도1 내지 도3에 나타내었다. 이때 공정조건은 레이저파워, 빔이송속도, 주파수가 각각 30%, 500mm/sec, 20kHz이다. 기존의 방식은 도1에 도시된 바와 같이 표면에 일정한 간격으로 펄스레이저빔(Nd:YAG)을 조사(irradiation)시켜 홈(2), 융기(3)와 같이 표면형상을 변화시키게 되는데, 홈(2)과 홈(2)이 형성된 일정한 간격을 유지하면서 일종의 드릴링방법으로 마이크로 대의 홈(hole)을 만들어 표면마찰력(표면적 증가)을 향상시켰음을 알 수 있다. 1 to 3 illustrate a surface obtained by performing a conventional scribing method, which is one of known laser drilling methods, on a thin titanium sheet using a pulsed laser beam (Nd: YAG). The process conditions are laser power, beam transfer speed and frequency of 30%, 500 mm / sec and 20 kHz, respectively. In the conventional method, as shown in FIG. 1, the surface of the laser beam is changed at a predetermined interval by irradiating the pulsed laser beam (Nd: YAG) to change the surface shape such as the
그 결과 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 표면처리방법에서는 펄스레이저빔을 조사시킨 후 표면의 D와 d의 종횡비, 융기된 형상(8)에 대한 특성으로 골(bone)과 임플란트의 표면접착력이 증가되었음을 알 수 있지만 기존의 기계가공에 의한 임플란트 표면과 표면이 유사한 값을 가진다. As a result, as shown in FIG. 2, in the conventional surface treatment method, after the laser beam is irradiated, the surface adhesive force of the bone and the implant is increased by the characteristics of the aspect ratio D and d of the surface and the raised
또한, 기존의 방식에 따른 레이저빔 조사후 나타나는 임플란트 형성과 레이저빔 강도의 영향에 대해 모식도인 도 3을 참조하면, 기존의 방식이 레이저빔이 조사된 후 양쪽 끝단에 버(Burrs)가 형성되어 표면적 및 표면거칠기를 증가시키는 임플란트 표면 처리방법임을 알 수 있다.
In addition, referring to Figure 3, which is a schematic diagram of the effect of the implant formation and the laser beam intensity appearing after the laser beam irradiation according to the conventional method, after the laser beam is irradiated in the existing method, the burrs are formed at both ends It can be seen that the implant surface treatment method to increase the surface area and surface roughness.
실험예 1Experimental Example 1
스크류타입 임플란트에서 표면적 증가율을 살펴보기 위해, 비교실시예와 같이 임플란트 표면에 레이저 천공방법중 하나인 종래의 스크라이빙방법을 펄스레이저빔(Nd:YAG)을 적용시켜 실험한 결과 값(Overlap 0%)과, 본 발명의 레이저표면처리방법에 의해 실시예2와 같이 도 7의 패턴이 형성되도록 임플란트 표면에 빔을 조사(irradiation)시킨 후 얻어진 결과(Overlap 50%)를 도 8에 도시하였다. In order to examine the surface area increase rate in the screw type implant, the result obtained by applying a pulsed laser beam (Nd: YAG) to the conventional scribing method, which is one of laser drilling methods, on the implant surface as in the comparative example (Overlap 0) %) And the result (Overlap 50%) obtained after irradiating a beam on the implant surface such that the pattern of FIG. 7 is formed by the laser surface treatment method of the present invention as shown in Example 2 is shown in FIG. 8.
종래의 스크라이빙 방법을 적용한 경우 레이저빔이 조사된 부위는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같은 표면처리 형상과 함께 융기된 형태로 존재하고 있으며, 이때 골(bone)과 임플란트의 표면적이 일부분 증가하였다. 그러나 레이저빔은 일반적으로 싱글모드(single mode)의 가우시안 빔 분포를 유지하고 있기 때문에 도 2에서처럼 D와 d의 형상이 반구의 표면적을 가지지 못한다. 실제 실험한 결과를 보면 원뿔의 형태와 매우 유사하다. When the conventional scribing method is applied, the portion irradiated with the laser beam exists in a raised form with the surface treatment shape as shown in FIGS. 1 and 2, wherein the surface area of the bone and the implant is partially Increased. However, since the laser beam generally maintains a single mode Gaussian beam distribution, the shapes of D and d do not have a hemisphere surface area as shown in FIG. 2. The results of the actual experiment are very similar to the shape of the cone.
도 8에 도시된 바와 같이 기존의 레이저빔을 가지고 실험한 결과와 본 발명의 레이저표면처리방법에 의해 얻어진 결과 값을 가지고 비교하면 본 발명의 레이저표면처리방법이 약 120%의 표면적 증가 효과가 있음을 알 수 있다.
As shown in FIG. 8, the laser surface treatment method of the present invention has an increase in surface area of about 120% when compared with the results of experiments using the conventional laser beam and the result values obtained by the laser surface treatment method of the present invention. It can be seen.
실험예 2Experimental Example 2
주파수 변화에 따른 중첩율과 마찰계수의 관계를 실험하여 도 9에 나타내었다. The relationship between the superposition ratio and the friction coefficient according to the frequency change is shown in FIG. 9.
도 9에 나타난 바와 같이 임플란트 표면의 마찰계수를 기계가공한 임플란트 표면과 비교했을 때 표면처리를 하지 않은 시험편의 표면마찰계수가 약 0.184인 것과 대비하여 실시예2와 같은 방법으로 표면처리 했을 때는 약 0.45~0.542로 약 2배 향상되었음을 확인할 수 있었다.
As shown in FIG. 9, when the friction coefficient of the implant surface was compared with the machined implant surface, the surface friction coefficient of the untreated specimen was about 0.184. 0.45 ~ 0.542 was confirmed that about two times improved.
실험예 3Experimental Example 3
다른 공정변수를 고정시킨 후 주파수변화에 따른 표면처리 깊이 변화를 실험하여 도 10에 나타내었다. After fixing other process variables, the change in surface treatment depth according to the frequency change is shown in FIG. 10.
도 11에 도시된 바와 같이 주파수가 증가할수록 표면처리 깊이(스크라이빙 깊이)는 증가하였고, 약 10~27㎛정도 이었다. As shown in FIG. 11, as the frequency was increased, the surface treatment depth (scribing depth) increased, and was about 10 to 27 μm.
특히 레이저 빔 이송속도와 파워를 포함하여 다른 공정변수를 상술된 바와 같이 공정변수들의 수치 한정된 범위내에서 변화시켜 동일한 실험을 한 결과 이와 비슷한 결과를 얻을 수가 있었다. In particular, the same experiment was obtained by changing other process variables, including laser beam feed rate and power, within the numerically defined range of process variables as described above.
위와 같은 레이저 공정변수의 조건 범위 내로 표면처리를 진행했을 때는 표면처리 폭과 깊이는 5~10㎛ 차이는 나타나지만 거의 유사한 표면형상을 가져 기존의 방법에 비해 보다 효율적인 레이저 표면처리 방법임을 확인할 수 있었다.
When the surface treatment was carried out within the conditions of the laser process parameters as described above, the surface treatment width and depth showed a difference of 5 ~ 10㎛, but it was confirmed that it was a more efficient laser surface treatment method than the conventional method due to the almost similar surface shape.
실험예 4Experimental Example 4
표면처리된 임플란트에서 균일한 표면형태가 구현되는지 확인하기 위해 임플란트 표면의 SEM 사진을 관찰하였는데, 실험예 1에서 펄스레이저빔(Nd:YAG)을 적용하여 얻어진 임플란트 표면의 SEM사진을 도 11에 나타내었으며, 본 발명의 레이저표면처리방법을 적용하여 얻어진 임플란트 표면의 SEM사진을 도 12에 나타내었다.SEM images of the surface of the implant were observed to confirm whether a uniform surface shape is realized in the surface-treated implant. The SEM photograph of the implant surface obtained by applying a pulsed laser beam (Nd: YAG) in Experimental Example 1 is shown in FIG. 11. SEM images of the implant surface obtained by applying the laser surface treatment method of the present invention are shown in FIG. 12.
도 11에 도시된 바와 같이, 기존의 방법은 스크류 타입의 임플란트에 레이저빔을 조사시킬 때 나사산(screw thread)과 나사골(bottom thread)을 모두 조사하기 때문에 레이저빔의 초점위치에 따라 나사산과 나사골에 형성된 표면처리 형상이 달라지고, 나사산에 레이저빔이 조사되기 때문에 일정한 표면처리 형상을 유지하지 못한다. As shown in Fig. 11, the conventional method irradiates both a screw thread and a bottom thread when irradiating a laser beam to a screw-type implant, so that the thread and the screw bone are changed according to the focal position of the laser beam. Since the formed surface treatment shape is changed and the laser beam is irradiated to the thread, the surface treatment shape cannot be maintained.
반면, 도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 레이저표면처리방법에 의하면 나사산과 나사산 사이의 나사골에 도 7과 같이 수 천 개의 횡방향 나사산과 나사골이 형성된 균일한 표면형태가 구현될 수 있는 것을 알 수 있다. On the other hand, according to the laser surface treatment method of the present invention, as shown in Figure 12 it can be seen that a uniform surface form can be implemented in the screw bone between the thread and the thread formed with thousands of transverse threads and screw bone as shown in FIG. Can be.
또한, 레이저빔이 조사된 후 표면의 용융물들이 주위로 퍼지는 현상(스패터) 때문에 표면 거칠기 또한 상승하였음을 알 수 있다.
In addition, it can be seen that the surface roughness also increased due to the phenomenon (spatter) in which the melts on the surface spread around after the laser beam is irradiated.
이상의 실험결과들은 본 발명의 레이저표면처리방법에 의해 처리된 치과용 임플란트가 기존의 레이저표면처리방법에 의해 처리된 임플란트보다 표면적은 120%이상 증가될 뿐만 아니라 균일한 표면형태까지도 갖게 되므로 표면마찰계수가 2배 이상 향상되는 것을 보여준다. 따라서, 본 발명의 레이저표면처리방법에 의해 얻어진 치과용 임플란트는 증가된 표면적 및 표면마찰계수를 제공할 뿐만 아니라 제거풀림 및 표면 산화막이 일정하게 형성되는 것이 가능해진 이상적인 표면을 갖는다. The experimental results indicate that the dental implant treated by the laser surface treatment method of the present invention increases surface area by more than 120% as well as a uniform surface shape than the implant treated by the conventional laser surface treatment method. Shows a 2x improvement. Accordingly, the dental implant obtained by the laser surface treatment method of the present invention has an ideal surface, which not only provides an increased surface area and surface friction coefficient but also makes it possible to constantly remove annealing and a surface oxide film.
따라서, 본 발명의 레이저 표면처리방법은 임플란트 표면과 인체의 골(bone)의 표면접착 후 유동적인 악력에 견딜 수 있는 모멘트를 형성시키므로 기존의 방법에 비해 보다 효율적인 방법이며, 그 결과 본 발명의 레이저 표면처리방법으로 처리된 표면을 갖는 치과용 임플란트는 균일한 표면형태를 갖고 0.45~0.542의 마찰계수를 갖게 되므로 단단한 피질골에 임플란트의 나사구조가 치밀하고 강하게 결합될 수 있고, 비교적 약한 해면골에서는 부하에 견딜 수 있고 골 융합에 용이한 구조가 될 수 있다. Therefore, the laser surface treatment method of the present invention is a more efficient method than the conventional method because it forms a moment that can withstand the fluid grip force after the surface of the bone of the implant and the human body bonding, as a result of the laser of the present invention Dental implants with surfaces treated by surface treatment methods have a uniform surface shape and a coefficient of friction of 0.45 to 0.542, so that the screw structure of the implant can be tightly and tightly coupled to the rigid cortical bone. It can be a tolerant and easy structure for bone fusion.
본 발명의 치과용 임플란트를 사용하게 되면 기존 제품에 비해 임플란트의 표면조직의 변화를 통한 증가된 단위면적으로 인해 생체조직 및 골세포(bone cell)가 임플란트 표면에 잘 접합(osseointegration) 될 수 있다.
When the dental implant of the present invention is used, biological tissue and bone cells can be well bonded to the implant surface due to the increased unit area through the change of the surface tissue of the implant compared to the existing product.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.
Claims (12)
선택된 파장 및 선택된 피크 파워의 레이저 빔이 제공되는 단계;
준비된 임플란트 표면에 상기 레이저 빔이 포커싱되는 단계; 및
기 설정된 공정변수에 따라 상기 레이저 빔이 상기 임플란트 표면에 스캐닝되는 단계;를 포함하고,
상기 공정변수는 레이저 파워, 레이저빔 이송속도, 주파수, 레이저빔 조사간격, 오버랩범위 중 하나 이상을 포함하는데,
상기 공정변수 중 상기 레이저 파워는 50~100%, 레이저빔 이송속도는 50~500mm/sec, 주파수는 30~100kHz, 레이저빔 조사간격(pitch)은 55 ~ 65㎛, 오버랩범위는 50% 이상으로 기 설정되며,
상기 기 설정된 공정변수에 의해 임플란트에 형성된 나사골만을 대상으로 스캐닝 영역이 되도록 제어되어,
상기 임플란트에 형성된 나사골에는 상기 나사골을 형성하는 나사산에 평행하게 형성된 다수의 나사산과 나사골 패턴 또는 상기 나사산에 수직하게 형성된 다수의 나사산과 나사골 패턴 중 하나 이상을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 레이저표면처리방법.
In the dental implant surface treatment method;
Providing a laser beam of a selected wavelength and a selected peak power;
Focusing the laser beam on a prepared implant surface; And
And scanning the laser beam on the implant surface according to a predetermined process variable.
The process variable includes one or more of laser power, laser beam transport speed, frequency, laser beam irradiation interval, overlap range,
Among the process variables, the laser power is 50 to 100%, the laser beam feeding speed is 50 to 500 mm / sec, the frequency is 30 to 100 kHz, the laser beam irradiation pitch is 55 to 65 μm, and the overlap range is 50% or more. Pre-set,
By the predetermined process variable is controlled to be a scanning area for only the screw bone formed on the implant,
The dental bone formed on the implant is a dental implant characterized in that it comprises a plurality of threads and screw bone pattern formed in parallel to the thread forming the screw bone or one or more of the plurality of threads and screw bone pattern formed perpendicular to the thread Laser surface treatment method.
상기 선택된 파장은 300nm 내지 1100㎚인 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 레이저표면처리방법.
The method of claim 1,
The selected wavelength is 300nm to 1100nm dental implant laser surface treatment method characterized in that.
상기 임플란트 표면의 스캐닝 영역이 제공되는 단계;
상기 스캐닝 영역 내에서 상기 기설정된 공정변수에 따라 포커스된 레이저 빔이 조사되는 단계; 및
상기 스캐닝 영역의 스캐닝 완료와 동시에 상기 포커스된 레이저 빔이 블로킹(blocking)되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과용 임플란트 레이저표면처리방법.
The method of claim 1, wherein the scanning step
Providing a scanning area of the implant surface;
Irradiating a focused laser beam according to the predetermined process variable in the scanning area; And
And the blocking of the focused laser beam simultaneously with the completion of scanning of the scanning area.
상기 레이저 빔에 의해 스캔되는 영역이 오버랩되는 범위인 상기 오버랩범위는 60 내지 98%인 것을 특징으로 치과용 임플란트 레이저표면처리방법.
The method of claim 1,
And wherein the overlap range, in which the area scanned by the laser beam overlaps, is 60 to 98%.
상기 레이저 빔에 사용되는 레이저는 fiber 레이저인 것을 특징으로 치과용 임플란트 레이저표면처리방법.
The method of claim 1,
And a laser used in the laser beam is a fiber laser.
A dental implant, characterized in that treated by the laser surface treatment method of any one of claims 1 to 3, 9 or 10, wherein the dental implant has a uniform surface form 0.45 ~ 0.542 Dental implant, characterized in that having a coefficient of friction of.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100011004A KR101144273B1 (en) | 2010-02-05 | 2010-02-05 | Laser surface treated Method for Dental implants having the improved coefficient of surface friction and Dental implants thereby |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020100011004A KR101144273B1 (en) | 2010-02-05 | 2010-02-05 | Laser surface treated Method for Dental implants having the improved coefficient of surface friction and Dental implants thereby |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20110091257A KR20110091257A (en) | 2011-08-11 |
KR101144273B1 true KR101144273B1 (en) | 2012-05-11 |
Family
ID=44928727
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020100011004A KR101144273B1 (en) | 2010-02-05 | 2010-02-05 | Laser surface treated Method for Dental implants having the improved coefficient of surface friction and Dental implants thereby |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101144273B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100406171B1 (en) * | 2000-11-24 | 2003-11-17 | (주)바이오넬 | Preparation methods of amino acids from dry blood powder |
KR102480199B1 (en) * | 2022-07-19 | 2022-12-22 | 주식회사 덴탈알파고 | Selective coating method of apatite using laser and selective coating device of that |
RU227164U1 (en) * | 2024-02-01 | 2024-07-09 | Максим Игоревич Захаров | Laser structured dental implant |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TR201505011A2 (en) * | 2015-04-23 | 2015-06-22 | Hakki Celebi | SURFACE PREPARATION METHOD FOR IMPLANTS |
WO2023022302A1 (en) * | 2021-08-20 | 2023-02-23 | 주식회사 비투랩 | Surface-treated implant structure |
KR102195615B1 (en) * | 2020-09-17 | 2020-12-28 | 장천석 | Grit and laser fusion surface treatment method that increases the surface friction coefficient of dental implants |
KR102195610B1 (en) * | 2020-09-17 | 2020-12-28 | 장천석 | Laser surface treatment method the increases the surface friction coefficient of dental implants |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06304186A (en) * | 1993-04-21 | 1994-11-01 | Nikon Corp | Intraosseous implant |
KR20030038098A (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-16 | 조성암 | Dental implant system |
KR20040066699A (en) * | 2003-01-17 | 2004-07-27 | 경북대학교 산학협력단 | Titanium implant for implantation of artificial dental tooth |
KR20040083995A (en) * | 2003-03-26 | 2004-10-06 | 설영택 | Helical implant |
-
2010
- 2010-02-05 KR KR1020100011004A patent/KR101144273B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06304186A (en) * | 1993-04-21 | 1994-11-01 | Nikon Corp | Intraosseous implant |
KR20030038098A (en) * | 2001-11-08 | 2003-05-16 | 조성암 | Dental implant system |
KR20040066699A (en) * | 2003-01-17 | 2004-07-27 | 경북대학교 산학협력단 | Titanium implant for implantation of artificial dental tooth |
KR20040083995A (en) * | 2003-03-26 | 2004-10-06 | 설영택 | Helical implant |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100406171B1 (en) * | 2000-11-24 | 2003-11-17 | (주)바이오넬 | Preparation methods of amino acids from dry blood powder |
KR102480199B1 (en) * | 2022-07-19 | 2022-12-22 | 주식회사 덴탈알파고 | Selective coating method of apatite using laser and selective coating device of that |
WO2024019344A1 (en) * | 2022-07-19 | 2024-01-25 | 주식회사 덴탈알파고 | Selective apatite film forming method using laser and selective apatite film forming apparatus |
RU227164U1 (en) * | 2024-02-01 | 2024-07-09 | Максим Игоревич Захаров | Laser structured dental implant |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20110091257A (en) | 2011-08-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101144273B1 (en) | Laser surface treated Method for Dental implants having the improved coefficient of surface friction and Dental implants thereby | |
US20050211680A1 (en) | Systems and methods for laser texturing of surfaces of a substrate | |
Vorobyev et al. | Femtosecond laser structuring of titanium implants | |
Pou et al. | Laser surface texturing of Titanium for bioengineering applications | |
Brown et al. | Fundamentals of laser-material interaction and application to multiscale surface modification | |
US5246530A (en) | Method of producing porous metal surface | |
EP3313605B1 (en) | Method of laser blackening of a surface, wherein the laser has a specific power density and a specific pulse duration | |
Ji et al. | Ti: sapphire femtosecond laser ablation of dental enamel, dentine, and cementum | |
Pető et al. | Surface treatment of screw shaped titanium dental implants by high intensity laser pulses | |
Çelen et al. | Laser-induced novel patterns: As smart strain actuators for new-age dental implant surfaces | |
JP6858987B2 (en) | Zirconia ceramics | |
US20040000540A1 (en) | Laser texturing of surfaces for biomedical implants | |
Simões et al. | Analysis of the influence of surface treatment by high-power laser irradiation on the surface properties of titanium dental implants: A systematic review | |
JP2004003018A (en) | Method for manufacturing product by free forming laser sintering | |
Fiorucci et al. | Surface modification of Ti6Al4V by nanosecond laser ablation for biomedical applications | |
Meng et al. | Blind micro-hole array Ti6Al4V templates for carrying biomaterials fabricated by fiber laser drilling | |
Oliveira et al. | Multi-scaled femtosecond laser structuring of stationary titanium surfaces | |
US20090186318A1 (en) | Laser Surgical Methods | |
Man et al. | Laser surface microdrilling of Ti and laser gas nitrided Ti for enhancing fixation of dental implants | |
Ulerich et al. | Modifications of Ti-6Al-4V surfaces by direct-write laser machining of linear grooves | |
US10729497B2 (en) | Laser-assisted machining (LAM) of non-monolithic composite bone material | |
Frostevarg et al. | Formation mechanisms of surfaces for osseointegration on titanium using pulsed laser spattering | |
Fiorucci et al. | Comparative study of surface structuring of biometals by UV nanosecond Nd: YVO4 laser | |
Woźniak et al. | The influence of laser texturing on the tribological behavior of titanium alloy Ti6Al4V in medical applications | |
JP3999999B2 (en) | Laser surface processing equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150213 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160316 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170421 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190304 Year of fee payment: 8 |