KR101612841B1 - 플라스틱 치아교정장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 치아교정장치의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법은 a) 일련의 교정 단계 별 치열의 3차원 이미지 데이터 세트를 얻는 단계와, b) 상기 3차원 이미지 데이터 세트의 교집합인 영역 내에 속하는 형상을 가진 기본 금형을 제조하는 단계와, c) 상기 3차원 이미지 데이터 세트에 속하는 하나의 단계의 치열의 형상과 상기 기본 금형의 형상 사이의 차이에 해당되는 부분을 3차원 프린터를 이용하여 상기 기본 금형 위에 3차원 인쇄하여 그 단계의 치열 금형을 제조하는 단계와, d) 상기 치열 금형을 이용하여 플라스틱 시트를 열성형하여 치열 형상의 캐비티가 형성된 플라스틱 치아교정장치를 제조하는 단계와, e) 상기 치열 금형에서 3차원 프린터를 이용하여 3차원 인쇄된 부분을 제거하는 단계와, f) 상기 c) 내지 e) 단계를 반복하여, 일련의 플라스틱 치아교정장치 세트를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법은 치열 금형의 제조시 기본 금형을 이용하므로, 수지의 사용량이 최소화된다는 장점이 있다. 따라서 금형 제작 비용을 최소화할 수 있으며, 그 결과 플라스틱 치아교정장치 세트의 제작 비용을 최소화할 수 있다.

Description

플라스틱 치아교정장치의 제조방법{Method of producing plastic dental positioning appliance}

본 발명은 플라스틱 치아교정장치의 제조방법에 관한 것이다.

교합이란 입을 다물었을 때 위 아래 턱의 치아가 서로 맞물리는 상태를 말한다. 부정교합이란 어떤 원인에 의해 치아의 배열이 가지런하지 않거나 위 아래 맞물림의 상태가 정상의 위치를 벗어나서 심미적, 기능적으로 문제가 되는 교합관계를 의미한다.

부정교합의 원인은 일반적으로 유전적인 영향이 큰 것으로 알려져 있으며, 치아의 모양이나 크기의 문제, 환경적 영향, 좋지 않은 습관, 잘못된 자세, 치아 우식증, 구순구개열과 같은 선천성 장애 등 다양한 원인에 의해 발생할 수 있다.

부정교합이 발생하면, 치열이 가지런하지 않아 치아 사이에 음식물 찌꺼기가 남아 있기 쉽다. 정확한 잇솔질로 청결하게 관리하는 것도 쉽지 않기 때문에 구강 내 치태가 증가하게 되어 치아우식증이나 잇몸 염증 등 잇몸 질환으로 진행되기 쉽다. 또한, 정상 치열에서 많이 벗어난 치아가 있거나 턱의 위치가 비정상이라면 외부에서 충격이 가해질 때 치아 파절 등 치아에 손상을 입을 가능성도 커진다.

이러한 부정교합을 치료하는 것이 치열 교정치료이다. 치열 교정치료는 치아가 어떤 힘을 받으면 이동하는 성질을 이용한다. 부정교합의 치료는 원인이나 치료 시기에 따라 다양한 장치와 방법을 이용한다. 습관을 제거하도록 고안된 장치, 위아래 턱뼈의 발육을 억제하거나 증진시키는 장치, 치아를 원하는 위치로 서서히 이동시키는 장치 등이 있으며, 구강 내에 넣었다 뺐다 할 수 있는 가철성 장치와 치아에 부착한 후 치료가 끝날 때 떼어내는 고정식 장치로도 나눠 볼 수 있다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 것은 브라켓이라는 장치를 치아에 부착하고 교정용 철사와 고무줄 등의 탄력을 사용해 치아를 이동시키는 고정식 치료법이며, 어떤 종류의 부정교합에도 흔히 사용된다. 브라켓은 금속으로 된 것이 일반적인데, 치료 기간 동안 눈에 잘 띄는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해서 투명 교정방법이 제안되었다. 투명 교정은 교정 전 치열의 상태에서 교정 후 치열의 상태로 단계별로 변화하는 투명한 치아교정장치들을 제작하고, 이를 치아에 갈아 끼면서 치열을 교정하는 시술이다. 투명 교정에 사용되는 치아교정장치는 투명 플라스틱으로 만들어지므로 심미감이 뛰어나다. 등록특허공보 제10-0657724호에는 투명 교정에 사용되는 치아교정장치에 대해서 개시되어 있다.

투명 교정에 사용되는 치아교정장치는 치열의 본을 떠서 금형을 만들고, 이 금형에 0.75 내지 1mm 정도의 투명 플라스틱 시트를 올려놓고 열을 가하면서, 금형에 음압을 걸어서 성형하는 진공성형방법으로 만든다. 성형 가공된 치아교정장치의 두께는 치아 형상의 굴곡에 따라서 다르며, 평균 두께는 0.2 내지 0.3mm 정도가 된다.

이러한 투명 교정을 위해서는 교정 전 치열의 상태에서 교정 후 치열의 상태로 단계별로 변화하는 10 ~ 40 단계의 투명한 치아교정장치들이 필요하며, 각각의 치아교정장치를 제조하기 위해서 각 단계의 치열에 따른 금형들도 10 ~ 40개가 필요하다.

이러한 금형들은 교정 전 치열의 3차원 이미지 데이터를 이용한 일련의 연속 데이터 세트를 만들고, 이 데이터 세트를 광조형 기술을 이용하는 3차원 프린터에 입력하여 3차원 인쇄하는 방법으로 만들어진다. 광조형기술은 광 경화성 수지에 빛을 조사하여 광 경화성 수지를 수 마이크로 미터 두께의 얇은 층으로 계속 경화 및 적층을 하여 물체를 만들어 내는 3차원 인쇄기술이다. 3차원 이미지 데이터를 이용하여 단면정보를 생성하고, 이렇게 생성된 단면정보를 이용하여 광경화성 수지에 빛을 조사하여 얇은 층을 계속 만들어서 치열의 금형을 제조한다. 제조된 금형은 경화되지 않은 광 경화성 수지로부터 분리된다.

그러나 여기에 사용되는 수지가 고가이므로, 이러한 금형들의 제작에 많은 비용이 소요된다는 문제가 있다.

한국등록특허공보 제10-0657724호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금형의 제작 비용을 최소화할 수 있는 플라스틱 치아교정장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법은 a) 일련의 교정 단계 별 치열의 3차원 이미지 데이터 세트를 얻는 단계와, b) 상기 3차원 이미지 데이터 세트의 교집합인 영역 내에 속하는 형상을 가진 기본 금형을 제조하는 단계와, c) 상기 3차원 이미지 데이터 세트에 속하는 하나의 단계의 치열의 형상과 상기 기본 금형의 형상 사이의 차이에 해당되는 부분을 3차원 프린터를 이용하여 상기 기본 금형 위에 3차원 인쇄하여 그 단계의 치열 금형을 제조하는 단계와, d) 상기 치열 금형을 이용하여 플라스틱 시트를 열성형하여 치열 형상의 캐비티가 형성된 플라스틱 치아교정장치를 제조하는 단계와, e) 상기 치열 금형에서 3차원 프린터를 이용하여 3차원 인쇄된 부분을 제거하는 단계와, f) 상기 c) 내지 e) 단계를 반복하여, 일련의 플라스틱 치아교정장치 세트를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상술한 플라스틱 치아교정장치의 제조방법에 있어서, 상기 b) 단계는 금속 또는 세라믹 재질의 기본 금형을 제조하는 단계일 수 있다.

또한, 상기 b) 단계에서 교집합인 영역을 찾아내는 단계는 교정 과정에서 이동하지 않는 치아를 기준으로 상기 3차원 이미지 데이터 세트를 서로 겹쳐서 교집합인 영역을 찾아내는 단계일 수 있다.

또한, 상기 c) 단계 전에 상기 기본 금형의 표면에 이형층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 d) 단계의 플라스틱 시트는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리우레탄(Poly-urethane, PU) 중에서 선택된 재질일 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법은 치열 금형의 제조시 기본 금형을 이용하므로, 수지의 사용량이 최소화된다는 장점이 있다. 따라서 금형 제작 비용을 최소화할 수 있으며, 그 결과 플라스틱 치아교정장치 세트의 제작 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법의 순서를 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법 중에 만들어진 교정 전 치열 형상의 금형을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법 중에 만들어진 교정 후 치열의 3차원 이미지를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법 중에 만들어진 기본 금형을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법 중에 만들어진 치열 금형을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다음에 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 실시예를 설명하는 도면에 있어서, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법의 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법은 일련의 교정 단계 별 치열의 3차원 이미지 데이터 세트를 얻는 단계(S1)로 시작된다.

이 단계에서는 치과의사 등 전문가가 알지네이트(alginate) 등 인상재가 배치되어 있는 트레이를 이용하여 환자의 치열의 본을 떠서 부정교합 치열 인상(impression)을 획득한다. 그리고 획득된 인상을 플라스틱이나 세라믹 등으로 채워 도 2에 도시된 바와 같이 부정 교합 치열 형상의 금형(1)를 만든다.

다음, 부정 교합 치열 형상의 금형(1)을 이용하여 교정 전 치열의 3차원 이미지 데이터(A)를 확보한다. 즉, 레이저 등의 장비를 이용하여 치열 형상의 금형(1)를 스캔하여 교정 전 치열의 3차원 디지털 이미지 데이터(A)를 확보한다. 얻어진 데이터는 적절한 소프트웨어가 구비된 컴퓨터 시스템에 이미지로 표현될 수 있다.

다음, 교정 전 치열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(A)를 이용하여 치아를 재배열하여 교정 후 치열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(C)를 만든다. 도 3은 본 발명에 따른 플라스틱 치아교정장치의 제조방법 중에 만들어진 교정 후 치열의 3차원 이미지를 나타낸다. 교정 후 치열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(C)는 치과 의사 등 전문적인 지식이 있는 사람이 이미지를 관찰하면서, 치아를 재배열하는 방법으로 얻을 수 있다. 또한, 치아의 재배열을 돕는 알고리즘이 구비된 소프트웨어를 이용하여 자동으로 재배열하는 것도 가능하다.

다음, 일련의 교정 단계 별 치열의 3차원 이미지 데이터 세트(B)를 만든다. 교정 단계 별 치열의 3차원 이미지 데이터 세트(B)에는 교정 후 치열을 나타내는 3차원 이미지 데이터(C)도 포함된다. 이 단계에서 3차원 이미지 데이터 세트(B)에 포함되는 치열의 수는 환자의 치아상태에 따라서 차이가 있다. 치아상태가 비교적 양호한 경우에는 10단계 정도의 단계를 포함하며, 일반적으로는 30 내지 40단계 정도를 포함한다. 일련의 연속 치열을 나타내는 3차원 이미지 데이터 세트(B)는 교정 전 치열과 교정 후 치열에 근거하여 생성된다.

일련의 연속 치열을 나타내는 3차원 이미지 데이터 세트(B)는 교정 전 치열의 각각이 치아를 분리하여 초기위치에서 최종위치로 이동하는 최단 경로를 결정하고, 그 경로를 따라서 이동하는 비율을 결정하는 방법으로 만들 수 있다. 이동 경로 상에서 분리된 치아 간에 충돌이나 간섭이 일어나면, 충돌이나 간섭을 피하면서 이동할 수 있는 최단 경로를 설정한다. 이러한 단계는 치아 간의 충돌이나 간섭을 고려해서 최단 경도를 설정할 수 있는 검출 알고리즘을 갖춘 소프트웨어에 의해서 자동으로 진행될 수 있다.

다음, 3차원 이미지 데이터 세트(B)의 교집합인 영역 내에 속하는 형상을 가진 기본 금형을 제조한다(S2).

우선, 3차원 이미지 데이터 세트(B)를 교정과정에서 이동하지 않는 치아들을 기준으로 서로 겹쳐서 교집합 영역을 형성한다. 예를 들어, 치열 후방 양끝의 어금니를 기준 치아로 할 수 있다. 교정과정에서 위치 변동이 심한 치아의 경우에는 교집합을 이루는 영역의 면적이 작으며, 변동이 심하지 않은 치아의 경우에는 교집합을 이루는 영역의 면적이 넓다.

그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 교집합을 이루는 영역의 내부에 속하는 형상의 기본 금형(2)을 제조한다. 기본 금형(2)은 교집합을 이루는 영역과 동일한 형상으로 제조할 수도 있으며, 그보다 작게 형성할 수도 있다. 환자 개인별로 기본 금형(2)을 제조할 경우에는 교집합을 이루는 영역과 동일한 형상의 기본 금형(2)을 제조하는 것이 바람직하다. 그러나 동일한 유형의 부정교합을 가진 환자 군을 대상으로 하는 기본 금형 또는 동일한 연령대의 환자 군을 대상으로 하는 기본 금형을 제조하는 경우 등과 같이, 다수의 환자를 위한 기본 금형을 제조하는 경우에는 교집합을 이루는 영역에 비해서 작은 기본 금형을 제조하는 것이 바람직하다.

기본 금형(2)은 금속, 세라믹 또는 플라스틱으로 제조할 수 있다. 플라스틱 기본 금형의 경우에는 3차원 프린터를 이용하여 제조할 수 있다.

다음, 3차원 이미지 데이터 세트(B)에 속하는 하나의 단계의 치열의 형상을 가진 치열 금형을 제조한다(S3).

우선, 3차원 이미지 데이터 세트(B)에 속하는 하나의 단계의 치열의 3차원 이미지 데이터(B1)와 기본 금형(2)의 3차원 이미지 데이터(D)를 이용하여, 이 단계의 치열 형상과 기본 금형(2)의 형상의 차이에 해당되는 부분의 이미지 데이터(B1-D)를 확보한다.

그리고 3차원 프린터에 상기 이미지 데이터(B1-D)를 입력하여 기본 금형(2) 위에 이 단계의 치열의 형상과 기본 금형(2)의 형상의 차이에 해당되는 부분을 3차원 인쇄하여 그 단계의 치열 금형을 제조한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 기본 금형(2)을 금속으로 제조한 경우에는 금속 기본 금형(2)과 기본 금형(2) 위에 덧 붙여진 플라스틱 층(3)이 치열 금형(4)을 이룬다.

다음, 획득된 치열 금형(4) 위에 플라스틱 시트를 올려놓고 가열하여 치열 형상의 캐비티가 형성되어 있는 플라스틱 치아교정장치를 성형한다(S4).

본 단계는 진공 성형으로 진행된다. 진공 성형은 플라스틱 시트에 열과 압력을 가하여 3차원 형태로 성형하는 열성형(thermoforming)의 일종이다. 진공 성형은 널리 알려진 성형 방법이므로 간략하게 설명한다. 우선, 진공 플레이트 위에 치열 금형(4)을 올려놓고 그 위에 플라스틱 시트를 올리고, 플라스틱 시트의 연화점 이상으로 플라스틱 시트를 가열하여 플라스틱 시트를 유연하게 한다. 그리고 치열 금형(4)의 아래에 진공을 형성하여 유연하게 된 플라스틱 시트가 금형에 밀착되도록 함으로써 치열 형상의 캐비티가 형성되어 있는 치아교정장치를 성형한다.

플라스틱 시트는 진공 성형 장치에 따라서 원형 또는 사각형 형태일 수 있으며, 두께는 1㎜정도이다. 재질은 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리우레탄(Poly-urethane, PU) 등이 주로 사용된다.

다음, 플라스틱 치아교정장치(2)를 치열 금형(4)에서 분리하여(S3), 치열 금형의 치열 형상과 동일한 형상의 캐비티가 형성되어 있는 플라스틱 시트를 얻는다. 플라스틱 시트에서 캐비티가 형성되어 있는 부분을 제외한 나머지 부분을 절단하여 치아교정장치를 완성한다.

다음, 치열 금형에서 3차원 프린터를 이용하여 부착된 부분을 제거한다(S5).

기본 금형(2)으로 금속이나 세라믹 금형을 사용한 경우에는 3차원 프린터를 이용하여 부착된 플라스틱 층(3)을 용해할 수 있는 용매를 이용하여 플라스틱 층(3)을 녹여 낼 수 있다. 또한, 충격을 가하여 부착된 플라스틱 층(3)을 분리할 수도 있다. 이렇게 플라스틱 층(3)을 제거하면 다시 기본 금형(2)을 얻을 수 있다.

만약, 기본 금형(2)을 3차원 프린터를 이용하여 형성한 경우에는, S3 단계 전에 기본 금형(2)의 표면에 이형 층(미도시)을 형성하여 기본 금형(2)으로부터 3차원 프린터를 이용하여 부착된 부분을 용이하게 제거할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

다음, 교정 단계별로 S3 내지 S5 단계를 반복하여, 일련의 플라스틱 치아교정장치 세트를 제조한다(S6).

이상, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은 한도 내에서 여러 가지 변형을 할 수 있는 것은 명백하다.

예를 들어, 치열 형상의 금형을 먼저 만든 후 이를 레이저를 이용하여 스캔하여 치료 전 치열을 나타내는 3차원 이미지 데이터를 확보하는 것으로 설명하였으나, X-레이 이미지, 컴퓨터 단층촬영법(CAT 스캔)에 의해 만들어진 이미지, 자기공명 단층촬영(MRI)에 의해 만들어진 이미지 등을 디지털화하는 통상적인 기술에 의해서 치료 전 치열을 나타내는 3차원 이미지 데이터를 확보하는 것이 가능하다.

1: 부정 교합 치열 형상의 금형
2: 기본 금형
3: 플라스틱 층
4: 치열 금형

Claims (5)

1. a) 일련의 교정 단계 별 치열의 3차원 이미지 데이터 세트를 얻는 단계와,
   b) 상기 3차원 이미지 데이터 세트의 교집합인 영역 내에 속하는 형상을 가진 기본 금형을 제조하는 단계와,
   c) 상기 3차원 이미지 데이터 세트에 속하는 하나의 단계의 치열의 형상과 상기 기본 금형의 형상 사이의 차이에 해당되는 부분을 3차원 프린터를 이용하여 상기 기본 금형 위에 3차원 인쇄하여 그 단계의 치열 금형을 제조하는 단계와,
   d) 상기 치열 금형을 이용하여 플라스틱 시트를 열성형하여 치열 형상의 캐비티가 형성된 플라스틱 치아교정장치를 제조하는 단계와,
   e) 상기 치열 금형에서 3차원 프린터를 이용하여 3차원 인쇄된 부분을 제거하는 단계와,
   f) 상기 c) 내지 e) 단계를 반복하여, 일련의 플라스틱 치아교정장치 세트를 제조하는 단계를 포함하는 플라스틱 치아교정장치의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 b) 단계는 금속 또는 세라믹 재질의 기본 금형을 제조하는 단계인 플라스틱 치아교정장치의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 b) 단계에서 교집합인 영역을 찾아내는 단계는 교정 과정에서 이동하지 않는 치아를 기준으로 상기 3차원 이미지 데이터 세트를 서로 겹쳐서 교집합인 영역을 찾아내는 단계인 플라스틱 치아교정장치의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 c) 단계 전에 상기 기본 금형의 표면에 이형층을 형성하는 단계를 더 포함하는 플라스틱 치아교정장치의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 d) 단계의 플라스틱 시트는 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET), 폴리우레탄(Poly-urethane, PU) 중에서 선택된 재질인 플라스틱 치아교정장치의 제조방법.

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