KR102027418B1

KR102027418B1 - 치과 보철물의 소결을 설계하는 방법

Info

Publication number: KR102027418B1
Application number: KR1020167013853A
Authority: KR
Inventors: 페터 포노프; 크리스티안 슈미츠
Original assignee: 시로나 덴탈 시스템스 게엠베하
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2019-11-04
Also published as: WO2015091744A1; EP3082643B1; CN105813593A; JP6846198B2; DE102013226497A1; JP2016540562A; CA2934416A1; AU2014368622B2; EP3082643A1; AU2014368622A1; CA2934416C; US20160317257A1; KR20160099543A; DK3082643T3; US10939980B2; CN105813593B; BR112016012960B1

Abstract

본 발명은 제작할 치과 보철물(1)의 3D 모델(9)이 이미 존재하는 상태에서 치과 보철물(1)의 열처리를 설계하는 방법에 관한 것이다. 제작하려는 치과 보철물(1)의 정해진 기하학적 파라미터들(10, 11, 12, 13) 및/또는 제작하려는 치과 보철물(1)의 정해진 재료 파라미터들에 의존하여, 치과 보철물(1)의 열처리를 위한 온도 프로파일(16)을 컴퓨터(17)에 의해 자동으로 결정한다.

Description

치과 보철물의 소결을 설계하는 방법{METHOD FOR PLANNING A SINTERING OF A DENTAL PROSTHESIS PART}

본 발명은 제작할 치과 보철물(dental prosthesis part)의 3D 모델이 이미 구성된 상태에서 치과 보철물의 소결(sintering)을 설계하는 방법에 관한 것이다.

소결 공정을 설계하는 다수의 방법들이 선행 기술로부터 공지되어 있다. 소결로(sintering furnace)에 의해 소결을 수행하기 전에, 사용자가 제작되는 보철물에 적합한 온도 프로파일(temperature profile)을 갖는 특정의 프로그램을 선택할 수 있는데, 이때 사용자는 보철물의 사용 재료 및 치수를 고려한다.

DE 10 2011 056 211 B3은 소결물, 특히 치과 프레임워크(dental framework)를 소결하기 위한 장치 및 방법을 개시하고 있는데, 여기서는 팬(pan)을 폐쇄 요소에 의해 덮되, 팬의 프레임이 보호 가스 공급부와 연결된다.

EP 2 620 733 A1은 적어도 하나의 동작 프로그램, 메모리, 및 카메라와 같은 적어도 하나의 탐지 장치를 포함하는, 치과용 가마(kiln)와 같은 치과 기기를 개시하고 있다. 카메라에 의해 물체를 탐지하여 표시 장치에 의해 그 물체를 탐지된 형태로 나타낼 수 있다. 데이터베이스에는 다수의 소정의 참조 물체들이 포함되어 있는데, 참조 물체의 일정 개수의 특징들이 탐지된 물체의 화상과 일치할 경우에 부속된 동작 프로그램의 동작 개시(triggering)가 이뤄진다.

US 2009/0079101 A1은 단열 카메라 및 온도 측정 장치를 포함하는 소결로를 개시하고 있다. 온도 프로파일에서, 가열 속도는 분당 140이고, 유지 온도(holding temperature)는 1400이며, 냉각 속도는 분당 50이다.

DE 10 2008 013 555 A1은 치과 보철물의 제작을 위한 소결로를 개시하고 있는데, 여기서는 치과 보철물의 소결이 소결 구간을 따라 이뤄진다. 치과 보철물은 그 소결 구간을 통과할 때에 상이한 온도에 노출된다. 즉, 상이한 온도로 조절될 수 있는 개별적인 소결 구간 세그먼트들로 소결 구간이 세팅된다. 소결 대상 치과 보철물을 탑재한 캐리어가 슬라이더에 의해 소결 구간을 따라 이동한다. 각각의 소결 구간 세그먼트에 대해 상이한 온도가 설정될 수 있다. 그럼으로써, 상이한 세라믹의 소결에 대해 상이한 온도 경과가 설정될 수 있다.

그러한 방법의 단점은 사용자가 조작 오류로 인해 잘못된 온도 프로파일을 설정할 수 있고, 그에 따라 제작될 치과 보철물의 제작 결함이 유발될 수 있다는 것이다. 너무 높은 가열 속도를 갖는 온도 프로파일은 예컨대 산화물 세라믹의 경우에 치과 보철물의 표면에 균열을 일으킬 수 있다.

따라서 본 발명의 과제는 그러한 조작 오류가 방지되도록 하는 소결 설계 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 제작할 치과 보철물의 3D 모델이 이미 존재하는 상태에서 치과 보철물의 열처리를 설계하는 방법에 관한 것이다. 제작하려는 치과 보철물의 정해진 기하학적 파라미터들 및 제작하려는 치과 보철물의 정해진 재료 파라미터들에 의존하여, 소결, 결정화(crystallization), 또는 글레이징(glazing)과 같은 열처리를 위한 온도 프로파일을 컴퓨터에 의해 자동으로 결정하되, 치과 보철물의 제작을 위해 선택되는 재료의 재료 파라미터들은 열전도도, 열 충격 저항(thermal shock resistance), 최대 가열 속도, 및/또는 재료의 상 전이(phase transition)에 대한 온도 한계치이다.

사용되는 재료의 열전도도가 증가하면, 치과 보철물이 더 급속히 소결될 수 있으므로, 온도 프로파일의 가열 속도를 감소시킬 수 있다.

재료의 열 충격 저항이 높으면, 소결 중에 치과 보철물의 손상을 야기하는 일이 없이 가열 속도도 높일 수 있다.

본 방법에 따르면, 각각의 치과 보철물에 대한 이론적 최대 가열 속도를 산출하거나 결정할 수 있다. 그러한 최대 가열 속도를 결정하기 위해, 선 팽창 계수, E-모듈러스(E-modulus), 강도, 푸아송 비(Poisson's ratio), 파괴 인성(fracture toughness), 초기 균열 길이(initial crack length), 또는 폼 팩터(form factor)와 같은 사용되는 재료의 기계적 특성치들과, 체적 열 용량(volumetric heat capacity) 또는 열전도도와 같은 열역학적 특성치들과, 치아 보철물의 기하학적 파라미터들을 사용한다.

본 방법에서는, 치과 보철물이 이미 구성되어 있으므로, 치과 보철물의 3D 모델이 존재한다. 제작하려는 치과 보철물은 예컨대 임플란트용 총의치(full denture), 치아 인공 보철물, 전부 치관(full crown), 부분 치관(partial crown), 다수의 전치(whole tooth)들로 이뤄지는 브리지, 또는 인레이(inlay)일 수 있다. 정해진 선택 기준을 기반으로 하여, 선택된 재료의 기하학적 파라미터들 및/또는 재료 파라미터들에 따라 적합한 온도 프로파일을 결정한다. 온도 프로파일의 결정은 예컨대 데이터베이스의 다수의 상이한 온도 프로파일들로부터 온도 프로파일을 자동으로 선택하는 것에 의해 또는 개개의 온도 프로파일을 산출하는 것에 의해 수행될 수 있다. 온도 프로파일을 적어도 하나의 가열 단계에 포함할 수 있거나 다수의 가열 단계들에 포함할 수도 있는데, 사용되는 재료 및 결정적으로 치과 보철물의 벽 두께에 의존하여 달라지는 최대 가열 속도를 넘지 않는 것이 중요하다. 왜냐하면, 그로 인해 치과 보철물의 표면에 균열이 발생하거나 치과 보철물의 상부 층의 벗겨짐까지 일어날 수 있기 때문이다. 그 이유는 소결 공정 중에 치과 보철물의 외부 층이 치과 보철물의 내부 층보다 더 빨리 수축하여 기계적 응력을 유발하기 때문이다. 정해진 가열 속도로 치과 보철물을 가열한 후에, 정해진 유지 시간의 소요 시간 동안 유지 온도를 유지시키고 나서, 이어서 냉각 스테이지를 수행한다. 냉각 스테이지는 예컨대 냉기가 유입될 수 있도록 사용되는 소결로의 도어를 개방하는 것에 의해 수행될 수 있다. 유지 온도 및 가열 속도는 제작하려는 치과 보철물이 전부 완전히 소결되지만, 과도한 소결이 이뤄지지는 않도록 선택된다. 과도한 소결 시에는, 사용되는 소결 대상 재료의 입자 크기가 정해진 한계치를 넘어서서 치과 보철물의 강도를 저하시킬 수 있다.

본 방법의 이점은 적합한 온도 프로파일을 수동으로 선택할 경우의 조작 오류가 배제됨으로 인해서 제작 결함을 방지할 수 있다는데 있다.

본 방법의 또 다른 이점은 기하학적 파라미터들 및/또는 재료 파라미터들을 고려하여, 가열 속도가 최대한 높고 유지 시간이 최대한 짧은 가능한 한 적은 소요 시간을 갖는 적합한 온도 프로파일이 선택됨으로 인해서 치과 보철물의 열처리 소요 시간을 단축시킬 수 있다는데 있다.

치과 보철물의 기하학적 파라미터들은 바람직하게는 최대 측벽 두께(lateral wall thickness), 최대 교합 벽 두께(occlusal wall thickness), 최대 교합 벽 두께와 최대 측벽 두께의 비, 치과 보철물의 최대 횡단면, 치과 보철물의 총 체적, 치과 보철물의 최대 총 길이, 및/또는 치과 보철물의 횡단면 변화일 수 있다.

최대 측벽 두께는 예컨대 앞니들의 순면(labial surface)들에서의 또는 어금니들의 협면(buccal surface)들에서의 치과 보철물의 측방향 벽 두께를 지칭한다. 최대 교합 벽 두께는 치과 보철물의 교합면(occlusal surface)의 벽 두께를 지칭한다. 치과 보철물의 최대 횡단면은 치과 보철물의 치축(tooth axis)에 수직한 횡단면을 지칭한다.

즉, 그러한 기하학적 파라미터들을 기반으로 하여 적합한 온도 프로파일을 선택하되, 특히 정해진 가열 속도 및 유지 온도에서의 정해진 유지 시간을 결정한다.

온도 프로파일은 바람직하게는 최대 측벽 두께가 증가하면, 최대 교합 벽 두께가 증가하면, 최대 부품 횡단면이 증가하면, 및/또는 치과 보철물의 총 체적이 증가하면, 온도 프로파일의 가열 속도가 낮아지도록, 온도 프로파일의 유지 시간이 길어지도록, 및/또는 온도 프로파일의 유지 온도가 낮아지도록 결정될 수 있다.

벽 두께가 증가하면, 소결 중에 기계적 응력이 증가하므로, 치과 보철물의 손상을 방지하기 위해서는 가열 속도를 낮춰야 한다.

부품 횡단면이 증가하거나 치과 보철물의 총 체적이 증가하면, 치과 보철물을 완전히 소결할 때까지 더 오랜 시간이 걸리기 때문에, 유지 시간을 늘린다.

온도 프로파일은 바람직하게는 열전도도가 증가하면 및/또는 열 충격 저항이 증가하면, 온도 프로파일의 가열 속도가 높아지도록 결정될 수 있다.

그럼으로써, 고급 재료의 열전도도 및 열 충격 저항에 의존하여 가열 속도를 높일 수 있어 소결의 총 소요 시간을 단축시킬 수 있다.

열처리는 바람직하게는 소결, 결정화, 소결과 글레이징의 조합, 또는 결정화와 글레이징의 조합일 수 있다.

소결은 이산화 지르코늄 또는 산화 알루미늄과 같은 산화물 세라믹에 또는 CoCrMo 합금과 같은 비귀금속 합금(base metal alloy)에 사용될 수 있다.

결정화는 특히 이규화 리튬(lithium disilicate) 재료 계열을 갖는 유리 세라믹에서 수행된다.

소결된 산화물 세라믹들, 특히 이산화 지르코늄 및 산화 알루미늄으로 제작된 치과 수복물(dental restoration)들은 최종적으로 마감 소결된다. 분말로 가압 소결된, 금속, 특히 CoCrMo 합금으로 이뤄진 블랭크(blank)는 연마 또는 프레이즈 절삭에 의해 치과 수복물로 기계적으로 후속 가공된 후에 마찬가지로 소결되어야 한다.

모든 금속 또는 세라믹 모재들은 소결 후에 후속 소성 공정(burning process, firing process)들에 의해 마감되거나 글레이징될 수 있다. 소위 표면 마감 처리로서의 글레이징과 함께, 동일한 노 공정으로 소성되는 도장 처리도 수행될 수 있다.

또한, 유리 세라믹은 동일한 소성 공정에서 결정화되고 도장되며 글레이징될 수 있는 이점을 갖는다.

치과 보철물의 제작을 위해 선택되는 재료는 제작하려는 치과 보철물이 단일의 치아, 전부 치관, 부분 치관, 또는 인레이인 경우에 바람직하게는 이산화 지르코늄일 수 있다. 이때, 치과 보철물의 총 체적은 어금니의 체적 이하에 해당하게 되고, 최대 측벽 두께 및/또는 최대 교합 벽 두께는 6 mm의 한계치 미만이 된다. 그러한 요소들을 고려하여, 소결을 위해 100/분 내지 400/분의 가열 속도, 1500 내지 1600의 유지 온도, 및 5분 내지 10분의 유지 시간을 갖는 제1 온도 프로파일을 결정한다.

치과 보철물의 상대적으로 얇은 벽 두께 및 작은 총 체적으로 인해, 상대적으로 높은 가열 속도가 가능하고, 그에 따라 총 소요 시간이 단축된다. 그러한 작은 총 체적은 치과 보철물을 더 신속하게 소결하는 것도 또한 가능하게 하므로, 유지 시간이 상대적으로 짧게 선택되고, 그에 따라 소결의 총 소요 시간이 추가로 단축된다. 즉, 제1 온도 프로파일은 상대적으로 소형의 치과 보철물에 대한 신속한 소결을 가능하게 한다.

제작하려는 치과 보철물이 최대 6개의 연결된 치아들로 이뤄진 브리지이거나 최대 6개의 개별 치아들로 구성되는 경우에 선택되는 재료는 바람직하게는 이산화 지르코늄일 수 있다. 그러한 요소들을 고려하여, 소결을 위해 70/분 내지 200/분의 가열 속도, 1450 내지 1550의 유지 온도, 및 20분 내지 40분의 유지 시간을 갖는 제2 온도 프로파일을 결정한다.

제2 온도 프로파일은 최대 6개의 치아들의 총 체적을 갖는 치과 보철물에 대해 선택되는데, 치과 보철물의 완전 소결을 위해 제1 온도 프로파일보다 긴 유지 시간이 필요하다.

제작하려는 치과 보철물이 6개보다 많은 개별 치아들을 포함하는 경우에 선택되는 재료는 바람직하게는 이산화 지르코늄일 수 있는데, 이때에는 소결을 위해 10/분 내지 70/분의 가열 속도, 1500 내지 1600의 유지 온도, 및 100분 내지 140분의 유지 시간을 갖는 제3 온도 프로파일을 결정한다.

제3 온도 프로파일은 6개보다 많은 치아들의 총 체적을 갖는 상대적으로 대형의 치과 보철물에 대해 선택되는데, 치과 보철물의 표면에서의 균열을 방지하기 위해, 가열 속도가 제1 온도 프로파일 및 제2 온도 프로파일에 비해 현저히 감소한다. 치과 보철물 전체의 완전 소결을 보장하기 위해, 유지 시간이 제1 온도 프로파일 및 제2 프로파일에 비해 현저히 증가한다.

선택되는 재료는 바람직하게는 산화 알루미늄(Al₂O₃)일 수 있는데, 이때에는 소결을 위해 10/분 내지 70/분의 가열 속도, 1500 내지 1600의 유지 온도, 및 100분 내지 140분의 유지 시간을 갖는 제4 온도 프로파일을 결정한다.

제4 온도 프로파일은 산화 알루미늄 재료에 적절한데, 치과 보철물의 크기와는 상관없이 유지 속도와 유지 시간이 제3 온도 프로파일과 같게 선택된다.

제작하려는 치과 보철물의 3D 모델을 바람직하게는 표시 장치에 의해 그래픽으로 나타낼 수 있는데, 이때 순면 측벽 두께와 관련된 또는 교합 벽 두께와 관련된 정해진 한계치를 초과하는 일정한 부분 영역들을 그래픽으로 표시한다.

표시 장치는 예컨대 제작하려는 치과 보철물의 구성된 3D 모델을 그래픽으로 나타내는 모니터일 수 있다. 벽 두께가 예컨대 3 mm의 크기의 정해진 한계치를 초과하는 영역들이 그래픽으로 표시된다. 그와 같이 하여, 3D 모델의 어떤 부분 영역들이 제1 온도 프로파일에 대한 또는 제2 온도 프로파일에 대한 기하학적 파라미터들을 충족하지 못하는지 사용자가 파악할 수 있다. 그러면 치과 의사 또는 치기공사(dental technician)와 같은 사용자는 그 표시된 부분 영역들을 상응하게 적합화시킬 수 있다.

바람직하게는 사용자가 표시된 부분 영역들을 순면 측벽 두께 또는 교합 벽 두께에 대한 한계치 미만이 되도록 가상 공구를 사용하여 수동으로 적합화시키거나, 표시된 부분 영역들이 컴퓨터에 의해 자동으로 그와 같이 적합화될 수 있다. 그럼으로써, 그 적합화된 3D 모델에 따라 제작하려는 치과 보철물에 대해 제2 온도 프로파일 대신에 제1 온도 프로파일에 의한 더 신속한 소결을 수행할 수 있다.

즉, 사용자는 표시된 영역을 예컨대 3 mm의 크기의 벽 두께에 대한 한계치 미만이 되도록 적합화할 수 있다. 그럼으로써, 제2 온도 프로파일에 대한 기하학적 파라미터들이 충족되어 제2 온도 프로파일에 의한 소결을 수행할 수 있고, 그에 따라 제2 온도 프로파일에 의한 소결에 비해 소결의 총 소요 시간이 단축되는 결과를 가져온다.

적합한 온도 프로파일의 결정은 바람직하게는 데이터베이스에 저장된 다수의 온도 프로파일들로부터의 선택을 통해 수행될 수 있다.

다양한 온도 프로파일들이 예컨대 소결로에 통합된 마이크로컴퓨터에 배치되어 있는 메모리에 저장될 수 있다. 대안적으로, 그러한 메모리는 소결로의 외부에 배치된 컴퓨터에 통합될 수도 있다.

가열 속도, 유지 시간, 및 유지 온도와 같은 온도 프로파일의 특성 데이터를 표시 장치에 의해 그래픽으로 나타낼 수 있다. 표시 장치는 예컨대 소결로에 맞춰진 디스플레이일 수 있다. 즉, 이때에는, 컴퓨터에 의해 자동으로 선택이 이뤄지되, 선택된 온도 프로파일의 특성 데이터가 그래픽으로 표시될 수 있다.

적합한 온도 프로파일의 결정은 바람직하게는 제작하려는 치과 보철물의 기하학적 파라미터들 및/또는 재료 파라미터들을 고려하여 개별적으로 계산되는 개별 온도 프로파일의 산출을 통해 수행될 수 있다.

즉, 그럼으로써, 기하학적 파라미터들 및/또는 재료 파라미터들을 고려하여 개개의 온도 프로파일을 계산한다. 이때, 보간법(interpolation)과 같은 공지의 수학적 방법을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은 제작할 치과 보철물의 3D 모델이 이미 존재하는 상태에서 소결로에 의한 치과 보철물의 열처리를 설계하는 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터를 포함한 시스템에 관한 것이다. 본 시스템에서는, 제작하려는 치과 보철물의 정해진 기하학적 파라미터들 및 제작하려는 치과 보철물의 정해진 재료 파라미터들에 의존하여, 치과 보철물의 소결을 위한 온도 프로파일이 컴퓨터에 의해 자동으로 결정된다.

즉, 본 시스템은 전술한 방법의 수행을 가능하게 하되, 각각의 치과 보철물에 적합한 온도 프로파일이 기하학적 파라미터들 및 재료 파라미터들에 의존하여 컴퓨터에 의해 자동으로 결정된다.

본 시스템의 이점은 적합한 온도 프로파일의 수동 선택 시에 치과 의사 또는 치기공사와 같은 사용자에 의한 조작 오류가 방지된다는데 있다.

본 시스템은 바람직하게는 표시 장치를 포함할 수 있는데, 제작하려는 치과 보철물의 3D 모델이 표시 장치에 의해 그래픽으로 나타나되, 순면 측벽 두께 또는 교합 벽 두께와 관련된 정해진 한계치를 초과하는 3D 모델의 부분 영역들이 그래픽으로 표시될 수 있다.

예컨대 제1 온도 프로파일에 대한 벽 두께와 같은 기하학적 파라미터들을 충족하지 못하는 부분 영역들을 표시함으로써, 그 부분 영역들의 치수들 및 그에 따른 3D 모델의 필요한 적합화를 더욱 잘 평가하는 것이 사용자에게 가능하게 된다.

본 시스템은 바람직하게는 조작 수단을 포함할 수 있는데, 사용자가 표시된 부분 영역들을 조작 요소들을 사용하여 가상 공구에 의해 수동으로 순면 측벽 두께 또는 교합 벽 두께에 대한 6mm의 크기의 한계치 미만이 되도록 적합화시키거나, 표시된 부분 영역들이 컴퓨터에 의해 그와 같이 자동으로 적합화된다. 그럼으로써, 그 적합화된 3D 모델에 따라 제작하려는 치과 보철물에 대해 제2 온도 프로파일 대신에 제1 온도 프로파일에 의한 더 신속한 소결이 수행될 수 있다.

즉, 그러한 3D 모델의 적합화를 통해, 제2 온도 프로파일 대신에 제1 온도 프로파일에 의한 소결이 수행될 수 있고, 그에 따라 소결의 총 소요 시간이 단축된다.

본 시스템은 바람직하게는 메모리를 포함할 수 있는데, 그 메모리에 있는 데이터베이스에 저장된 다수의 온도 프로파일들로부터의 선택을 통해 적합한 온도 프로파일의 결정이 이뤄진다.

적합한 온도 프로파일의 결정은 바람직하게는 컴퓨터에 의한 개별 온도 프로파일의 산출을 통해 수행될 수 있는데, 그 개개의 온도 프로파일은 제작하려는 치과 보철물의 기하학적 파라미터들 및/또는 재료 파라미터들을 고려하여 개별적으로 계산된다.

본 발명을 첨부 도면들에 의거하여 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 본 발명의 방법을 도면으로 설명하기 위한 개요도이고,
도 2는 영역들이 표시되어 있는 치과 보철물의 3D 모델을 나타낸 도면이며,
도 3은 소결을 수행하기 위한 다수의 온도 프로파일을 나타낸 도면이다.

도 1은 소결로(2)에 의한 치과 보철물(1)의 열처리를 설계하는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 개요도를 나타낸 것이다. 여기서, 소결로는 연소실(5) 내부의 온도를 조절하기 위해 단열 요소들(3) 및 가열 요소들(4)을 포함한다. 소결, 결정화, 또는 글레이징과 같은 치과 보철물(1)의 열처리는 제1 단계에서 가열 요소들(4)에 의해 연소실(5)을 가열함으로써 수행된다. 정해진 장입 온도, 예컨대 300에 도달하면, 제2 단계에서 베이스(6)를 하단 위치(7)로 이동시킴으로써 연소실(5)을 개방한다. 제3 단계에서, 치과 의사 또는 치기공사와 같은 사용자는 소결할 치과 보철물(1)을 베이스(6) 상에 위치시킨다. 제4 단계에서, 화살표 (8)로 나타낸 바와 같이 베이스를 다시 상단 위치로 이동시킴으로써 연소실을 다시 폐쇄한다. 제5 단계에서, 가열 요소들(4)에 의해 연소실(5)을 유지 온도로 더 가열하고, 그 유지 온도를 정해진 유지 시간의 소요 시간 동안 유지시킨다. 이어서, 제6 단계에서, 냉각 스테이지를 수행한다. 냉각 스테이지는 예컨대 가열 요소들을 끔으로써 또는 추가로 베이스를 하단 위치(7)로 이동시켜 연소실(5)을 개방함으로써 이뤄진다.

열처리를 설계하는 본 방법을 수행함에 있어서는, 치과 보철물(1)의 3D 모델(9)이 이미 존재한다. 즉, 따라서 치과 보철물의 구성이 이미 완료된 상태이다. 그러한 3D 모델(9)은 모니터와 같은 표시 장치(39)에 의해 그래픽으로 나타내진다. 치과 보철물(1)의 3D 모델(9)은 측벽 두께(10), 교합 벽 두께(11), 점선으로 나타낸 최대 횡단면(12), 및 치과 보철물(1)의 총 체적(13)과 같은 정해진 기하학적 파라미터들을 갖는다. 또한, 제작하려는 치과 보철물을 어떤 재료로 제작할 것인지가 구성 시에 이미 정해져 있다. 재료로서는, 예컨대 이산화 지르코늄, 산화 알루미늄과 같은 산화물 세라믹들, CoCrMo 합금과 같은 비귀금속 합금들이 사용될 수 있다. 치과 보철물(1)의 최대 횡단면(12)은 예컨대 치과 보철물의 대칭축에 해당할 수 있는 치축(14)에 수직하게 결정될 수 있다. 측벽 두께(10)는 예컨대 치과 보철물의 순면 영역에서 또는 협면 영역에서 치축(14)에 수직하게 산출될 수 있다. 교합 벽 두께(11)는 예컨대 3D 모델(9)의 교합면(15) 상에서 치축(14)에 평행하게 산출될 수 있다. 기하학적 파라미터들 및 선택된 재료의 재료 파라미터들을 사용하여, 적합한 온도 프로파일(16)이 컴퓨터(17)에 의해 자동으로 산출된다.

컴퓨터(17)는 예컨대 마이크로컴퓨터, 마이크로 칩, 또는 종래의 PC일 수 있다. 컴퓨터(17)는 소결로(2)의 밖에 외적으로 배치될 수 있다. 대안적으로, 표시 장치(39)가 달린 컴퓨터(17)가 소결로(2)에 통합될 수도 있다.

온도 프로파일(16)은 시간(18)에 따른 온도(17)의 그래프로 나타내진다. 제1 스테이지(19)에서 연소실(5)을 제1 가열 속도로 전처리 건조(pre-drying) 온도(20)로 가열하고, 제 2 스테이지(21)에서 전처리 건조 온도를 제1 유지 시간 동안 유지시키며, 제3 스테이지(22)에서 연소실(5)의 온도를 예컨대 300의 크기의 장입 온도로 가열한다. 제4 스테이지에서는, 소결할 치과 보철물(1)을 연소실(5)에 장입하므로, 온도가 약간 하강한다. 제5 스테이지(23)에서, 연소실(5)의 온도를 제2 가열 속도로 제2 유지 온도(24)까지 올린다. 제6 스테이지(25)에서, 가열 요소들(4)을 제어하여 유지 온도(24)를 정해진 가열 시간의 소요 시간 동안 유지시킨다. 제7 스테이지(26)에서, 치과 보철물(1)의 냉각을 수행한다. 즉, 기하학적 파라미터들, 특히 최대 측벽 두께(10), 최대 교합 벽 두께(11), 및 최대 횡단면(12)에 의존하여, 그리고 선택된 재료의 재료 파라미터들에 의존하여, 컴퓨터(17)에 의해 적합한 온도 프로파일(16)이 결정된다. 이때, 특히 가열 스테이지들(19, 23)에 대한 가열 속도들과, 스테이지들(21, 25)의 유지 온도들(20, 24) 및 유지 시간들이 정해진다.

이어서, 소위 개연성 검사(plausibility check) 시에 치과 보철물(1)의 구성된 3D 모델(9)이 측벽 두께 또는 교합 벽 두께와 같은 기하학적 파라미터들에 관한 정해진 요건을 충족하는지 여부를 확인할 수 있다. 이때, 기하학적 파라미터들의 정해진 한계치들을 충족하지 못하는, 점선으로 나타낸 부분 영역들(27, 28)이 표시될 수 있다. 예컨대, 교합 벽 두께와 관련된 6 mm의 한계치를 초과하는 부분 영역들(27, 28)이 표시될 수 있다. 이어서, 그 표시된 부분 영역들(27, 28)을 기하학적 파라미터들과 관련된 한계치들을 충족하도록 사용자가 커서와 같은 가상 공구(29)를 사용하여 수동으로 변형시킬 수 있거나, 아니면 그 표시된 부분 영역들(27, 28)이 컴퓨터(17)에 의해 자동으로 그와 같이 변형될 수 있다. 가상 공구(29)의 제어는 키보드(30) 및 마우스(31)와 같은 연결된 입력 수단에 의해 이뤄질 수 있다. 그와 같이 3D 모델을 적합화시키거나 변형시킴으로써, 점선으로 나타낸 적합화된 3D 모델(32)이 생성된다. 이어서, 그 적합화된 3D 모델을 기반으로 하여, CAM 가공 기계(33)에 의해 블랭크(34)로부터 소결할 치과 보철물(1)을 전자동으로 가공한다. 소결할 치과 보철물(1)의 제작 후에, 전술한 바와 같이 소결로(6)에 의해 소결을 수행한다.

즉, 본 방법의 이점은 CAM 가공 기계(33)에 의한 치과 보철물의 제작 전에 및 소결로(2)에 의한 치과 보철물(1)의 소결 전에 이미 적합한 온도 프로파일(16)의 결정과 3D 모델(9)의 개연성 검사 및 가능한 적합화가 이뤄질 수 있다는데 있다.

이때, 적합한 온도 프로파일(16)의 결정은 예컨대 메모리(35)에 저장된 다수의 온도 프로파일들로부터의 선택을 통해 수행될 수 있다. 그러한 메모리(35)는 컴퓨터(17)에 통합된다. 대안적으로, 소결로(2)에 통합된 제2 메모리(36)에 온도 프로파일들이 저장될 수도 있다.

적합한 온도 프로파일의 결정은 컴퓨터(17)에 의해 계산되는 개별 온도 프로파일의 산출을 통해 수행될 수도 있다.

본 열처리 설계 방법은 소결을 시작하기 전에 다수의 치과 보철물들 및 다수의 열처리들에 대해 수행될 수도 있다. 이때, 다수의 오더들을 포함하는 오더 일람표(order overview)를 작성할 수 있다. 여기서, 하나의 오더는 환자의 이름, 전부 치관, 부분 치관, 또는 브리지와 같은 치과 보철물의 종류, 치과 보철물의 제작 재료, 소결, 결정화, 또는 글레이징과 같은 열처리의 종류, 및 적합한 온도 프로파일의 유형 등의 특성 데이터를 포함할 수 있다. 그러한 특성 데이터를 갖는 오더들이 예컨대 소결로(2)에 통합된 디스플레이(37)에 의해 지시될 수 있다. 대안적으로, 특성 데이터를 갖는 오더들이 표시 장치(39)에 의해 지시될 수도 있다. 사용자는 소결을 수행하기 전에 조작 패널(38)에 의해 각각의 오더를 그에 속한 온도 경과와 함께 선택할 수 있다. 즉, 이어서, 소결이 적합한 온도 프로파일에 의해 자동으로 수행된다.

도 2는 도 1의 치과 보철물(1)의 3D 모델(9)을 나타낸 것으로, 교합 벽 두께와 관련된 예컨대 6 mm의 한계치를 초과하는 영역들(27, 28)이 표시되어 있다.

점선으로 나타낸 3D 모델(9)의 적합화 또는 변형 후에, 적합화된 3D 모델(32)이 생성된다. 그리고 나서, 적합화된 3D 모델(32)을 기반으로 하여, 도 1의 CAM 가공 기계(33)에 의해 치과 보철물(1)을 가공한다.

도 3은 소결을 수행하기 위한 다수의 온도 프로파일들을 나타낸 것으로, 분(min) 단위의 시간(18)에 따른 단위의 온도(17)가 기입되어 있다. 제1 온도 프로파일(40)은 100/분의 크기의 가열 속도(41), 1580의 크기의 유지 온도(42), 및 6분의 크기의 유지 시간(43)을 갖는다. 제2 온도 프로파일(44)은 100/분의 크기의 가열 속도(45), 1510의 크기의 유지 온도(46), 및 30분의 크기의 유지 시간(47)을 갖는다. 일점 쇄선으로 나타낸 제3 온도 프로파일(48)은 25/분의 크기의 가열 속도(49), 1510의 크기의 유지 온도(50), 및 120분의 유지 시간(51)을 갖는다. 점선으로 나타낸 제4 온도 프로파일(52)은 온도를 전처리 건조 온도(54)로 가열하여 20분 동안 유시시키는 전처리 건조 스테이지(53)를 갖는다. 이어서, 100/분의 크기의 가열 속도(55)로 1510의 크기의 유지 온도(56)까지 가열하는 가열 스테이지를 수행한다. 이어서, 그 유지 온도(56)를 30분의 유지 시간(57)의 소요 시간 동안 유지시키는데, 그에 뒤이어 냉각 스테이지를 수행한다. 제5 온도 프로파일(58)은 300/분의 크기의 가열 속도(59), 1580의 크기의 유지 온도(60), 및 6분의 크기의 유지 시간(61)을 갖는다.

제1 온도 프로파일(40)은 특히 예컨대 6 mm 미만의 얇은 벽 두께 및 작은 총 체적을 갖는 소형의 치과 보철물에 적합한 것으로, 높은 가열 속도(41) 및 6분의 작은 유지 시간(43)이 짧은 소결 소요 시간을 가능하게 한다. 제2 온도 프로파일(44)은 6 mm를 넘는 최대 벽 두께를 갖고 최대 6개의 개별 치아들로 이뤄진 중형 크기의 치과 보철물에 적합하다. 제3 온도 프로파일(48)은 6개를 넘는 차이들로 이뤄진 브리지와 같은 대형 치과 보철물에 적합하다. 제4 온도 프로파일(52)은 소결 전에 전처리 건조를 필요로 하는 재료들에 적합하다.

즉, 도 1 및 도 2의 3D 모델(9)을 정해진 온도 프로파일에 대한 요건 또는 한계치가 충족되도록 사용자에 의해 또는 컴퓨터에 의해 자동으로 변형시킬 수 있다. 도 2에는, 교합 벽 두께(11)가 6 mm의 크기의 한계치를 초과하지 않도록 3D 모델(9)을 적합화시키는 것이 도시되어 있다. 즉, 그럼으로써, 적합화된 3D 모델(32)에 따라 제작될 치과 보철물(1)에 대해, 제2 온도 프로파일(44) 대신에 제1 온도 프로파일(40)에 의한 소결이 수행될 수 있다. 따라서 그러한 적합화의 이점은 소결의 소요 시간이 단축된다는데 있다.

1: 치과 보철물
2: 소결로
3: 단열 요소
4: 가열 요소
5: 연소실
6: 베이스
7: 단부 위치
8: 화살표
9: 3D 모델
10: 측벽 두께
11: 교합 벽 두께
12: 횡단면
13: 총 체적
14: 치축
15: 교합면
16: 온도 프로파일
17: 컴퓨터
18: 시간
19: 제1 스테이지
20: 전처리 건조 온도
21: 제2 스테이지
22: 제3 스테이지
23: 제5 스테이지
24: 유지 온도
25: 제6 스테이지
26: 제7 스테이지
27: 부분 영역
28: 부분 영역
29: 가상 공구
30: 키보드
31: 마우스
32: 적합화된 3D 모델
33: CAM 가공 기계
34: 블랭크
35: 메모리
36: 제2 메모리
37: 디스플레이
38: 조작 패널
39: 표시 장치
40: 제1 온도 프로파일
41: 가열 속도
42: 유지 온도
43: 유지 시간
44: 제2 온도 프로파일
45: 가열 속도
46: 유지 온도
47: 유지 시간
48: 제3 온도 프로파일
49: 가열 속도
50: 유지 온도
51: 유지 시간
52: 제4 온도 프로파일
53: 전처리 건조 스테이지
54: 전처리 건조 온도
55: 가열 속도
56: 유지 온도
57: 유지 시간
58: 제5 온도 프로파일
59: 가열 속도
60: 유지 온도

Claims

제작할 치과 보철물(1)의 3D 모델(9)이 이미 존재하는 상태에서 상기 치과 보철물(1)의 열처리를 설계하는 방법에 있어서,
상기 제작하려는 치과 보철물(1)의 상기 3D 모델(9)의 정해진 기하학적 파라미터들(10, 11, 12, 13) 및 상기 제작하려는 치과 보철물(1)의 정해진 재료 파라미터들에 의존하여, 상기 열처리를 위한 온도 프로파일(16)을 컴퓨터(17)에 의해 자동으로 결정하되,
상기 치과 보철물(1)의 제작을 위해 선택되는 재료의 상기 재료 파라미터들은 열전도도, 열 충격 저항(thermal shock resistance), 최대 가열 속도, 및 재료의 상 전이(phase transition)에 대한 온도 한계치 중 하나 이상이고,
상기 3D 모델(9)의 기하학적 파라미터들(10, 11, 12, 13)은 최대 측벽 두께(lateral wall thickness)(10), 최대 교합 벽 두께(occlusal wall thickness)(11), 최대 교합 벽 두께(11)와 최대 측벽 두께(10)의 비, 상기 치과 보철물(1)의 최대 횡단면(12), 상기 치과 보철물(1)의 총 체적(13), 상기 치과 보철물(1)의 최대 총 길이, 및 상기 치과 보철물(1)의 횡단면 변화 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 최대 측벽 두께(10)가 증가하는 것, 상기 최대 교합 벽 두께(11)가 증가하는 것, 최대 부품 횡단면이 증가하는 것, 및 상기 치과 보철물(1)의 상기 총 체적(13)이 증가하는 것 중 하나 이상이 일어나면,
상기 온도 프로파일(16)의 가열 속도(41, 45, 49, 55, 59)가 낮아지는 것, 상기 온도 프로파일(16)의 유지 시간(43, 47, 51, 57)이 길어지는 것, 및 상기 온도 프로파일(16)의 유지 온도(42, 46, 50, 56, 60)가 낮아지는 것 중 하나 이상이 일어나도록 상기 온도 프로파일(16)을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 열전도도가 증가하는 것 및 열 충격 저항이 증가하는 것 중 하나 이상이 일어나면, 상기 온도 프로파일(16)의 가열 속도(41, 45, 49, 55, 59)가 높아지도록 상기 온도 프로파일(16)을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열처리는 소결(sintering), 결정화(crystallization), 소결과 글레이징(glazing)의 조합, 또는 결정화와 글레이징의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 치과 보철물(1)의 제작을 위해 선택되는 재료는 상기 제작하려는 치과 보철물(1)이 단일의 치아, 전부 치관, 부분 치관, 또는 인레이인 경우에 이산화 지르코늄(ZrO₂)이되, 상기 치과 보철물(1)의 총 체적(13)은 어금니의 체적 이하에 해당하고, 최대 측벽 두께(10) 및 최대 교합 벽 두께(11) 중 하나 이상은 6 mm의 한계치 미만이며, 소결을 위해 100℃/분 내지 400℃/분의 가열 속도(41), 1500℃ 내지 1600℃의 유지 온도(42), 및 5분 내지 10분의 유지 시간(43)을 갖는 제1 온도 프로파일(40)을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택되는 재료는 상기 제작하려는 치과 보철물이 최대 6개의 연결된 치아들로 이뤄진 브리지이거나 최대 6개의 개별 치아들로 구성되는 경우에 이산화 지르코늄(ZrO₂)이되, 소결을 위해 70℃/분 내지 200℃/분의 가열 속도(45), 1450℃ 내지 1550℃의 유지 온도(46), 및 20분 내지 40분(47)의 유지 시간을 갖는 제2 온도 프로파일(44)을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택되는 재료는 상기 제작하려는 치과 보철물이 6개보다 많은 개별 치아들을 포함하는 경우에 이산화 지르코늄(ZrO₂)이되, 소결을 위해 10℃/분 내지 70℃/분의 가열 속도(49), 1500℃ 내지 1600℃의 유지 온도(50), 및 100분 내지 140분의 유지 시간(51)을 갖는 제3 온도 프로파일(48)을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택되는 재료는 산화 알루미늄(Al₂O₃)이되, 소결을 위해 10℃/분 내지 70℃/분의 가열 속도(55), 1500℃ 내지 1600℃의 유지 온도(56), 및 100분 내지 140분의 유지 시간(57)을 갖는 제4 온도 프로파일(52)을 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제작하려는 치과 보철물(1)의 3D 모델(9)을 표시 장치(39)에 의해 그래픽으로 나타내되, 순면 측벽 두께 또는 교합 벽 두께(11)와 관련된 정해진 한계치를 초과하는 일정한 부분 영역들(27, 28) 의 3D 모델(9)을 그래픽으로 표시하는 것을 특징으로 하는 방법.
제작할 치과 보철물(1)의 3D 모델(9)이 이미 존재하는 상태에서 소결로(sintering furnace)(2)에 의한 상기 치과 보철물(1)의 열처리를 설계하는 방법을 수행하기 위한, 컴퓨터(17)를 포함한 시스템에 있어서,
상기 제작하려는 치과 보철물(1)의 상기 3D 모델(9)의 정해진 기하학적 파라미터들(10, 11, 12, 13) 및 상기 제작하려는 치과 보철물의 정해진 재료 파라미터들에 의존하여, 상기 치과 보철물(1)의 소결을 위한 온도 프로파일(16)이 상기 컴퓨터(17)에 의해 자동으로 결정되되,
상기 치과 보철물(1)의 제작을 위해 선택되는 재료의 상기 재료 파라미터들은 열전도도, 열 충격 저항, 최대 가열 속도, 및 재료의 상 전이에 대한 온도 한계치 중 하나 이상이고,
상기 3D 모델(9)의 기하학적 파라미터들(10, 11, 12, 13)은 최대 측벽 두께(lateral wall thickness)(10), 최대 교합 벽 두께(occlusal wall thickness)(11), 최대 교합 벽 두께(11)와 최대 측벽 두께(10)의 비, 상기 치과 보철물(1)의 최대 횡단면(12), 상기 치과 보철물(1)의 총 체적(13), 상기 치과 보철물(1)의 최대 총 길이, 및 상기 치과 보철물(1)의 횡단면 변화 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 시스템은 표시 장치(39)를 포함하되, 상기 제작하려는 치과 보철물(1)의 3D 모델(9)이 상기 표시 장치(39)에 의해 그래픽으로 나타나고, 순면 측벽 두께 또는 교합 벽 두께와 관련된 정해진 한계치를 초과하는 상기 3D 모델(9)의 부분 영역들(27, 28)이 그래픽으로 표시되는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 시스템은 조작 수단(30, 31)을 포함하되, 사용자가 상기 표시된 부분 영역들(27, 28)을 상기 조작 수단(30, 31)을 사용하여 가상 공구(29)에 의해 수동으로 상기 순면 측벽 두께 또는 상기 교합 벽 두께(11)에 대한 한계치 미만이 되도록 적합화시키거나, 상기 표시된 부분 영역들(27, 28)이 상기 컴퓨터(17)에 의해 그와 같이 자동으로 적합화되고, 그에 따라 그와 같이 적합화된 3D 모델(9, 32)에 따라 제작하려는 상기 교합 벽 두께(11)에 대해 제2 온도 프로파일(16) 대신에 제1 온도 프로파일(16)에 의해 소결이 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
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