KR102084570B1 - 틀니의 제조방법 및 그에 의해 제조된 틀니 - Google Patents

Abstract

구강 내 3차원 스캐닝 데이터 정보를 획득하는 스캔 단계; 상기 스캔 단계에서 획득한 3차원 스캐닝 데이터 정보를 활용하여 금속 프레임워크, 인공 잇몸부 및 인공 치아 각각을 3차원 설계하는 설계 단계; 상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 금속 프레임워크를 제작하는 단계; 상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 금속 프레임워크 위에 상기 인공 잇몸부를 오버 프린팅하여 상기 인공 잇몸부를 제작하는 단계; 상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 인공 잇몸부 위에 상기 인공 치아를 부착하는 단계;를 포함하는, 틀니의 제조방법을 개시한다.

Description

틀니의 제조방법 및 그에 의해 제조된 틀니 {Method of producing dentures and dentures produced thereby}

본 발명은 틀니의 제조방법 및 그에 의해 제조된 틀니에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 환자의 구강 내 스캐닝 데이터 정보에 기초하여 기 제작된 금속 프레임워크 위에 광 경화성 수지 재질의 인공 잇몸부 및/또는 인공 치아를 직접 오버 프린팅(over-printing)하는 방식으로 틀니를 제조하는 방법 및 그에 의해 제조된 틀니에 관한 것이다.

일반적으로, 틀니(denture)는 의치라고도 하며, 자연 치아가 빠졌을 때 결손된 치아의 모양과 기능을 인공적으로 회복시켜주는 구강 내 인공 삽입물이다.

자연 치아가 상실된 상태로 방치될 경우 결손된 치아의 인접 치아 및 대합 치아의 치열 뒤틀림으로 인한 안면 형상의 변형이 초래되며, 저작 기능이 저하되어 일상생활에 불편함이 가중된다. 더욱이, 자연치아의 상실 상태가 장기간 지속되는 경우 결손된 치아를 둘러싸고 있던 치조골이 체내로 흡수되어 보철물의 설치가 어려워지는 문제점이 있다.

따라서, 저작 기능과 함께 환자의 심미적 만족도를 고려하여 구강 내부에 상기 틀니와 같은 인공 삽입물이 구비되며, 결손된 치아의 개수에 따라 부분 틀니 또는 완전 틀니로 구분된다.

종래의 틀니는 다음과 같은 과정으로 제조된다.

먼저, 잔존 치조골과 치아의 형태에 적합하게 선정된 트레이의 내부에 인체에 무해한 졸 상태의 아가(agar), 알지네이트(alginate) 또는 실리콘(silicon rubber) 인상재를 채운다. 그리고, 졸 상태의 인상재가 채워진 트레이를 환자의 구강 내부에 위치하여 경화시켜 인상을 채득하며, 채득된 인상체에 졸 상태의 석고를 채워 경화를 시켜 잇몸과 치아 부위에 대한 석고모형이 제작된다.

한편, 상기의 석고인공 잇몸모형의 치아 결손부에 해당되는 부분에는 소정의 두께로 파라핀 왁스를 부착되어 환자의 구강 내부에 설치되며, 환자의 저작 감도에 따라 상기 파라핀의 두께가 조절되면서 인공 치아부의 높이가 설정된다.

이어서, 상기 인공 잇몸부에 대한 모형 및 설정된 인공 치아부의 높이에 대응하여 1차 틀니 모형이 제작되면 환자의 구강 내부에 재설치하여 저작시 편안함을 느낄 수 있는 높이로 미세 조절될 수 있으며, 이렇게 조절된 1차 틀니 모형을 기반으로 상기 틀니가 제조된다.

그러나, 이러한 종래의 틀니 제조방법은, 실질적으로 환자의 구강 내부에 대한 측정 및 조절 단계는 치과와 같은 시술자측에서 수행되지만 상기 틀니의 직접적인 제조는 치기공소와 같은 제조자측에서 수행되므로, 각 단계에서 제작되는 가공품이 시술자측과 제조자측으로 반복적으로 교차 이동된다. 또한, 상기 가공품 또는 틀니가 구강 내부에 적합하게 제작되었는지를 판단하기 위해 환자는 시술자측으로 반복적으로 방문하고 구강 내부에 직접 설치하여 조절해야 한다. 이로 인해, 상기 틀니를 제조하는데 장시간이 소요되며 환자가 시술자측으로 자주 방문함에 따른 불편함이 가중되었다.

한편, 이러한 불편함의 일부를 해소하고자 환자의 구강 내부를 구강 내 스캐너로 스캐닝하여 획득된 이미지를 기반으로 상기 틀니를 설계 및 제조하는 기술이 일부 개시되었다.

그 중에서, 구강 내부에 고정시 저작 및 교합 압력에 대응하여 요구되는 강도를 만족하기 위하여 인공 잇몸부가 금속 재질의 메탈 프레임으로 제조되고, 그 메탈 프레임이 환자의 구강 내부를 구강 스캐너로 스캐닝하여 획득된 이미지를 기반으로 설계 및 제작되는 기술이 특허문헌 1에 개시되어 있다.

특허문헌 1에는, 메탈 프레임(2210)과, 그 상부에 인공치아부(2220)가 결합되어 제조되는 틀니(2200)가 개시되어 있다. 이러한 틀니의 평면도 및 단면도에 해당되는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 금속 재질로 제조되는 상기 메탈 프레임이 구강 내 실제 치주 조직, 즉 잇몸부의 색상과 대응하도록 상기 메탈 프레임(2210)의 표면에 프라이머층(p1), 발색층(p2) 및 표면코팅층(p3)이 순차적으로 적층된다.

그러나, 인공 잇몸부를 금속 재질로 제조하고, 그 표면을 잇몸부의 색상에 대응하는 색상으로 코팅함으로써, 기계적 강도를 확보하면서 심미감을 개선하는 효과가 있을 수 있겠지만, 금속 재질의 잇몸부를 사용함으로써 환자의 구강 내 착용시 불편함이 가중될 수 있는 문제점이 있다.

한편, 특허문헌 2에는 동종 또는 이종 재질로 제조되는 픽스처, 힐링 어버트먼트, 및 상부보철물로 이루어지는 치과용 임플란트 보철물을 제조할 때, 상부보철물만을 (금속) 3D 프린터로 제조하여 활용하는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 선행기술들을 활용하더라도 3D 프린터로 일부 구성품을 제조함으로써 제조의 편의성이나 제조 시간의 단축 등 일부 효과가 생기기는 하지만, 이러한 구성품과 다른 방식으로 별도로 제조되는 다른 구성품들과의 결합 또는 접합 공정은 그대로 필요하다는 한계가 있다.

한국 등록특허공보 제10-1957204호 한국 등록특허공보 제10-1539089호

본 발명은 위와 같은 종래기술에서의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 환자의 구강 내 스캐닝 데이터 정보에 기초하여 기 제작된 금속 프레임워크 위에 광 경화성 수지 재질의 인공 잇몸부 및/또는 인공 치아를 직접 오버 프린팅(over-printing)하는 방식으로 틀니를 제조함으로써 틀니 제조 공정을 단순화하고, 제조/테스트 시간 등을 획기적으로 줄일 수 있는 틀니의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 환자의 구강 내 스캐닝 데이터 정보에 기초하여 금속 프레임워크, 인공 잇몸부 및/또는 인공 치아를 3차원 설계하고 그 설계 정보를 활용하여 틀니를 제조함으로써, 틀니 제조 공정을 단순화하고, 제조/테스트 시간 등을 단축할 수 있을 뿐 아니라, 환자의 치과 병원 등에의 내원 부담을 획기적으로 줄일 수 있는 틀니의 제조방법 및 그에 의해 제조된 틀니를 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 틀니의 제조방법은, 금속 프레임워크 위에 오버 프린팅하여 인공 잇몸부를 제작하는 단계;를 포함하고, 상기 인공 잇몸부를 제작하는 단계는, 오버 프린팅에 필요한 프로젝션 방향과 각 방향별 프로젝션 이미지를 추출하되, 2개 이상의 방향에서 동시에 각각 다른 프로젝션 이미지를 프로젝션하고, 각각 프로젝션된 이미지들이 경화시키려는 영역에서 중첩되어 경화하려는 형상에 맞는 광 세기 분포를 만들도록 추출하는 추출 단계; 투명 용기에 상기 금속 프레임워크를 장착하는 장착 단계; 상기 금속 프레임워크와의 상대적인 각도를 조정하여 상기 추출 단계에서 추출한 프로젝션 방향에서의 프로젝션 이미지를 투사하는 투사 단계; 및 상기 투사 단계 이후 다음 프로젝션 방향으로 각도를 변경하고 그 프로젝션 방향에서의 프로젝션 이미지를 투사하는 과정을 최종 프로젝션 방향까지 단계적으로 반복하는 반복 투사 단계;를 포함하고, 상기 프로젝션 방향은 상기 금속 프레임워크를 중심으로 하는 구면좌표계에서 고도각과 방위각을 변경하여 단계적으로 변화 가능하도록 설정한다.

또한, 상기 실시예에서, 구강 내 3차원 스캐닝 데이터 정보를 획득하는 스캔 단계; 상기 스캔 단계에서 획득한 3차원 스캐닝 데이터 정보를 활용하여 금속 프레임워크, 인공 잇몸부 및 인공 치아 각각을 3차원 설계하는 설계 단계; 상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 금속 프레임워크를 제작하는 단계; 상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 인공 잇몸부 위에 상기 인공 치아를 부착하는 단계;를 더 포함하고, 상기 인공 잇몸부를 제작하는 단계는 상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 금속 프레임워크 위에 상기 인공 잇몸부를 오버 프린팅하는 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 실시예에서, 상기 금속 프레임워크를 제작하는 단계는, 3D 금속 프린터를 이용하여 상기 금속 프레임워크를 제작하는 단계인 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시예에서, 상기 금속 프레임워크의 기준점 위치를 확인하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시예에서, 상기 추출 단계는, 하나의 프로젝터로부터의 광을 분할하고 경로를 굴절시킴으로써 경화시키려고 하는 영역에서 중첩 영역을 형성하도록 추출하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시예에서, 상기 인공 잇몸부의 적어도 표면부를 착색하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시예에서, 상기 인공 치아를 부착하는 단계는, 상기 인공 잇몸부 위에 상기 인공 치아를 오버 프린팅하는 단계인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 틀니는, 위와 같은 실시예 중의 어느 하나의 실시예에 따른 틀니의 제조방법에 의하여 제조된다.

또한, 상기 실시예에서, 상기 금속 프레임워크는 오목한 표면을 포함할 수 있다.

위와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 틀니의 제조방법을 사용하면, 환자의 구강 내 스캐닝 데이터 정보에 기초하여 기 제작된 금속 프레임워크 위에 광 경화성 수지 재질의 인공 잇몸부 및/또는 인공 치아를 직접 오버 프린팅(over-printing)하는 방식으로 틀니를 제조함으로써 틀니 제조 공정을 단순화하고, 제조/테스트 시간 등을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 환자의 구강 내 스캐닝 데이터 정보에 기초하여 금속 프레임워크, 인공 잇몸부 및/또는 인공 치아를 3차원 설계하고 그 설계 정보를 활용하여 틀니를 제조함으로써, 틀니 제조 공정을 단순화하고, 제조/테스트 시간 등을 단축할 수 있을 뿐 아니라, 환자의 치과 병원 등에의 내원 부담을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 틀니의 평면도,
도 2는 종래 기술에 따른 틀니의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조 가능한 틀니의 예시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 틀니의 제조방법에 대한 플로우차트,
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 사용 가능한 3D 오버 프린팅 장치의 개념도,
도 6는 도 5에서 기존 구조물의 지지 상태를 나타내는 확대도,
도 7은 구면좌표계 상에서 고도각(polar angle,

)과 방위각 (azimuthal angle, θ), 두 방향 각도로 표시되는 프로젝션 방향의 예시적 설명도,
도 8는 3개의 방향에서 프로젝션된 광의 중첩 부분이 경화되도록 설계된 예시적 설명도,
도 9는 2개의 서브 프로젝터를 사용하여 2방향에서의 프로젝션의 중첩으로 오목한 기존 구조물(M)의 표면에 원하는 오버 프린팅 형상을 얻을 수 있도록 하는 예시적 설명도,
도 10은 하나의 프로젝터로부터의 광 경로 상에 빔 블록 및 미러를 설치하여 중첩된 영역을 형성하는 예시적 설명도,
도 11은 투명 용기 외측의 광 경로 상에 유리판이 설치된 상태의 확대도이다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 틀니의 제조방법에 의하여 제조될 수 있는 틀니를 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3에 예시한 (부분) 틀니는, 금속으로 제조되는 프레임워크(100), 상기 프레임워크(100) 위에 결합 형성되는 광 경화성 수지로 제작되는 인공 잇몸부(200), 및 상기 인공 잇몸부(200) 위에 결합 형성되는 광 경화성 수지 등으로 제작되는 인공 치아(300; 의치)를 포함한다.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 틀니의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 틀니의 제조방법을 도시한 플로우차트이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 틀니의 제조방법은 도 4에 도시한 바와 같이, 구강 내 3차원 스캐닝 데이터 정보 획득 단계(S10), 틀니의 각 구성요소 3차원 설계 단계(S20), 금속 프레임워크 제작 단계(S30), 금속 프레임워크 위에 인공 잇몸부 오버 프린팅 단계(S40), 인공 치아 부착 단계(S50)를 포함한다.

상기 구강 내 3차원 스캐닝 데이터 정보 획득 단계(S10)는, 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 널리 알려져 있는 다양한 형태 및 방식의 구강 내 스캐너 등을 활용하여 틀니를 필요로 하는 환자의 구강 내 3차원 스캐닝 데이터 정보를 획득하는 단계로서, 이에 대해서는 현재까지 널리 알려져 있는 다양한 기술을 활용하는 것이 가능하므로 상세한 설명은 생략한다.

다음으로 틀니의 각 구성요소 3차원 설계 단계(S20)는, 도 3에 도시된 바와 같은 틀니를 구성하는 구성요소들인 금속 프레임워크(100), 인공 잇몸부(200) 및 인공 치아(300) 각각에 대하여, 상기 단계 S10에서 획득한 3차원 스캐닝 데이터 정보를 활용하여 3차원 설계하는 단계이다.

이러한 설계 단계(S20)는 현재 상업용으로 판매되고 있는 ‘DENTAL CAD’ 등과 같은 프로그램상에서 수행될 수 있고, 상기 단계 S10에서 획득한 3차원 스캐닝 데이터 정보를 로딩한 후, 그 로딩 이미지 테이터 상에서 틀니가 필요한 부분에 금속 프레임워크(100), 인공 잇몸부(200) 및 인공 치아(300) 각각을 순차적으로 설치해 보면서 나머지 정상 치아들과의 교합 상태 등에 대하여 시뮬레이션 등을 통하여 정밀하게 3차원으로 설계할 수 있다.

위와 같은 3차원 설계 단계(S20) 역시 본 기술분야에서 통상의 기술자에게 알려져 있는 다양한 CAD 프로그램을 사용하여 수행할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이 경우, 각각의 구성요소들인 금속 프레임워크(100), 인공 잇몸부(200) 및 인공 치아(300) 등은 데이터 베이스 또는 라이브러리에 기 저장된 표준화된 형상 데이터 또는 기 등록된 형상 데이터를 불러와서 환자의 특성에 맞게 수정하면서 설계에 활용할 수 있고, 설계 완료된 형상 데이터 등도 데이터 베이스 또는 라이브러리에 저장해 두면 향후에 쉽고 빠르게 설계에 활용할 수 있게 된다.

다음으로 상기 금속 프레임워크 제작 단계(S30)는, 상기 설계 단계(S20)에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 금속 프레임워크를 제작하는 단계로서, 현재까지 알려진 다양한 제조 방법을 활용할 수 있지만, 3D 금속 프린터를 이용하여 상기 금속 프레임워크(100)를 제작하는 것이 제작의 편의성이나 제조 시간의 단축 가능성 등을 고려할 때 바람직하다.

다음으로 상기 금속 프레임워크 위에 인공 잇몸부 오버 프린팅 단계(S40)는, 상기 설계 단계(S20)에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 금속 프레임워크(100) 위에 상기 인공 잇몸부(200)를 오버 프린팅하여 상기 인공 잇몸부(200)를 제작하는 단계이다.

이하에서는 금속 프레임워크(100) 상에 인공 잇몸부(200)를 오버 프린팅하기 위한 장치 및 방법에 대하여 일 실시예를 통해 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용 가능한 3D 오버 프린팅 장치의 개념도, 도 6은 도 5에서 기존 구조물(금속 프레임워크)의 지지 상태를 예시적으로 나타내는 확대도이다.

본 발명에서 사용 가능한 3D 오버 프린팅 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 회전 스테이지(10); 상기 회전 스테이지에 제거 가능하게 장착되고 그 내부에 기존 구조물을 고정 지지하고 상기 기존 구조물 위에 오버 프린팅되는 광 경화성 물질을 수용하는 투명 용기(20); 상기 회전 스테이지(10) 및 투명 용기(20)를 선형적으로 이동시키는 선형 스테이지(30); 2개 이상의 방향에서 동시에 각각 다르게 프로젝션된 이미지들이 경화시키려고 하는 영역에서 중첩되어 경화하려는 형상에 맞는 광 세기 분포를 만들도록 상기 광 경화성 물질을 향하여 광을 프로젝션하는 프로젝터(40); 상기 기존 구조물의 기준점 위치를 확인하기 위한 위치 확인 센서(50); 및 상기 회전 스테이지(10), 선형 스테이지(30), 프로젝터(40), 및 위치 확인 센서(50)와 연결되어 오버 프린팅 작업을 제어하는 제어장치(60);를 포함한다.

상기 회전 스테이지(10)는 하단의 고정수단에 장착되는 피회전체(투명 용기)를 필요에 따라 다양한 방식으로, 예를 들어 회전축을 중심으로 일정한 각도씩 일정한 주기로 단계적으로, 회전시키기 위한 구성요소이다.

상기 회전 스테이지(10)에 장착되어 회전될 수 있는 투명 용기(20)는 광학적으로 투명한 재질로 제작되고, 예를 들어 자외선 또는 청색광에 의해 광 경화될 수 있는 투명한 재질의 물질을 수용한다.

상기 투명 용기(20)는 외부로부터의 프로젝션 광이 투과되는 재질로 이루어진 단독의 내부 용기(21)만으로 이루어지거나, 또는 상기 내부 용기(21)를 내부에 수용하고 인덱스 매칭(index matching) 물질이 들어 있는 외부 용기(23)를 포함하는 이중 구조의 용기일 수 있다.

도 5에서는 내부 용기(21)는 원통형으로, 외부 용기(23)는 구형으로 도시되어 있지만, 상기 투명 용기(20)는 원통형, 구형 또는 각기둥형 등 다양한 형상으로 제조되어 사용될 수 있다.

외부 표면의 적어도 일부 위에 이종 재질의 오버 프린팅이 필요한 기존 구조물, 즉 상기 금속 프레임워크(100)는 오목 또는 볼록한 형상이 조합된 복잡한 형상의 구조물일 수 있다.

상기 금속 프레임워크(100)는 그 위에 광 경화 접착 또는 결합되는 물질과의 접합력을 증가시키기 위해 표면을 거칠게 제작하는 것이 바람직하며, 그 수단으로 화학적 에칭, 샌드 블라스팅(sand blasting), 레이저 표면처리 등의 다양한 방법을 사용할 수 있다.

한편, 상기 기존 구조물(M)은 도 6에 상세히 도시된 바와 같이 상기 내부 용기(21)의 고정기구부(25)에 매달려 지지되기 위한 지지부(M0), 및 상대적인 위치 정보를 확인하기 위한 복수개의 기준점(M1, M2, M3)을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 기준점(M1, M2, M3)은 상기 기존 구조물(M)의 형상에 따라 필요에 따라 2개 이상을 사용할 수 있고, 상대적인 위치 정보를 확인하기 위한 다양한 방식의 기준점이 활용될 수 있다.

상기 기준점(M1, M2, M3)은 기존 구조물(M)을 제작할 때 그 기존 구조물(M)의 형상을 기초로 하여 카메라나 다른 위치 센서로 찾기 용이하게 미리 형상과 위치를 정하여 제작하는 것이 바람직하다. 상기 지지부(M0) 역시 상기 기존 구조물(M)의 형상을 기초로 하여, 상기 투명 용기(20) 내에 매달려 지지된 상태에서 상기 기존 구조물(M) 위에 원하는 광 경화성 물질이 오버 코팅되기 최적의 방향과 위치를 설정하여 제작하는 것이 바람직하다.

상기 설계 단계(S20) 및 상기 제작 단계(S30)에서 상기 금속 프레임워크(100)의 설계시에 상기 지지부(M0), 및 복수의 기준점(M1, M2, M3) 정보가 설계에 반영되고, 그에 따라 동시에 제작되는 것이 바람직하다.

상기 선형 스테이지(30)는 상기 회전 스테이지(10) 및 이에 장착되는 투명 용기(20)를 도 5에 도시된 상하 방향 (상기 회전 스테이지(10)의 회전축 방향), 좌우 방향, 및 지면에 수직한 방향 등으로 선형 이동시키기 위한 구성으로, 필요에 따라 상기 투명 용기(20)를 프린팅 장치 내부로 세팅하거나 외부로 배출할 수 있다면 다양한 구조가 채택될 수 있다.

상기 프로젝터(40)는 상기 투명 용기(20)에 수용된 광 경화성 물질에 경화에 필요한 광 소스를 제공하기 위한 구성 요소로, 디지털 광 프로세싱 프로젝터(DLP projector) 또는 다른 이미지 생성 광학 시스템 중의 어느 하나를 사용할 수 있다. 상기 프로젝터(40)는 타겟인 광 경화성 물질을 향하여 1D 또는 2D 광학 이미지 또는 프로젝션을 만들 수 있으면 어떠한 방식의 광학 시스템이어도 무방하다.

상기 프로젝터(40)는 2개 이상의 방향에서 동시에 각각 다른 1D 또는 2D 이미지를 프로젝션할 수 있도록 2개 이상의 서브 프로젝터(41, 43)를 포함할 수 있다. 각각의 서브 프로젝터(41, 43)에서 프로젝션된 이미지들이 경화시키려는 영역에서 중첩되어 경화하려는 형상에 맞는 광 세기 분포를 만들도록 각각의 서브 프로젝터(41, 43)의 위치가 적절하게 설정된다.

한편, 각각의 서브 프로젝터(41, 43)의 광 프로젝션 방향은, 도 7에 예시적으로 도시된 바와 같이, 상기 투명 용기(20) 내의 기존 구조물(M)을 중심으로 하는 구면좌표계 상에서 상기 기존 구조물(M)의 기준 방향 (일반적으로는 수직 방향)에 대해 고도각(polar angle,

)과 방위각 (azimuthal angle, θ), 두 방향 각도를 변경하여 변화시킬 수 있도록, 상기 각각의 서브 프로젝터(41, 43)와 기존 구조물(M)을 포함하는 투명 용기(21)는 각각 회전 가능하게 설치되어야 한다. 이에 따라 각각의 서브 프로젝터(41, 43)의 프로젝션 방향은 기존 구조물(M)의 기준 방향에 대해 구면좌표계의 고도각 및 방위각으로 표시할 수 있게 된다.

도 9는 2개의 서브 프로젝터를 사용하여 2방향에서의 프로젝션의 중첩으로 오목한 기존 구조물(M)의 표면에 원하는 오버 프린팅 형상을 얻을 수 있도록 하는 예시적 설명도이다. 2개의 서브 프로젝터에서의 프로젝션 이미지 형상 #1, #2, 각 서브 프로젝터에서의 프로젝션 방향 및 프로젝션 광의 강도(Intensity)를 적절하게 설정함에 따라 이들 프로젝션 중첩 영역에 원하는 광 경화 영역이 형성되고, 이에 따라 오목한 표면을 갖는 기존 구조물(M)의 표면 위에도 원하는 오버 프린팅 형상을 얻을 수 있게 된다.

도 8은 3개의 방향에서 프로젝션된 광의 중첩 부분이 경화되도록 설계된 예시도로서, 3개의 서브 프로젝터가 서로 다른 3개의 프로젝션 방향, 및 프로젝션 이미지 형상 #1, #2, #3으로 설정되고, 각각 적절한 프로젝션 광의 강도(Intensity)를 갖도록 설정함으로써 복잡한 형상의 오버 프린팅 형상으로 경화시키고자 하는 영역을 경화시키는 예를 도시하고 있다.

이처럼 서브 프로젝터의 수를 증가시키면 더 복잡한 형상의 오버 프린팅도 효율적으로 가능해 질 수 있다. 그러나, 이 경우에는 각 서브 프로젝터의 각도 변경 등이 불필요하게 복잡해질 수 있으므로, 필요한 프로젝터의 수를 줄이기 위해 하나의 프로젝터에서 프로젝션되는 이미지를 분할하고 경로를 굴절시켜 중첩광을 얻도록 설계할 수도 있다. 도 10에는 하나의 프로젝터(41)로부터의 광 경로 상에 빔 블록(47) 및 미러(49)를 설치하여 중첩된 영역을 형성하는 예시도가 도시되어 있다.

한편, 원통형 또는 구형과 같은 투명 용기(20)를 사용할 경우 도 11에 상세히 도시된 바와 같이, 외부로부터의 프로젝션 광이 상기 투명 용기(20)를 통과할 때 평평한 면에 수직으로 입사될 수 있도록, 상기 투명 용기(20)의 외측 광 경로상에 각각의 프로젝터(41, 43)로부터의 프로젝션 방향에 맞게 양면이 평면과 오목면으로 구성된 유리판(45)을 각도 변경 가능하게 붙여 사용할 수 있다. 이때 상기 유리 판(45)과 상기 투명 용기(20) 사이에는 인덱스 매칭 물질을 도포하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 위치 확인 센서(50)는 상기 투명 용기(20) 내에 지지된 기존 구조물(M) 의 상기 위치 확인 센서(50) 또는 상기 프로젝터(40)와의 상대적인 위치를 정확하게 확인 설정하기 위한 구성요소로서, 상기 기존 구조물(M)에 미리 설정되어 있는 복수의 기준점(M1, M2, M3)을 찾아 등록할 수 있는 카메라 또는 다른 적절한 위치 센서일 수 있다.

상기 제어장치(60)는 상기 회전 스테이지(10), 선형 스테이지(30), 프로젝터(40), 및 위치 확인 센서(50)와 연결되어 오버 프린팅 작업을 제어하는 구성요소로서, 이들 각각의 구성요소들의 작동을 적절하게 제어할 수 있도록 설계되어야 한 다.

또한, 상기 제어장치(60)는 입력받은 오버 프린팅에 필요한 정보를, 특히 기 존 구조물이나 오버 프린팅되어야 할 형상 데이터, 기존 구조물의 지지부 및 기준 점 정보, 오버 프린팅할 재질의 특성 등을 이용하여 프로젝션 방향과 각 방향별 프 로젝션 이미지를 추출하되, 2개 이상의 방향에서 동시에 각각 다른 프로젝션 이미 지를 프로젝션하고, 각각 프로젝션된 이미지들이 경화시키려는 영역에서 중첩되어 경화하려는 형상에 맞는 광 세기 분포를 만들도록 추출하는 프로그램을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 대해서는 오버 프린팅 방법과 관련하여 이하에서 보다 상세 히 설명한다.

다음으로, 위와 같이 구성된 3D 오버 프린팅 장치를 사용하여 금속 프레임워크(100) 위에 인공 잇몰부(200)를 오버 프린팅하는 방법의 일 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

우선 상기 금속 프레임워크(100)의 3차원 형상 데이터, 지지부 및 기준점 정보, 오버 프린팅할 상기 인공 잇몸부(200)의 3차원 형상 데이터, 오버 프린팅할 물질의 특성을 포함하는 모든 오버 프린팅에 필요한 기본 정보가 상기 제어장치(60)에 입력된다.

상기 인공 잇몸부(200)를 이루는 오버 프린팅할 물질은 자외선 또는 청색광에 의해 광 경화될 수 있는 물질이라면 제한없이 사용할 수 있고, 각각의 물질의 특성 역시 사전에 입력 저장될 수 있다.

다음으로 상기 제어장치(60)에서는 위와 같이 모든 오버 프린팅에 필요한 정 보를 입력받으면, 이 정보를 이용하여 프로젝션 방향과 각 방향별 프로젝션 이미지를 추출하는 단계를 수행하게 된다.

이 추출 단계는, 2개 이상의 방향에서 동시에 각각 다른 1D 또는 2D 프로젝션 이미지를 프로젝션하고, 각각 프로젝션된 이미지들이 경화시키려는 영역에서 중첩되어 경화하려는 형상에 맞는 광 세기 분포를 만들도록 추출하는 것이 바람직하다. 이 경우, 각각의 프로젝터에서의 광의 프로젝션 시간 및 광의 강도 등을 함께 고려하여 중첩 영역에서의 경화하려는 형상의 경화가 정밀하게 이루어질 수 있도록 설계하여야 한다.

또한, 2개 이상의 방향에서 동시에 각각 다른 1D 또는 2D 프로젝션 이미지를 프로젝션하는 것은, 도 8 또는 도 9에 도시된 바와 같이 2개 이상의 서브 프로젝터를 동시에 사용할 수도 있고, 도 10에 도시된 바와 같이, 하나의 프로젝터로부터의 프로젝션 광을 분할 및 굴절시켜서 수행하도록 설계할 수도 있다.

또한, 프로젝션 방향은 상기 금속 프레임워크(100)를 중심으로 하는 구면좌표계에서 상기 금속 프레임워크(100)의 기준 방향(장치에 장착된 방향으로 도 5에서의 상하 방향)에 대해 고도각(polar angle,

)과 방위각 (azimuthal angle, θ), 두 방향 각도를 변경하면서 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로 금속 프레임워크(100)를 상기 3D 오버 프린팅 장치에 장착하고 상기 위치 확인 센서(50)를 이용하여 상기 금속 프레임워크(100)의 기준점을 찾아 상기 제어장치(60)에 등록한다.

다음으로 등록된 기준점 정보를 이용하여 프로젝터(40, 41, 43)와 금속 프레임워크(100)의 상대적인 각도를 조정하여 앞에서 추출한 프로젝션 방향과 일치시키고 설정 시간 동안 설정된 광 강도로 추출된 그 방향에서의 프로젝션 이미지를 각각의 프로젝터(40, 41, 43)를 통해 투사한다.

그리고 다음 프로젝션 방향으로 각도를 변경하고 프로젝션 이미지를 투사하는 과정을 최종 프로젝션 방향까지 반복하여 오버 프린팅을 진행한다.

이러한 본 발명에 적용되는 3D 오버 프린팅 방식은, 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)와 캘리포니아대학교 버클리캠퍼 스(UC Berkeley)의 연구진들이 ‘컴퓨터 축 리소그래피(Computed Axial Lithography / CAL)’라고 명명한 3D 프린팅 방식의 원리를 응용한 것으로, 기존의 한층 한층씩 적층해 나가는 적층 가공 방식이 아니라, 원하는 형상의 출력물을 한 번에 출력하는 획기적인 방식의 진정한 3D 프린팅 방식을 응용한 것이다. 이러한 ‘CAL’ 방식은 몸을 여러 각도에서 촬영하는 컴퓨터 단층촬영(Computed Tomography), 즉, CT에서 영감을 받아 그 역으로 물질의 제조에 활용한 것으로, 이 기술분야에서의 통상적인 기술자들이라면 ‘CAL’ 방식의 기본적인 원리는 본 명세서에서 특별히 언급되어 있지 않더라도 본 명세서에 기재된 기술 내용의 이해를 위하여 충분히 참조 할 수 있을 것이다. 또한, 공개된 ‘CAL’ 방식에서는 기존 구조물 없이 광 경화성 물질만을 이용하여 3차원 프린팅하거나, 단순하게 볼록면만을 가진 기존 구조물에 오버 프린팅 가능한 것으로 언급되어 있지만, 적어도 일부에 오목한 면을 포함하는 복잡한 형상의 구조물 위에 원하는 3차원 형상을 오버 프린팅하는 데는 한계가 있다. 반면, 본 발명은 적어도 일부 표면에 오목한 면을 가진 복잡한 3차원 형상의 기존 구조물 위에도 오버 프린팅이 가능한 방법 및 장치 등을 제시한 점에서 차별화된다는 점에 특히 유념하여야 한다.

한편, 상기 금속 프레임워크 위에 인공 잇몸부 오버 프린팅 단계(S40) 후에, 상기 인공 잇몸부(200)의 적어도 표면부를 착색하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 인공 잇몸부(200)를 이루는 오버 프린팅할 물질은 자외선 또는 청색광에 의해 광 경화될 수 있는 물질이라면 제한없이 사용할 수 있지만, 상기 인공 잇몸부(200)가 환자의 잇몸부 색상과 유사한 색상을 갖도록 하기 위해서는, 오버 프린팅된 상기 인공 잇몸부(200)의 적어도 표면부, 즉 외부에서 볼 때 노출되는 표면은 환자의 잇몸부 색상과 유사한 색상으로 착색하는 것이 필요하다.

마지막으로 인공 치아 부착 단계(S50)는, 상기 설계 단계(S10)에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 인공 잇몸부(200) 위에 상기 인공 치아(300)를 부착하는 단계이다.

상기 인공 치아(300)는 상기 인공 잇몸부(200)와는 별개의 광 경화성 수지 또는 지르코니아 등과 같은 알려져 있는 다른 적절한 재질로 제작될 수 있고, 알려져 있는 다양한 방식을 이용하여 별도로 제작된 후 상기 인공 잇몸부(200) 위의 설정 위치에 부착될 수 있다.

또한, 상기 인공 잇몸부(200) 위에 위에서 설명한 바와 같은 오버 프린팅 방법에 의하여 상기 인공 치아(300)가 직접 오버 프린팅되어 부착될 수도 있다. 이 경우에는 위에서 설명한 3D 오버 프린팅 장치에서 우선 인공 잇몸부(200)를 오버 프린팅한 후, 투명 용기에 담기는 광 경화성 수지의 재질을 변경하여 상기 인공 치아(300)의 오버 프린팅에 사용할 수도 있고, 또는 제조의 편의 등을 고려하여 별도의 인공 치아용 3D 오버 프린팅 장치를 병렬로 설치하여 순차적으로 오버 프린팅 단계를 진행할 수도 있다.

Claims (9)

1. 금속 프레임워크 위에 오버 프린팅하여 인공 잇몸부를 제작하는 단계;를 포함하고,
   상기 인공 잇몸부를 제작하는 단계는,
   오버 프린팅에 필요한 프로젝션 방향과 각 방향별 프로젝션 이미지를 추출하되, 2개 이상의 방향에서 동시에 각각 다른 프로젝션 이미지를 프로젝션하고, 각각 프로젝션된 이미지들이 경화시키려는 영역에서 중첩되어 경화하려는 형상에 맞는 광 세기 분포를 만들도록 추출하는 추출 단계;
   투명 용기에 상기 금속 프레임워크를 장착하는 장착 단계;
   상기 금속 프레임워크와의 상대적인 각도를 조정하여 상기 추출 단계에서 추출한 프로젝션 방향에서의 프로젝션 이미지를 투사하는 투사 단계; 및
   상기 투사 단계 이후 다음 프로젝션 방향으로 각도를 변경하고 그 프로젝션 방향에서의 프로젝션 이미지를 투사하는 과정을 최종 프로젝션 방향까지 단계적으로 반복하는 반복 투사 단계;를 포함하고,
   상기 프로젝션 방향은 상기 금속 프레임워크를 중심으로 하는 구면좌표계에서 고도각과 방위각을 변경하여 단계적으로 변화 가능하도록 설정하는, 틀니의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   구강 내 3차원 스캐닝 데이터 정보를 획득하는 스캔 단계;
   상기 스캔 단계에서 획득한 3차원 스캐닝 데이터 정보를 활용하여 금속 프레임워크, 인공 잇몸부 및 인공 치아 각각을 3차원 설계하는 설계 단계;
   상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 금속 프레임워크를 제작하는 단계;
   상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 인공 잇몸부 위에 상기 인공 치아를 부착하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 인공 잇몸부를 제작하는 단계는 상기 설계 단계에서의 설계 데이터 정보에 기초하여 상기 금속 프레임워크 위에 상기 인공 잇몸부를 오버 프린팅하는 단계인, 틀니의 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 금속 프레임워크를 제작하는 단계는, 3D 금속 프린터를 이용하여 상기 금속 프레임워크를 제작하는 단계인, 틀니의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속 프레임워크의 기준점 위치를 확인하는 단계를 더 포함하는, 틀니의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 추출 단계는, 하나의 프로젝터로부터의 광을 분할하고 경로를 굴절시킴으로써 경화시키려고 하는 영역에서 중첩 영역을 형성하도록 추출하는 단계를 더 포함하는, 틀니의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 인공 잇몸부의 적어도 표면부를 착색하는 단계를 더 포함하는, 틀니의 제조방법.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 인공 치아를 부착하는 단계는, 상기 인공 잇몸부 위에 상기 인공 치아를 오버 프린팅하는 단계인, 틀니의 제조방법.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중의 어느 하나의 청구항에 기재된 틀니의 제조방법에 의하여 제조된 틀니.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 금속 프레임워크는 오목한 표면을 포함하는, 틀니.

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