KR102247469B1

KR102247469B1 - 3d 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법 및 그 치과용 의료물품

Info

Publication number: KR102247469B1
Application number: KR1020200079556A
Authority: KR
Inventors: 이노범
Original assignee: 이노범
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2021-04-30

Abstract

3D 프린팅 방식을 이용하여 치과용 의료물품의 제조과정을 보다 간단히 하고 효율적으로 제조하기 위한 것과 함께 원심주조를 실시하여 일련의 시계열적인 공정으로 해상도가 높은 정밀한 치과용 의료물품의 제조가 이루어질 수 있도록 하기 위한 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법을 제공하고자 하는 것으로,
목적하는 치과용 의료물품이 세라믹인 경우 3D printing으로 주조용 왁스 레진을 이용하여 주형을 정밀하게 제작하고 나서, 원심 주조기 내에서 이 주형을 회전시키면서 원심력으로 주형 내 음형(陰型)의 공간에 페이스트 상태의 액상 혼합물을 주입하여 주조품을 주조한 후 가열 소성하여 주형이 용융 제거된 후 최종적으로 남는 치과용 의료물품을 제작하여, 일련의 시계열적인 공정으로 정밀한 치과용 의료물품의 제조가 한꺼번에 이루어질 수 있도록 한 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법에 관한 것이다.

Description

3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법 및 그 치과용 의료물품{Manufacturing method of dental medical supplies using 3D printing and centrifugal casting and its dental medical supplies}

본 발명은 치과용 의료물품의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3D 프린팅 방식을 활용하여 목적하는 치과용 의료물품의 주형을 제작하고, 상기 주형을 원심 주조기 내에 설치하여 회전시키면서 원심력을 이용하여 주형 내 음형(陰型)의 공간에 페이스트(paste) 상태의 액상 혼합물을 주입한 다음, 소성로에서 가열 소성하여 주형이 용융 제거된 후 최종적으로 치과용 의료물품이 남도록 제작하는 일련의 시계열적 공정이 한꺼번에 이루어져 정밀한 치과용 의료물품의 제조가 이루어질 수 있도록 한 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법에 관한 것이다.

치과에서 손상된 치아의 수복을 위해 사용되는 치아 보철물로는, 대표적으로 착탈 가능한 의치(틀니)와, 착탈할 수 없는 치조골에 식립되는 고정체인 임플란트, 환자의 치아와 유사한 형태로 제작되는 보철물인 크라운 및 브릿지를 예로 들 수 있고, 치아 교정 장치로는 대표적으로 치열이 비뚤어진 치아, 돌출입, 상하악 골격차를 보상하기 위한 교정용 브라켓 등이 있다.

치아 보철물은 사람의 자연 치아나 잇몸을 대체하는 기능을 수행하여야 하기 때문에 중합체(polymers), 금속, 합금(alloys), 세라믹(ceramics), 복합재료(composite materials) 등이 사용되며, 일반적으로 금(gold)과 같은 귀금속 소재, 니켈-크롬 합금 또는 코발트-크롬 합금과 같은 비귀금속 합금 소재, 세라믹 소재 등 다양한 복합소재로 제작된다.

따라서 일반적인 치아 보철물은 숙련된 치기공사의 영역으로 다양한 복합소재를 이용하여 많은 공정을 거쳐 제작되기 때문에 생산 효율성이 떨어지고 여러 단계의 공정 중 특정 공정의 실패는 전체 공정을 되돌릴 수 없기 때문에 재현하기에 어려운 문제점이 있었다.

치아 성형방법 중에서 치아의 손상이 심할 경우 등에 치아 전체를 삭제하여 치아 보철물인 크라운을 씌워주는 방법이 있으며, 앞니 크라운의 경우, 미용상의 이유로 도자기를 씌워주어야 하는 데, 전통적인 방법으로는 도자기 안쪽에 금이나, 금속 등으로 안쪽이 보강되어 있다.

최근에 재료의 발달로 크라운을 보강하는 금속 없이 전부 도자기로 씌우는 올세라믹이라고 불리는 치과술식이 개발되어서, 자연 치아에 가까운 형태와 색을 재현하고 있다.

종래에는 도 1과 같이 삭제된 치아(100)에 치아 보철물인 본을 떠서 제작한 크라운(200)을 씌워주는 데, 상기 크라운(200)을 제조하기 위해서 인상재로 본을 떠서 작업 모형을 만든 다음 작업 모형상에서 납형(wax pattern)을 제작하여 주조(casting)하는 여러 단계의 제조과정을 거치고 있어, 치아 보철물의 제조과정이 매우 복잡하다. 기존의 전통적인 보철물 제작을 위한 본을 뜨는 과정은 환자의 증례에 따른 인상재의 선택, 숙련된 인상의 채득, 정확한 석고 모형의 제작, 숙련된 기공사의 납형, 주형의 제작 등 다양한 단계에서 숙련된 의료진과 치기공사의 협진이 필요한 술식이다.

최근 치과 치료 분야에서는 본을 뜨는 과정이 과거 전통적인 방식에서 구강 스캐너를 이용한 디지털 임프레션(Digital Impression)으로 변화가 이루어지고 있으며, 치아 보철물을 제조하기 위하여 본을 뜨거나 주조(casting)하는 복잡한 과정이 없이 치아 보철물의 제조과정을 보다 간단히 하고 효율적으로 제조하기 위하여 밀링 또는 3D 프린팅 성형방법을 활용하는 경우가 많아지고 있다.

3D 프린팅은 프린터로 평면으로 된 문자나 그림을 인쇄하는 것이 아니라 입체도형을 찍어내는 것을 말하며, 치아 보철물을 제조하기 위해서 삭제된 치아를 3D 스캔하여 프로그램 상에서 3D 프린팅 구조를 설계하여 지르코니아와 같은 입방체 덩어리를 깍아내서 밀링하는 절삭형 방식이나, 세라믹 등의 재료를 층층이 쌓아 올리는 적층형 방식이 사용되고 있다.

절삭형의 경우 소재의 불필요한 부분을 깍아내기 때문에 재료의 손실이 발생하지만, 적층형은 재료의 손실이 없어서 최근 보급되는 3D 프린터는 대부분 적층형 3D 프린터이다.

현재의 3D 프린팅 방식은 어떤 방식이든 프린팅 과정에서 오차가 발생한다. 특히 FDM(Fused Deposition Modeling, 용융 적층 모델링) 방식을 사용할 경우, 사용되는 3D 프린터 노즐 크기만큼은 오차가 생기므로 태생적으로 100㎛ 정도의 오차가 발생하는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제2011-0105430호(2011. 9. 27. 공개)에서 도 2와 같이 목적하는 치아의 모양을 설계하고, 설계된 데이터에 의해 치아의 패턴코어(1)는 가공기를 통해 제작하는 단계와; 상기 패턴코어(1)를 플라스크(3) 내부에 투입하여 내열성 매몰재(4)로 매몰시킨 후, 상기 플라스크(3)를 가열로에 투입하고 일정온도로 가열하여 패턴코어(1)의 연소에 의해 플라스크(3)의 매몰재(4)에 패턴(2)이 형성되도록 하는 단계와; 상기 패턴(2)에 치아보철물을 제작하기 위한 세라믹 원료를 충전하고, 세라믹 원료가 충전된 플라스크(3)를 소결로에 투입하여 패턴(2)에 충전된 세라믹 원료가 일정온도로 가압소결되어 치아보철물(D)의 형태가 형성되도록 하는 단계와; 상기 가압소결된 치아보철물(D)을 플라스크(3)에서 취출한 후, 연마기로 취출된 치아보철물(D)의 외형을 다듬어 제품을 완성하는 단계;를 포함하는 세라믹 치아 보철물 제작방법이 공지되어 있다.

이 경우에도 주조용 왁스 레진으로 패턴코어(1)를 먼저 만들어 매몰제로 감싼 다음에 주조용 왁스 레진을 소환(burn-out)하는 경우 아무리 깨끗하게 소환해도 매몰제 내부에 불순물이 남으며, 매몰제 내부의 주조용 왁스 레진이 소환되면서 내부의 가스로 팽창되어 매몰제가 부분적으로 금이 가거나 변형되는 문제점이 있었다.

치아 보철물이 세라믹인 경우 주조용 왁스 레진을 이용하여 주형을 형성 후 원심력을 이용하여 세라믹을 축성(築成)하는 본 발명의 장점은 3D scanner를 이용하여 디지털 임프레션(Digital Impression)과 3D CAD 프로그램을 이용하여 보철물을 제작한 다음 3D printing하여 치과 기공과정을 디지털(digital)화하고 단순화하여 밀링 시 발생하는 재료의 낭비를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 치과 기공과정에서 숙련된 기공사의 영역인 납형의 제작과정을 생략하여 기공과정의 오차를 크게 줄일 수 있다.

따라서 3D 프린팅 성형방법에 의해 치과용 의료물품을 제조할 경우에 기공과정의 오차에 따른 정밀도가 떨어지는 것을 보완하고, 일련의 연속 공정으로 해상도가 높은 정밀한 치과용 의료물품의 제조가 가능할 뿐만 아니라 단계를 단순화하여 기공과정상에 발생할 수 있는 오차를 줄일 필요가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1675089호(2016. 11. 11. 공고), “3D 프린터를 이용한 지그 일체형 브라켓 제조방법” 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0135619호(2018. 12. 21. 공개), “3D 프린팅에 의한 가공치아 성형방법 및 이에 의해 제작된 가공치아” 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0015068호(2008. 2. 18. 공개), “치과 성형 부품을 제조하기 위한 방법” 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0105430호(2011. 9. 27. 공개), “세라믹 치아보철물 제작방법 및 이를 수행하기 위한 플라스크”

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은, 3D 프린팅 방식을 이용하여 치과용 의료물품의 제조과정을 보다 간단히 하고 효율적으로 제조하기 위한 것과 함께 원심 주조를 실시하여 한꺼번에 일련의 시계열적인 공정으로 해상도가 높은 정밀한 치과용 의료물품의 제조가 이루어질 수 있도록 하기 위한 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법에 의해 제조된 치과용 의료물품을 제공하는 것이다.

3D 프린팅 방식을 이용하여 치과용 의료물품의 제조과정을 보다 간단히 하고 효율적으로 제조하기 위한 것과, 해상도가 높은 정밀한 치과용 의료물품의 제조가 이루어질 수 있도록 하는 상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

본 발명에 환자의 치아 또는 치과 관련 조직을 3D 스캔하고 3D 프린터를 이용하여 치과용 의료물품을 제조하는 방법에 있어서, 환자의 치아 또는 치과 관련 조직을 3D 스캔하여 프로그램 상에서 3D 프린팅 구조를 설계하고 원하는 형태의 주형을 3D 프린팅 방식으로 제작하는 제1단계; 상기 주형을 원심 주조기 내에 설치하는 제2단계; 상기 원심 주조기 내에 설치된 주형을 회전하면서 원심력을 이용하여 페이스트 상태인 액상 혼합물을 주형 내 음형(陰型)의 공간에 주입하여 주조품을 제작하는 제3단계; 원심 주조 후 상기 주조품을 소성로에서 가열 소성하여 주형을 용융 제거하고 치과용 의료물품을 제조하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법이 개시된다.

본 발명은 또한, 상기 주형의 재질은 주조용 왁스 레진(castable wax resin)인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 페이스트 상태인 액상 혼합물은 증류수에 세라믹 입자를 혼합한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 제1단계에서 주형을 제작하는 3D 프린팅 방식은 SLA, DLP 및 FDM 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 제1단계에서 주형을 제작하는 3D 프린팅 방식은 SLA 방식인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 원심 주조기는 가로형 원심 주조 방식 또는 세로형 원심 주조 방식인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 소성로에서 주형 내면의 주조품을 가열 소성하는 제4단계는 200℃ ~ 400℃에서 주형을 용융 제거하고 다시 순차적으로 800℃ ~ 1600℃까지 올리면서 치과용 의료물품을 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 치과용 의료물품은 의치(틀니), 크라운, 브릿지, 임플란트, 교정용 브라켓으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일측면은 본 발명에 따른 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 치과용 의료물품이 개시된다.

본 발명은 3D 프린팅에 의해 주형을 제작하고 페이스트 상태의 액상 혼합물을 회전하는 주형에 주입하여 원심 주조를 함으로써 원심력을 이용하여 상기 액상 혼합물이 용이하게 주입될 뿐만 아니라, 환자의 치아 또는 치과 관련 조직을 3D 스캔하여 프로그램 상에서 3D 프린팅 구조를 설계하고, 원하는 형태의 정밀한 주형을 3D 프린팅에 의해 제작하여 사용함으로써 세라믹 소재의 해상도를 높여 정밀한 치수의 치과용 의료물품을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 최근의 3D 프린팅을 이용한 원심 주조는 주조용 왁스 레진(castable wax resin)으로 주조체를 먼저 만들어 매몰제로 감싼 다음에 주조용 왁스 레진을 소환(burn-out)하나, 이러한 방법은 아무리 깨끗하게 소환해도 매몰제 내부에 불순물이 남아 세라믹이 주형에 주입될 때 이물질로 남아 보철물의 질을 떨어뜨리며, 또한 매몰제 내부의 주조용 왁스 레진이 소환되면서 내부의 가스로 인해 매몰제가 팽창되어 주형이 부분적으로 금이 가거나 변형될 수 있으나, 본 발명은 세라믹 의료물품의 제작 시 주조용 왁스 레진으로 주형을 3D printing하고, 이 주형 내 음형(陰型)의 공간에 원심력을 이용하여 세라믹을 주입 후 소성하기 때문에 매몰제의 사용으로 인한 변형을 줄이고 보철물 또는 의료물품의 제작을 보다 단순화할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법에 있어서 페이스트 상태의 액상 혼합물을 원심 주조기의 주형에 주입하는 이후의 원심 주조 및 가열소성 과정이 일련의 시계열적인 공정으로 한꺼번에 이루어져 치과용 의료물품의 제조과정을 보다 간단히 하고, 효율적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

치아 보철물이 세라믹인 경우 기존의 보철물 제작방법은 치기공사가 납형을 제작하고 매몰제를 사용하여 납형을 소환, 연소(burn out)하는 과정이 반드시 포함되나, 본 발명에서는 매몰제와 납형의 제작이 필요치 않아 인산염계 매몰제의 특성인 경화초기 수축, 납형의 연소 시 매몰제의 팽창으로 보철물의 정밀도를 떨어뜨리는 단점을 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 본을 떠서 제조한 크라운을 삭제된 치아에 씌운 상태도
도 2는 종래 매몰제를 사용한 치아 보철물 제작과정의 예시도
도 3은 원심 주조기 내의 주형에서 주조품이 형성되는 원리를 나타낸 상태도
도 4는 본 발명에 따른 치과용 의료물품을 원심 주조하기 위하여 3D 프린팅 방식에 의해 주조용 왁스 레진으로 제작한 주형의 예시도
도 5는 CAD 상에서 제작한 보철물을 본 발명에 따라 3D printing으로 주형을 제작하는 과정을 나타낸 사진
도 6은 본 발명에 따른 주조용 왁스 레진으로 3D printing한 주형을 나타낸 사진

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 발명의 설명 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에서 치아 또는 치과 관련 조직의 인공적인 대체물로서 의치(틀니), 크라운, 브릿지, 임플란트 등 치아 보철물과, 교정용 브라켓 등 치아 교정 장치를 포괄하여 치과용 의료물품이라고 한다.

상기 치과용 의료물품을 제작하기 위한 3D 프린팅 성형방법 중 적층형은 통상적으로 SLA, DLP, FDM 방식 등이 있는데, 치과용 의료물품의 제조에 사용되는 세라믹이나 주조용 왁스 레진(castable wax resin) 등은 자외선을 사용하는 광경화성 방식인 UV 레이저가 선을 그리며 움직이는 SLA(Stereo Lithography Apparatus, 광경화성 수지 조영) 방식이나, 영상 프로젝터와 유사하게 자외선램프와 조광 장치를 이용해 카메라 플래시를 터뜨리듯 단번에 한 층 전체를 경화시키는 DLP(Digital Light Processing) 방식이나, 3D 프린터 노즐을 이용하여 벽돌 쌓듯이 겹겹이 쌓아 올리는 FDM(Fused Deposition Modeling, 용융 적층 모델링) 방식을 적용할 수 있다. 특히 세라믹은 재료의 특성과 치과용 의료물품으로서의 가공특성상 시린지(syringe) 타입의 FDM 적층방식을 이용하여 3D 프린팅할 수 있다.

현재의 3D 프린팅 방식은 어떤 방식이든 프린팅 과정에서 오차가 발생한다. 특히 세라믹을 3D 프린팅하기 위해 시린지(syringe) 타입 등의 FDM 방식을 사용할 경우, 사용되는 3D 프린터 노즐 크기만큼은 오차가 생기므로 태생적으로 100㎛ 정도의 오차가 발생한다.

본 발명에 따른 치과용 의료물품은 재질이 세라믹(ceramic)일 수 있으며, 원심 주조 시에는 물과 세라믹 입자를 혼합한 페이스트 상태의 액상 혼합물을 사용하여 원심 주조기 내에 있는 주형에 주입할 수 있다. 바람직하게는 물은 세라믹을 소성시키는 과정에서 이물질이 없도록 정제수인 증류수일 수 있다.

본 발명에 따른 치과용 의료물품을 원심 주조하기 위하여 3D 프린팅 방식에 의해 제작하는 주형은 재질이 치과 재료로 사용되는 주조용 왁스 레진(castable wax resin)일 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 의료 분야에서 3D 프린팅 방식에 적용할 수 있고 가열 소성 시에 용융되어 제거될 수 있는 재질을 사용할 수 있다.

상기 주형을 제작하는 3D 프린팅 방식은 SLA, DLP 및 FDM 방식 중 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는, 상기 주형을 제작하는 3D 프린팅 방식은 현존하는 3D 프린팅 방법 중 가장 정밀도가 높은 SLA 방식일 수 있다. 향후 주형을 제작하기 위하여 발전하고 있는 3D 프린팅 방법 중 가장 정밀한 방법으로 대체될 수 있다.

본 발명에서 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법은 환자의 치아 또는 치과 관련 조직을 3D 스캔하여 프로그램 상에서 3D 프린팅 구조를 설계하고 원하는 형태의 주형을 3D 프린팅 방식으로 제작하는 제1단계; 상기 주형을 원심 주조기 내에 설치하는 제2단계; 상기 원심 주조기 내에 설치된 주형을 회전하면서 원심력을 이용하여 페이스트 상태인 액상 혼합물을 주형 내 음형(陰型)의 공간에 주입하여 주조품을 제작하는 제3단계; 원심 주조 후 상기 주조품을 소성로에서 가열 소성하여 주형을 용융 제거하고 치과용 의료물품을 제조하는 제4단계를 포함하는 일련의 시계열적인 공정일 수 있다.

본 발명에서 원심 주조에 사용되는 기계장치는 기존의 원심 주조기를 사용하며, 종래 기술은 녹인 금속액을 가지고 원심 주조를 하는 것이었으나, 본 발명은 치과용 의료물품의 재질이 세라믹(ceramic)인 경우 물과 세라믹 입자를 혼합한 페이스트 상태의 액상 혼합물을 사용하여 원심 주조기 내에 있는 주형 내 음형(陰型)의 공간에 주입할 수 있으며, 바람직하게는 물은 증류수일 수 있다.

여기서, 원심 주조는 주형을 회전시키면서 원심력으로 주형 내 음형(陰型)의 공간에 페이스트 상태의 액상 혼합물을 주입하여 주조하는 방법으로, 이 방법은 가로형과 세로형의 2종류로 대별되며, 가로형은 회전축이 수평이고 세로형은 회전축이 수직이다. 전자는 주철관과 같은 긴 관 모양의 물건을 주조하는 데 적합하고 후자는 짧은 관, 기어 등에 적합하다. 후자에서는 두께의 균일성을 기대하기 어려우며, 주형의 회전수는 대략 n＝c/r½(c는 상수, r은 회전의 중심부터 두께 중심까지의 거리로 표시되며 c는 재질, 주형의 종류, 주탕 온도 등에 영향을 미친다. c의 값 : 주철, 주강 2500~3000, 황동(가로형) 2000~2700, 청동(세로형) 약 3400, 켈밋 합금 1700~1900, 화이트 메탈 1400~1800, 알루미늄 합금 2600~3500 등)이다([네이버 지식백과] 원심 주조 (화학대사전, 2001. 5. 20. 세화 편집부) 참조).

본 발명은 제작하고자 하는 치과용 의료물품의 형상이나 종류에 맞게 이들 원심 주조 방식 중 가로형과 세로형 중 어느 하나를 선택하여 원심 주조를 실시할 수 있다.

여기서, 3D 프린팅 방식으로 제작한 주형을 원심 주조기내에 설치하여 회전시키면서 원심력을 이용하여 페이스트 상태의 액상 혼합물이 주형 내 음형(陰型)의 공간에 주입되어 주조품이 제작되며, 이후 상기 주조품을 소성로로 옮겨 소성로에서 온도를 높여 제품에 따라 200℃ ~ 400℃에서 주조용 왁스 레진으로 된 주형을 용융 제거하고 다시 순차적으로 제품에 따라 800℃ ~ 1600℃까지 올리면서 소성하는 일련의 시계열적인 공정이 한꺼번에 이루어져 최종적으로 치과용 의료물품이 제조된다.

이하, 본 발명에 따른 “3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법”에 관한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다음의 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 3은 통상적인 원심 주조기 내의 주형에서 주조품이 형성되는 원리를 나타낸 상태도로서, 본 발명의 일실시예에 따라 3D 프린팅 방식에 의해 제작한 재질이 주조용 왁스 레진(castable wax resin)인 주형을 원심 주조기 내에 설치하여 증류수와 세라믹 입자를 혼합한 페이스트 상태의 액상 혼합물을 사용하여 원심 주조기 내에 있는 회전하는 주형에 주입하면, 원심력에 의해 주형 내 음형(陰型)의 공간 내면에 균일하게 분산 분포되며, 원심력의 작용으로 무거운 상은 외부로 모이고 가벼운 상은 내부에 모이는데, 이 경향은 회전수가 많을수록 또한 응고 속도가 늦을수록 크게 되며, 응고가 점차 내부방향으로 진행되면서 내면이 마지막에 응고하는 것을 나타내고, 이러한 원심 주조의 원리로 액상 상태에서 주형에 주입된 세라믹과 수분을 최대한 분리시켜 소성 시 일어나는 소성수축을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 보다 치밀한 주조품이 얻어질 수가 있다.

도 4는 본 발명에 따른 치과용 의료물품을 원심 주조하기 위하여 3D 프린팅 방식에 의해 주조용 왁스 레진으로 제작한 주형을 나타낸 예시도로서,

제1단계는 환자의 치아 또는 치과 관련 조직을 3D 스캔하여 프로그램 상에서 3D 프린팅 구조를 설계하고 원하는 형태의 주형을 3D 프린팅 방식으로 제작하는 것으로, 상기 주형을 주조용 왁스 레진으로 제작하는 3D 프린팅 방식은 SLA, DLP 방식 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 현존하는 3D 프린팅 방법 중 가장 정밀도가 높은 SLA 방식의 3D 프린팅으로 제작할 수 있다.

제2단계는 도 4의 상기 주형을 원심 주조기 내에 설치하는 것이다.

제3단계는 상기 원심 주조기 내에 설치된 주형을 회전하면서 증류수와 세라믹 입자를 혼합한 페이스트 상태인 액상 혼합물을 도 4의 화살표 방향으로 주입하면서 원심력을 이용하여 주형 내 음형(陰型)의 공간에 재료를 채운다.

여기서, 상기한 주형 내 음형(陰型)의 공간에 재료를 채운 주조품은 도 3에 표시된 원리로 형성된다.

제4단계는 도 4의 상기 주형 내 음형(陰型)의 공간에 재료를 채운 주조품을 원심 주조기에서 원심 주조 후 소성로에서 온도를 높여 제품에 따라 200℃ ~ 400℃에서 주조용 왁스 레진으로 된 주형을 용융 제거하고 다시 온도를 순차적으로 제품에 따라 800℃ ~ 1600℃까지 올려서 소성함으로써 치과용 의료물품이 제조된다.

도 5는 CAD 상에서 제작한 보철물을 본 발명에 따라 3D printing으로 주형을 제작하는 과정을 나타낸 사진이다.

도 6은 본 발명에 따른 주조용 왁스 레진으로 3D printing한 주형을 나타낸 사진이다.

치과의사 또는 치과기공사는 소성로에서 제품에 따라 200℃ ~ 400℃에서 주조용 왁스 레진으로 된 주형을 용융 제거한 다음 노출된 치과용 의료물품을 다시 순차적으로 제품에 따라 800℃ ~ 1600℃까지 가열하여 소성을 완성한 다음, 활택과 글레이징(Glazing)으로 표면의 마무리 작업을 하여 치과용 의료물품을 완성한다.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 사람에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위의 청구항과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.

100 : 삭제된 치아 200 : 본을 떠서 제작한 크라운
1 : 패턴코어 2 : 패턴
3 : 플라스크 4 : 매몰제
D : 치아 보철물

Claims

환자의 치아 또는 치과 관련 조직을 3D 스캔하고 3D 프린터를 이용하여 치과용 의료물품을 제조하는 방법에 있어서,
환자의 치아 또는 치과 관련 조직을 3D 스캔하여 프로그램 상에서 3D 프린팅 구조를 설계하고 원하는 형태의 주형을 3D 프린팅 방식으로 제작하는 제1단계;
상기 주형을 원심 주조기 내에 설치하는 제2단계;
상기 원심 주조기 내에 설치된 주형을 회전하면서 원심력을 이용하여 증류수에 세라믹 입자를 혼합한 페이스트 상태인 액상 혼합물을 주형 내 음형(陰型)의 공간에 주입하여 주조품을 제작하는 제3단계;
원심 주조 후 상기 주조품을 소성로에서 가열 소성하여 주형을 용융 제거하고 치과용 의료물품을 제조하는 제4단계를 포함하며,
상기 소성로에서 주조품을 가열 소성하는 제4단계는 200℃ ~ 400℃에서 주형을 용융 제거하고 다시 순차적으로 800℃ ~ 1600℃까지 올리면서 치과용 의료물품을 소성하여 제조하는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 주형의 재질은 주조용 왁스 레진(castable wax resin)인 것을 특징으로 하는 치과용 의료물품의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1단계에서 주형을 제작하는 3D 프린팅 방식은 SLA, DLP 및 FDM 방식 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 치과용 의료물품의 제조방법.
제4항에 있어서,
제1단계에서 주형을 제작하는 3D 프린팅 방식은 SLA 방식인 것을 특징으로 하는 치과용 의료물품의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 원심 주조기는 가로형 원심 주조 방식 또는 세로형 원심 주조 방식인 것을 특징으로 하는 치과용 의료물품의 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 치과용 의료물품은 의치(틀니), 크라운, 브릿지, 임플란트, 교정용 브라켓으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 치과용 의료물품의 제조방법.
제1항, 제2항, 제4항 내지 제6항 및 제8항 중 어느 한 항의 3D 프린팅 및 원심 주조를 이용한 치과용 의료물품의 제조방법에 의해 제조된 치과용 의료물품.
제9항에 있어서,
상기 치과용 의료물품은 의치(틀니), 크라운, 브릿지, 임플란트, 교정용 브라켓으로 이루어진 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 치과용 의료물품.