KR20100008256A - 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치 및 방법 - Google Patents

쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치 및 방법에 관한 것으로, CT 또는 스캐너로 생성되는 3차원 모델링 데이터를 이용하여 쾌속조형기에서 3차원 모델링 형상과 동일한 인공치아를 신속하고 정확하게 제조하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 3차원 캐드 프로그램 및 통신 인터페이스 수단을 탑재하며 상기 3차원 캐드 프로그램을 통해 치아 모형에 대한 3차원 모델링 데이터를 생성하여 저장하거나 또는 상기 통신 인터페이스 수단을 통해 외부로 전송하는 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너; 상기 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너와 데이터 통신 가능하게 연결되며 상기 3차원 캐드(CAD) 프로그램에 의해 생성 또는 가공된 3차원 모델링 데이터를 수신하여 인공치아의 미세한 두께를 구성하기 위한 다수의 슬라이싱 데이터를 형성하고, 상기 각각의 슬라이싱 데이터의 연속적인 적층에 의해 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조하는 쾌속 조형기; 를 포함하는 인공치아 제조장치 및 그것을 이용하는 제조방법을 제공하여, 정확한 인공 치아의 구현이 가능하고, 인공 치아 제작 공정에서 누적되는 에러의 영향을 최소화할 수 있게 한다.
3차원 모델링, 슬라이싱 데이터, 적층, 인공치아, 쾌속 조형기, RP

Description

쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치 및 방법{Manufacturing method and apparatus of artificial teeth using rapid prototyping tools}
본 발명은 쾌속조형기(Rapid Prototyping tools)를 이용한 인공치아의 제조장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전산화 단층촬영기(Computerized Tomography; 이하 'CT'라 함) 또는 스캐너를 이용하여 치아 모형의 보다 정밀하고 기하학적인 3차원 모델링 데이터를 생성하고 스테레오 리소그라피(stereo lithography; 이하 'STL'이라 함) 파일로 포맷하여 쾌속조형기에서 미세한 두께의 단면을 가진 슬라이싱 데이터를 간단하게 형성할 수 있도록 함으로써 슬라이싱 데이터를 연속적으로 적층하여 치아모형의 3차원 모델링 형상과 동일한 인공치아를 신속하고 정확하게 제조할 수 있도록 한 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 일반적인 인공치아 제조방법은 도 1의 제조공정의 흐름도에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 인공치아 제조방법은, 손상된 치아를 삭제하고 치아의 표면에 인상재를 도포한 후 경화시켜 인상채득한 음형인기를 형성하는 단계와, 상기 인상채득한 음형인기에 석고나 금속 등을 주입하여 치아모형을 제조하는 단계와, 촉침식 또는 레이저 스캐너로 치아모형을 스캔하여 치아모형의 표면 좌표를 얻는 단계와, 상기 스캔에 의해 얻어진 치아모형의 표면 좌표를 CAD/CAM 데이터로 변환하는 단계와, 변환된 데이터를 이용하여 3차원 N/C 가공기로 금속을 가공하여 인공치아를 제작하는 단계와, 가공된 인공치아를 일정 시간 동안 소결한 후 표면에 세라믹을 부착하는 단계를 포함하여 이루어진다.
그러나, 이러한 종래의 인공치아 제조방법은 과정이 복잡하여 비용이 증가하기 때문에 생산성이 낮고, 인공치아 제조과정에서 환자의 치아에 정확하게 일치되는지 확인하기 위하여 환자가 병원을 여러 차례 방문해야 하기 때문에 환자나 시술자에게 많은 불편함을 초래하였다.
또한, 인상채득한 음형인기(陰形印器)를 이용하여 치아모형을 제작하고 이 치아모형을 스캔하여 금속이나 세라믹 등의 인공치아 재료를 가공하게 되므로, 각 제작단계에서 에러가 누적되고, 이 누적에러로 인하여 실제 치아의 형상과 인공치아의 내부 형상이 달라져 치아에 정확하게 부착되지 않는 문제점이 있었다.
한편, 최근에는 상기와 같은 인상채득한 음형인기나 치아모형을 제작하지 않고 치아 자체의 형상을 이용하여 인공치아를 간단하게 제작할 수 있는 기술이 개발되고 있으며, 대한민국 특허등록 제10-0730343호(명칭 : 덴탈 CT를 이용한 인공치아 제조방법 및 장치, 도 2 및 도 3 참조)에는 덴탈 CT와 N/C 가공기를 이용하여 인공치아를 제조하는 장치 및 공정이 개시되어 있다.
도 2에는 종래의 덴탈 CT를 이용한 인공치아 제조방법이 개시되어 있으며, 손상된 치아를 삭제한 후 치과에 비치된 덴탈 CT를 이용하여 치아의 표면 좌표를 얻고, CAD/CAM 데이터로 변환하여 3차원 N/C 가공기로 인공치아 재료를 가공하여 인공치아를 제작한 후 일정시간 동안의 소결과정을 거쳐 인공치아의 표면에 세라믹을 부착하여 인공 치아의 제작이 완료되도록 구성된다.
도 3에는 종래의 덴탈 CT를 이용한 인공치아 제조장치가 개시되어 있으며, 치아의 상태를 진단하고 치아의 형상 데이터를 취득하는 덴탈 CT(10)와, 상기 덴탈 CT(10)에서 얻어진 치아의 표면좌표를 CAD/CAM 데이터로 변환시키는 데이터 변환기(20)와, 상기 데이터 변환기(20)의 CAD/CAM 데이터를 이용하여 금속이나 세라믹 등의 재료로 인공치아를 제작하는 3차원 N/C 가공기(30)를 포함하여 구성된다.
그러나 상기과 같은 3차원 N/C 가공기를 이용하여 인공치아를 제조하는 장치 및 공정의 경우 제작 정밀도가 낮기 때문에 번거로운 작업을 필요로 하는 인공치아의 구현은 불가능하며, 따라서 비교적 간단한 형상의 인공치아 제작에 사용되는 사용상의 한계가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 CT 또는 스캐너의 3D 캐드 프로그램을 통해 3차원 모델링 데이터를 생성하고 그것을 STL 파일로 포맷하여 쾌속조형기에서 간단한 작업을 통해 슬라이싱 데이터를 형성할 수 있도록 하고, 그 슬라이싱 데이터를 연속적으로 적층하여 3차원 모델링 형상과 동일한 인공치아를 신속하고 정확하게 제조할 수 있도록 한 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치 및 방법 을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 3차원 캐드(CAD) 프로그램 및 통신 인터페이스 수단을 탑재하며 상기 3차원 캐드 프로그램을 통해 치아 모형에 대한 3차원 모델링 데이터를 생성하여 저장하거나 또는 상기 통신 인터페이스 수단을 통해 외부로 전송하는 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너; 상기 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너와 데이터 통신 가능하게 연결되며 상기 3차원 캐드(CAD) 프로그램에 의해 생성 또는 가공된 3차원 모델링 데이터를 수신하여 인공치아의 미세한 두께를 구성하기 위한 다수의 슬라이싱 데이터를 형성하고, 상기 각각의 슬라이싱 데이터의 연속적인 적층에 의해 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조하는 쾌속 조형기; 를 포함하는 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 다르면, 3차원 캐드(CAD) 프로그램을 탑재한 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너가 구비되고, 상기 전산화 단층촬영기 또는 스캐너와 데이터 통신 가능하게 연결된 쾌속 조형기를 구비한 인공치아 제조장치에서의 인공치아 제조방법에 있어서, (a) 손상된 치아를 삭제한 후 치아의 표면에 인상재를 도포하고 경화시켜 인상 채득한 음형인기를 형성하는 단계; (b) 상기 인상 채득한 음형인기에 석고나 금속을 주입하여 치아모형을 제조하는 단계; (c) 상기 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너를 이용하여 3차원 캐드(CAD) 프로그램에 의한 상기 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 생성하여 쾌속 조형기로 전송하는 단계; (d) 상기 쾌속 조형기에서 상기 3차원 모델링 데이터를 이용하여 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조하는 단계; (e) 상기 가공된 인공치아를 일정시간 소결한 후 표면에 세라믹을 부착하는 단계; 를 포함하는 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조방법이다.
상기 본 발명의 각 실시형태에서, 상기 3차원 모델링 데이터는 스테레오 리소그라피(STL) 포맷 파일로 쾌속 조형기에 전송될 수 있으며, 쾌속 조형기에서의 인공치아 제조시 3차원 모델링 데이터 또는 STL 포맷 파일을 이용하여 인공치아의 미세한 두께를 구성하기 위한 다수의 슬라이싱 데이터를 형성하여 그 각각의 슬라이싱 데이터의 연속적인 적층에 의해 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 신속하게 제조할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 쾌속 조형기를 이용한 인공치아 제조장치 및 방법에 따르면, CT 및 스캐너를 이용하여 치아 모형의 3D 모델링 데이터를 생성하고, 쾌속 조형기에서 3D 모델링 데이터를 이용하여 슬라이싱 데이터를 생성하여 연속적으로 적층하여 인공치아를 제조할 수 있게 되므로, 환자의 방문 횟수 및 인력소요를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 의하면, CT에서 얻는 3차원 모델링 데이터를 별도의 중간 과정 없이 STL 파일로 포맷하여 쾌속 조형기에 전송하게 되므로 중간 데이터 변환과정에서 손실되는 정밀도를 보정할 수 있게 되어 정확한 인공 치아의 구현이 가능하고, 자동화 방식으로 우수한 정밀도를 얻을 수 있어 인공 치아의 제작 공정에서 누 적되는 에러의 영향을 최소화할 수 있게 되는 등의 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 쾌속 조형기를 이용한 인공치아 제조장치 및 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치의 구성을 예시한 블록도로서, 도 4에 예시된 바와 같이 3차원 캐드(CAD) 프로그램 및 통신 인터페이스 수단을 탑재한 전산화 단층촬영기(CT;110) 또는 스캐너(120)와, 상기 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너와 데이터 통신 가능하게 연결되는 쾌속 조형기(130)를 포함하여 구성된다.
전산화 단층촬영기(CT;110) 또는 스캐너(120)는 메모리 수단 또는 버퍼링 수단과 3차원 캐드(CAD) 프로그램 및 통신 인터페이스 수단을 탑재하며 인상 채득한 음형인기를 이용하여 제조된 치아모형으로부터 3차원 캐드 프로그램을 이용하여 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 생성한다. 이 생성된 3차원 모델링 데이터는 전산화 단층촬영기(CT;110) 또는 스캐너(120)에 구비된 별도의 메모리 수단 또는 버퍼링 수단에 저장될 수도 있으며 통신 인터페이스 수단을 통해 즉시 외부로 전송될 수도 있다. 또한 상기 3차원 모델링 데이터는 1회 이상의 데이터 가공을 통해 하기의 쾌속 조형기(130)에서 간단하게 사용할 수 있는 스테레오 리소그라피(STL) 파일 형태로 변환되어 통신 인터페이스 수단을 통해 외부로 전송될 수도 있다.
쾌속 조형기(130)는 상기 전산화 단층촬영기(CT;110) 또는 스캐너(120)와 데이터 통신 가능하게 연결되며 상기 3차원 캐드(CAD) 프로그램에 의해 생성된 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 수신하거나 또는 치아 모형의 3차원 모델링 데이터로부터 포맷된 STL 포맷 파일을 수신하여 인공치아의 미세 두께를 구성하기 위한 슬라이싱 데이터를 형성하고, 상기 각각의 슬라이싱 데이터를 연속적으로 적층하여 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 쾌속 조형기를 이용한 인공치아 제조공정을 예시한 순서도로서, 3차원 캐드(CAD) 프로그램을 탑재한 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너가 구비되고, 상기 전산화 단층촬영기 또는 스캐너와 데이터 통신 가능하게 연결된 쾌속 조형기를 구비한 인공치아 제조장치에서 이루어지는 인공치아 제조방법을 예로 들어 도시하고 있다.
도 5에 예시된 바와 같이, 본 발명에 의한 쾌속 조형기를 이용한 인공치아 제조방법은, 인상채득한 음형인기를 형성하여 치아모형을 제조하는 단계(S501-S503), 상기 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 생성하여 쾌속 조형기로 전송하는 단계(S504-S507), 쾌속 조형기로 인공치아의 미세 두께를 구성하는 다수의 슬라이싱 데이터를 연속적으로 적층하여 3차원 모델링 형상과 동일한 인공치아를 제조하는 단계(S509,S511), 인공치아를 소결하여 표면에 세라믹을 부착하는 단계(도면에는 도시가 생략됨)를 포함하여 구성될 수 있다.
치아모형 제조단계는, 손상된 치아를 삭제하는 단계(S501)와, 치아의 표면에 인상재를 도포하고 경화시켜 인상채득한 음형인기를 형성하는 단계(S502)와, 인상 채득한 음형인기에 석고나 금속을 주입하여 치아모형을 제조하는 단계(S503)를 포함한다.
치아 모형의 3차원 모델링 데이터 생성 및 전송단계는, 3차원 캐드(CAD) 프로그램을 탑재한 전산화 단층촬영기(CT;110) 또는 스캐너(120)를 이용하여 상기 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 생성하는 단계(S504)와, 상기 생성된 3차원 모델링 데이터(또는 STL 포맷 파일)를 쾌속 조형기로 전송하는 단계(S507)를 포함한다.
또한 상기 치아 모형의 3차원 모델링 데이터 생성 및 전송단계는, 3차원 캐드(CAD) 프로그램을 탑재한 전산화 단층촬영기(CT;110) 또는 스캐너(120)를 이용하여 상기 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 생성하는 단계(S504)와, 상기 생성된 3차원 모델링 데이터를 쾌속 조형기에 입력 가능한 스테레오 리소그라피(STL) 파일로 포맷하는 단계(S505)와, 상기 포맷된 STL 포맷 파일을 쾌속 조형기로 전송하는 단계(S507)를 포함하여 이루어질 수도 있다.
인공치아 제조단계는 쾌속 조형기에서 3차원 모델링 데이터 또는 STL 포맷 파일을 이용하여 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조하는 단계로서, 3차원 캐드(CAD) 프로그램에 의해 생성된 치아 모형의 3차원 모델링 데이터 또는 치아 모형의 3차원 모델링 데이터로부터 포맷된 STL 포맷 파일을 이용하여 인공치아의 미세한 두께를 구성하기 위한 다수의 슬라이싱 데이터를 형성하는 단계(S509)와, 상기 각각의 슬라이싱 데이터를 연속적으로 적층하여 3차원 모델링 형상과 동일한 인공치아를 제조하는 단계(S511)로 이루어진다.
마지막으로 상기와 같이 제조된 인공치아는 일정시간 소결 후 그 표면에 세라믹을 부착하는 단계(도면에는 미 도시됨)가 더 실시될 수 있다.
이하, 본 발명에 의해 인공치아를 제조하는 과정을 설명한다.
먼저, 손상되어 더 이상 못쓰게 된 치아를 제거(S501)한 후 치아의 표면에 인상재를 도포하고 경화시킨 후 치아로부터 이를 분리하여 인상채득한 음형인기를 형성(S502)하고, 이렇게 형성된 인상채득한 음형인기에 석고나 금속을 주입하여 치료된 치아와 동일한 형상의 치아모형을 제조(S503)한다.
이와 같이 치아모형의 제작이 완료되면, 다음으로 3차원 캐드(CAD) 프로그램을 탑재한 전산화 단층촬영기(110) 또는 스캐너(120)로 상기 치아모형을 촬영하여 상기 3차원 캐드(CAD) 프로그램을 통해 치아모형에 대한 3차원 모델링 데이터를 생성(S504)한다. 이렇게 생성된 3차원 모델링 데이터는 쾌속 조형기로 곧바로 전송(S507)되거나, 또는 스테레오 리소그라피(STL) 파일의 형태로 포맷시켜 쾌속 조형기로 전송(S507)한다.
쾌속 조형기에서는 상기 3차원 모델링 데이터 또는 상기 3차원 모델링 데이터로부터 얻은 STL 포맷 파일을 이용하여 인공치아의 미세한 두께를 구성하기 위한 다수의 슬라이싱 데이터를 형성(S509)하고, 이와 같이 형성된 각각의 슬라이싱 데이터를 연속적으로 적층하는 동작을 반복 수행함으로써 상기 치아 모형의 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 신속하고 정확하게 제조(S511)할 수 있게 된다.
이와 같이 인공치아의 제작이 완료되면, 가공된 인공치아를 일정 시간 동안 소결한 후 표면에 세라믹을 부착하여, 실제 치아와 유사하게 변화시킨다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속 하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 일반적으로 이루어지는 인공치아 제조공정을 예시한 순서도이다.
도 2는 종래의 덴탈 CT를 이용하여 이루어지는 인공치아 제조공정을 예시한 순서도이다.
도 3은 종래의 덴탈 CT를 이용하는 구성의 인공치아 제조장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치의 구성을 예시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 쾌속 조형기를 이용한 인공치아 제조공정을 예시한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 전산화 단층촬영기(CT) 120 : 스캐너
130 : 쾌속 조형기

Claims (6)

  1. 3차원 캐드(CAD) 프로그램 및 통신 인터페이스 수단을 탑재하며 상기 3차원 캐드 프로그램을 통해 치아 모형에 대한 3차원 모델링 데이터를 생성하여 저장하거나 또는 상기 통신 인터페이스 수단을 통해 외부로 전송하는 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너;
    상기 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너와 데이터 통신 가능하게 연결되며 상기 3차원 캐드(CAD) 프로그램에 의해 생성 또는 가공된 3차원 모델링 데이터를 수신하여 인공치아의 미세한 두께를 구성하기 위한 다수의 슬라이싱 데이터를 형성하고, 상기 각각의 슬라이싱 데이터의 연속적인 적층에 의해 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조하는 쾌속 조형기; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전산화 단층촬영기 또는 스캐너는,
    상기 3차원 모델링 데이터를 스테레오 리소그라피(STL) 파일로 포맷하는 1차 가공을 실시하여 상기 쾌속조형기에 전송하는 것을 특징으로 하는 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조장치.
  3. 3차원 캐드(CAD) 프로그램을 탑재한 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너가 구비되고, 상기 전산화 단층촬영기 또는 스캐너와 데이터 통신 가능하게 연결된 쾌 속 조형기를 구비한 인공치아 제조장치에서의 인공치아 제조방법에 있어서,
    (a) 손상된 치아를 삭제한 후 치아의 표면에 인상재를 도포하고 경화시켜 인상 채득한 음형인기를 형성하는 단계;
    (b) 상기 인상 채득한 음형인기에 석고나 금속을 주입하여 치아모형을 제조하는 단계;
    (c) 상기 전산화 단층촬영기(CT) 또는 스캐너를 이용하여 3차원 캐드(CAD) 프로그램에 의한 상기 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 생성하여 쾌속조형기로 전송하는 단계;
    (d) 상기 쾌속 조형기에서 상기 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 이용하여 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조하는 단계;
    (e) 상기 가공된 인공치아를 일정시간 소결한 후 표면에 세라믹을 부착하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 (d) 인공치아 제조단계는,
    (d1) 상기 쾌속 조형기에서 치아 모형의 3차원 모델링 데이터를 이용하여 인공치아의 미세한 두께를 구성하기 위한 다수의 슬라이싱 데이터를 형성하는 단계;
    (d2) 상기 치아 모형의 3차원 모델링 데이터로부터 생성된 각각의 슬라이싱 데이터의 연속적인 적층에 의해 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제 조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 생성된 3차원 모델링 데이터를 쾌속 조형기에 입력 가능한 스테레오 리소그라피(STL) 파일로 포맷하는 데이터 가공단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쾌속 조형기를 이용한 인공치아 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 (d) 인공치아 제조단계는,
    (d3) 상기 쾌속 조형기에서 STL 파일을 이용하여 인공치아의 미세한 두께를 구성하기 위한 다수의 슬라이싱 데이터를 형성하는 단계;
    (d4) 상기 STL 파일로부터 생성된 각각의 슬라이싱 데이터의 연속적인 적층에 의해 3차원 모델링 형상과 동일한 형상의 인공치아를 제조하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 쾌속조형기를 이용한 인공치아 제조방법.
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