KR20210020316A - 3d 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3D 프린터로 형성된 제조틀을 이용하여 만들어지는 인공치아로서, 3D 프린터가 섬유보강재(200)를 분사하여 메시구조의 입체 치아형상으로 만들어진 인공치아 제조틀(100)에, 인공치아 조성물(300)을 주입하여 형성되며, 섬유보강재(200)는 인공치아 제조틀(100)의 하측(101)보다 상측(102)에 더 많이 도포되어, 인공치아 제조틀(100)의 하측(101)에서 상측(102)으로 갈수록 탄성계수가 증가하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아이다.

Description

3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아{Fiber-reinfored Artificial tooth that is manufactured by artificial frame formed through 3D printer}

본 발명은 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아에 관한 것이다. 구체적으로, 균열 방지와 탄성계수를 차등 부여할 수 있는 섬유보강 인공치아에 관한 것이다.

인공 치아(크라운, crown)는 금속합금, 복합수지 등 다양한 소재로 제작되고 있다. 종래 기술에 따르면, 금속 인공치아의 표면에 복합수지로 코팅을 하여 제작되기도 한다. 또한, 최근에는 3차원적으로 CAD/CAM으로 제작하거나, 3D 프린터를 이용하여 인공 치아를 제조하기도 한다.

이러한 종래의 인공치아는 주로 미감적인 색상, 내구성 또는 사용자의 치아조건에 대한 맞춤형 제작 등에 주안점을 두었다.

한편, 인공치아가 음식물을 씹는 등 저작운동(masticatory movement)을 할 때, 매우 큰 하중이 인공 치아에 가해진다. 인공 치아는 지속적으로 가해지는 하중에 의해 균열(crack)이 발생될 수 있다. 그런데, 기존의 인공치아는 이러한 저작운동시의 균열을 방지하는 구조에 주목하지 못한 문제점이 있었다.

(문헌 1) 대한민국 등록특허공보 제10-1484567호 (2015.01.14)

본 발명에 따른 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아는 다음과 같은 해결과제를 가진다.

첫째, 저작운동에 의한 인공 치아의 균열을 방지하고자 한다.

둘째, 3D 프린터로 인공 치아를 용이하게 제조하고자 한다.

셋째, 3D 프린터 기술과 종래 유동성 수지 기술을 병합시키고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

본 발명은 3D 프린터로 형성된 제조틀을 이용하여 만들어지는 인공치아로서, 3D 프린터가 섬유보강재를 분사하여 메시구조의 입체 치아형상으로 만들어진 인공치아 제조틀에, 인공치아 조성물을 주입하여 형성되며, 상기 섬유보강재는 인공치아 제조틀의 하측보다 상측에 더 많이 도포되어, 인공치아 제조틀의 하측에서 상측으로 갈수록 탄성계수가 증가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 섬유보강재는 인공치아 제조틀의 내측보다 외측에 더 많이 배치되어, 인공치아 제조틀의 내측에서 외측으로 갈수록 탄성계수가 증가할 수 있다.

본 발명에 있어서, 탄성계수는 선형적으로 변할 수 있다.

본 발명에 있어서, 섬유보강재는 기 지정된 응력집중 지점에 더 많이 도포되어, 인접한 타 지점보다 응력집중 지점의 탄성계수를 증가시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 인공치아 조성물은 유동성 수지 재료이며, 유동성 수지 재료를 인공치아 제조틀 내부에 주입하고 경화시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 인공치아는 사용자의 치아조건으로 표면가공을 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 인공치아 제조틀은 치아에 씌울 수 있는 중공구조의 캡 형상인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 인공치아 제조틀은 양 단부는 치아에 씌울 수 있는 중공구조의 캡 형상이며, 중간부는 속이 찬 입체 치아 형상인 것이 가능하다.

본 발명에 따른 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 섬유보강재를 이용하여, 인공 치아의 위치별 탄성계수를 달리하여 피로 및 응력집중에 의한 균열을 방지하는 효과가 있다.

둘째, 3D 프린터로 섬유보강재와 인공치아조성물 도포층을 반복 형성하면서 용이하게 인공 치아를 제조하는 효과가 있다.

셋째, 3D 프린터로 형성된 섬유보강재 입체구조물에 유동성 수지를 주입하는 방법이 가능한 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 인공치아 제조틀이 3D 프린터로 형성되는 것을 나타낸다.
도 2는 인공치아 제조틀에 인공치아 조성물을 주입하는 것을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 인공치아의 제1 실시예로서, 속이 찬 입체 인공치아를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 인공치아의 제2 실시예로서, 임플란트용 인공치아를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 인공치아의 제3 실시예로서, 중공구조 캡 형상의 인공치아를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 인공치아의 제4 실시예로서, 중공구조 치아 캡 형상과 속이 찬 치아 형상이 조합된 인공치아를 나타낸다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

탄성계수(Modulus of Elasticity)는 응력과 변형도의 비율로 정의된다. 재료의 시험편에 대한 인장 또는 전단 시험으로 얻은 응력-변형도 선도의 탄성 구간 기울기로부터 탄성 계수를 결정할 수 있다. 인장 탄성 계수는 인장 응력을 인장 변형도로 나누어 구할 수 있다.

본 발명에 따른 섬유보강재가 많이 투입되는 위치의 탄성계수는 높아지며, 또한 균열에 대한 저항력이 높아져 균열발생이 방지될 수 있다.

이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 설명하고자 한다. 참고로, 도면은 본 발명의 특징을 설명하기 위하여, 일부 과장되게 표현될 수도 있다. 이 경우, 본 명세서의 전 취지에 비추어 해석되는 것이 바람직하다.

본 발명은 3D 프린터로 형성된 제조틀을 이용하여 만들어지는 인공치아로서, 3D 프린터가 섬유보강재(200)를 분사하여 메시구조의 입체 치아형상으로 만들어진 인공치아 제조틀(100)에, 인공치아 조성물(300)을 주입하여 형성되며, 상기 섬유보강재(200)는 인공치아 제조틀(100)의 하측(101)보다 상측(102)에 더 많이 도포되어, 인공치아 제조틀(100)의 하측(101)에서 상측(102)으로 갈수록 탄성계수가 증가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 섬유 보강재는, 인공치아 조성물과 결합이 가능한 다양한 소재가 3D 프린팅으로 사용될 수 있을 것이다. 섬유보강재는 합성섬유를 원료로 하는 단섬유를 재질로 하는 것이 가능하다. 단섬유는, 유리 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 아라미드 섬유 및 탄소 섬유 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인공치아 제조틀이 3D 프린터로 형성되는 것을 나타낸다. 도 1a는 3D 프린터의 일 예시이며, 3D 프린터에 의해 제조되는 인공치아 제조틀(100)은 섬유보강재(200)가 분사되어 도 1b 또는 도 1c와 같이 다양한 메시구조로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 섬유보강재는 메시구조로 된 인공치아 제조틀(100)의 내측보다 외측에 더 많이 도포되어, 인공치아 제조틀(100)의 내측에서 외측으로 갈수록 탄성계수가 증가할 수 있다.

저작운동으로 압축력을 받고, 압축력으로 인해 직각방향으로 포아송 효과로 인한 인장력이 발생되면, 재료의 비균질성의 급격한 변화 등에 의해 응력집중(stress concentration)이 되는 지점에서 균열(crack)이 발생될 수 있다.

하지만, 섬유보강재에 의한 균열저항의 증가는 특정한 지점에 응력이 집중되어도 균열이 더이상 진행되지 않도록 하는 기능을 한다.

나아가, 인공 치아의 내측 및/또는 하측은 섬유보강재를 성글게(coarse) 배치하고, 외측 및/또는 상측은 조밀하게(dense) 배치하는 것이 가능하다.

이러한 배치에 의해, 인공치아의 내측에서 외측으로 갈수록 탄성계수가 증가하고, 인공치아의 하측에서 상측으로 갈수록 탄성계수가 증가하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 탄성계수의 증가는 선형 또는 비선형적으로 변화될 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 비정형적 구조에 의한 응력집중지점(X)이 있을 수 있다. 본 발명에 따른 기 지정된 응력집중 지점에 더 많이 도포되어, 인접한 타 지점보다 응력집중 지점의 균열저항을 증가시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 3D 프린터로 섬유보강재를 분사하여, 메시구조의 치아 형상으로 된 입체구조물인 인공치아 제조틀을 먼저 완성한 후, 그 제조틀에 유동성 수지재료를 주입하여 경화시키는 발명이다.

도 2a는 섬유보강재로 만들어진 메시구조의 인공치아 제조틀에 인공치아 조성물을 주입하는 것을 개념적으로 나타낸다. 도 2b 및 도 2c는 섬유보강재로 만들어진 인공치아 제조틀(100)이 다양한 메시구조로 형성될 수 있는 것을 나타낸다.

본 발명에 있어서, 인공치아 조성물(300)은 유동성 수지 재료이며, 유동성 수지 재료를 인공치아 제조틀 내부에 주입하고 경화시키는 것이 가능하다.

유동성 수지를 인공치아 제조틀에 주입하는 방식은 재료비가 절약되며, 작업이 용이한 장점이 있다. 다만, 제조틀에 의해 제조된 인공 치아를 사후적으로 가공하는 상황이 있을 수 있다.

본 발명에 있어서, 제조된 인공치아는 사용자의 치아조건으로 표면가공을 하는 것이 가능하다. 즉 제조된 인공치아를 사용자의 치아조건과 상태에 맞도록 표면 가공을 추가하게 된다. 다만, 처음부터 사용자 맞춤형으로 설계된 인공치아 제조틀을 사용하면 표면가공이 생략될 수도 있을 것이다.

본 발명에 따른 인공치아 조성물은 유동성(fluidity) 내지 점성(viscosity)이 높은 소재를 적용하여 인공 치아 제조틀에 용이하게 주입가능하게 할 수 있다. 일 실시예로 레진(resin) 등이 사용될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 인공치아는 다양한 실시예로 제조될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 인공치아의 제1 실시예로서, 속이 찬 입체 인공치아를 나타낸다. 제1 실시예의 경우, 인공치아 제조틀은 속까지 메시구조가 형성되며, 이러한 제조틀에 인공치아 조성물이 주입될 것이다. 완성된 인공치아는 1개씩 사용자에게 사용될 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 인공치아의 제2 실시예로서, 임플란트용 인공치아를 나타낸다. 제2 실시예의 경우, 임플란트 구성인 어버트먼트, 스크류 등과 결합되면서 응력이 집중되는 부분이 발생될 수 있다. 따라서, 응력발생지점에는 섬유보강재를 보다 많이 배치하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 인공치아의 제3 실시예로서, 중공구조 캡 형상의 인공치아를 나타낸다. 일반적으로 치아 크라운(crown)이라고 불리우는 구성에 해당된다. 제3 실시예의 경우, 두께는 제어가능하며, 섬유보강재는 상측과 하측의 차등 배치가 중요하게 될 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 인공치아의 제4 실시예로서, 중공구조 치아 캡 형상과 속이 찬 치아 형상이 조합된 인공치아를 나타낸다. 이는 크라운(crown)을 이용한 브릿지(bridge) 구조에 해당된다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 3D 프린터
100 : 인공치아 제조틀
100a : 속이 찬 입체 인공치아
100b : 임플란트용 인공치아
100c : 중공구조 캡 형상의 인공치아
100d : 중공구조 치아 캡 형상과 속이 찬 치아 형상이 조합된 인공치아
200 : 섬유보강재
300 : 인공치아 조성물
X : 응력 집중 지점

Claims (8)

1. 3D 프린터로 형성된 제조틀을 이용하여 만들어지는 인공치아로서,
   3D 프린터가 섬유보강재를 분사하여 메시구조의 입체 치아형상으로 만들어진 인공치아 제조틀에, 인공치아 조성물을 주입하여 형성되며,
   상기 섬유보강재는 인공치아 제조틀의 하측보다 상측에 더 많이 도포되어, 인공치아 제조틀의 하측에서 상측으로 갈수록 탄성계수가 증가하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 섬유보강재는 인공치아 제조틀의 내측보다 외측에 더 많이 배치되어, 인공치아 제조틀의 내측에서 외측으로 갈수록 탄성계수가 증가하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 탄성계수는 선형적으로 변하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 섬유보강재는 기 지정된 응력집중 지점에 더 많이 도포되어, 인접한 타 지점보다 응력집중 지점의 탄성계수를 증가시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 인공치아 조성물은 유동성 수지 재료이며,
   유동성 수지 재료를 인공치아 제조틀 내부에 주입하고 경화시키는 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 인공치아는 사용자의 치아조건으로 표면가공을 하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 인공치아 제조틀은 치아에 씌울 수 있는 중공구조의 캡 형상인 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 인공치아 제조틀은 양 단부는 치아에 씌울 수 있는 중공구조의 캡 형상이며, 중간부는 속이 찬 입체 치아 형상인 것을 특징으로 하는 3D 프린터로 형성된 인공치아 제조틀로 제조된 섬유보강 인공치아.

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