[기획특집] 디지털 시대 Metal 가공의 결정체 Sinter metal
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[기획특집] 디지털 시대 Metal 가공의 결정체 Sinter metal
  • 윤준식 기자
  • 승인 2021.06.28 09:42
  • 댓글 0
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특수보철, 복합 케이스에 기존과 다른 편의성 부여해 줄 것

치과용 CAD/CAM 및 디지털 디바이스 산업의 발전이 더욱 가속화된 시대에 살고 있다. 
이러한 시대적 변화는 지르코니아, 레진을 넘어 메탈과 같은 금속 가공에도 스며들었고 기존 주조방식 위주였던 Co-Cr 합금의 술식이 Sinter metal을 이용한 CAD/CAM 방식으로 발전하면서 그 활용이 증가하고 있다. 
특히 Sinter metal은 기존의 주조방식과 비교해 매몰과 주조 과정이 생략됐고 그로인한 재료의 변형률이 없어 큰 장점을 갖고 있다.
<ZERO>는 메탈 가공의 정점인 Sinter metal을 탐구해본다.

윤준식 기자 zero@dentalzero.com

 

주조하면 되지 Sinter metal은 왜?
2010년대 이후로 치과기공의 디지털화가 가속화되면서 치과기공산업은 급변했다. 그중 대표적인 분야가 CAD/CAM을 활용해 지르코니아 보철을 제작하는 심미보철 분야로 심미성과 강도 등의 우수한 물성을 뽐내며 디지털 덴티스트리의 대표로 자리매김했다. 
반면 디지털의 최대 수혜자인 세라믹, 지르코니아 소재와 비교해 아날로그의 제왕이었던 메탈 소재(비귀금속)의 디지털화는 금속 도재관인 PFM의 수요가 꾸준한데도 불구하고 더딘 편이다.  
현재 금속 도재관의 하부구조물로 사용되는 비귀금속 합금의 주성분은 크게 Ni-Cr, Co-Cr, Ti 이다.
이중 PFM의 금속구조물은 Ni-Cr 합금으로 제작하는데, 주로 합금을 고온의 열로 용융하는 주조 방식으로 가공한다. 
이 주조 방식은 사용함에 있어 간편하지만 납형(Wax pattern) 제작, 매몰, 소환 등의 단계를 거쳐야 하기에 작업시간이 상당히 길다. 또 매몰재의 열팽창과 주조 시 발생하는 주조수축 현상은 물론 납형에서의 문제 등 예기치 못한 다양한 변형들이 발생할 가능성이 높다. 정밀도가 생명인 치과보철물에서 전술한 재료의 변형은 치명적이다. 
이를 극복하고자 비귀금속 합금을 CAD/CAM으로 가공할 수 있도록 경질 또는 연질의 금속 블록을 개발했으나 경질의 금속체는 기본적인 강도와 재료의 특성으로 가공성에 한계를 보였다. 
결국 이러한 문제들을 해소하기 위해 Sinter metal이 등장하게 됐다. 
Sinter metal은 분말형태의 금속입자를 압축성형한 후 용융 온도 이하에서 소결하는 방식이다. 특히 CAD/CAM 장비에서의 가공이 간편할 뿐만 아니라 높은 강도의 결과물을 얻을 수 있다.

높은 가공성, 생체 적합성에서 합격점 
Sinter metal은 기존 아날로그 주조과정에서 발생할 수 있는 다양한 주조실패와 한계를 뛰어넘을 수 있다. 우선 납형 제작과 매몰, 소환이라는 단계를 거칠 필요가 없으므로 이 과정에서 발생하는 팽창과 수축에서 자유롭다. 또 CAD/CAM 방식을 통해 제작하기 때문에 하나의 형상을 여러 번 가공해도 문제가 없다는 장점이 있다. 
특히 Cobalt-Chrome 합금은 높은 경도와 연성을 갖고 있으며 부식에 매우 강하다. 여기에 생체 적합성이 높고 니켈, 베릴륨, 카드뮴을 함유하지 않아 인체에 무해하다. 
또한 소결 공법의 장점을 그대로 가질 수 있으며 높은 가공성 역시 장점이다.  
Sinter metal은 금속분말을 압축한 형태이기 때문에 밀링머신의 절삭공구로 가공하기 수월하다. 일반적인 Ni-Cr, Co-Cr 메탈 블록은 가공 시 전용의 밀링머신이 필요하지만 Sinter metal은 지르코니아 및 레진을 가공하는 대중적인 밀링머신으로도 충분하며 툴(Tool) 소모량이 현저히 낮다.
이외에 탄성계수도 우수해 두께가 얇은 메탈 코핑 제작 시 과도한 힘에 의한 탄성변형이 일어나지 않고 모든 도재와의 결합력이 우수해 여러 번 소성해도 박리현상이 없다.

Sinter metal 가공은 어떻게 하나
Sinter metal의 가공 방식은 기본적으로 Zirconia 재료의 CAD/CAM 가공 방식과 동일하다. 
연질의 금속분말로 만들어진 Co-Cr 블록을 밀링머신으로 가공한 후 이를 전용의 소결 장비를 이용해 소결하면 된다. 이 때 전용의 소결 장비는 아르곤 가스가 주입되는 장비로 지르코니아 소결로와는 구조적으로 다르다. 
전용의 소결로를 설치하는 것 외에 일반적인 Zirconia, PMMA 가공과 다를 게 없어 Sinter metal을 처음 접하는 사용자도 활용이 쉽다. 

치과기공소에서 도입 시 주의할 사항들
이렇듯 우수한 장점을 지닌 Sinter metal 시스템을 도입할 때 주의할 사항은 무엇일까?
우선 전술했듯, Sinter metal을 소결하기 위해서는 지르코니아와는 달리 아르곤 가스의 주입이 가능한 전용의 소결 장비가 필요하다. 
Sinter metal은 고온, 고압에서 가스를 압력 매체로 하여 성형하는데, 이때 아르곤 가스는 금속분말의 산화, 질화를 방지하는 역할을 하기 때문에 아주 중요하다. 이를 위해서는 치과기공소 내에  전용 소결로를 설치할 공간과 환기시설을 갖춰야 한다. 
또한 소결로 사용 시 아르곤 가스가 새어나오는 등의 문제가 발생하면 불완전한 결과물을 초래할 수 있기 때문에 소결로의 덮개를 확실히 닫아줘야 한다. 
더불어서 Sinter metal 가공 시 Sinter bar와 Plate가 수평이 되도록 설계하고 배치해야 틸팅 현상 없이 안정적으로 소결할 수 있으며 Sinter bar의 두꺼운 부위는 일정한 수축을 위해 홀을 형성해 주는 것도 좋다.
Sinter metal 도입 시 주의할 사항을 정리하자면, 아래와 같다.

디지털 시대에서 지름길 안내할 Sinter metal
디지털의 시대에 치과보철물 제작에서 보다 편리하고 변형 없이 안정적인 결과물을 제공할 수 있는 Sinter metal의 앞날은 밝다. 
특히 치과용 귀금속(골드) 등의 재료비용이 날로 상승하면서 사라져갔던 메탈 크라운의 수요가 다시 늘어나고 있고, Zirconia의 세상에서 PFM이 지닌 그 나름대로의 장점과 수요는 여전히 유효하다. 
과거와 비교해 치과기공산업은 확실히 변화했다. 아날로그 보철 술식과 후가공 작업이 점점 퇴보하고 있는 시대에, 치과용 비귀금속 합금(메탈)의 보철물 제작에서 Sinter metal을 이용해 제작한다면 작업의 효율성을 더욱 극대화할 수 있을 것으로 보인다. 
또 PFM 뿐만 아니라 All-on 4, All-on 6, Bar-attachment 등과 같은 특수보철에도 Sinter metal을 활용하면 더욱 쉽게 제작할 수 있고 원바디 타입의 임플란트 보철도 제작이 가능하다. 
이처럼 다양하고 특수한 보철물 제작에 활용할 수 있는 편의성을 탑재한 Sinter metal은 향후에도 치과기공사에게 쉽고 편한 길을 안내해 줄 것으로 사료된다.

 


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