| 1. Ring Furnace의 세계 2. Porcelain Furnace의 세계 | 1) 진공소성법 2) 가스 확산 소성법 3) 가압 소성법 4) 대기압 소성법 포세린 퍼니스를 잘 사용하기 위한 선결조건, 온도 칼리브레이션 포세린 퍼니스 사용시 주의사항 포세린 퍼니스 선택요령 포세린 퍼니스의 세계를 마무리하며... |
어느 날 평소와 다름없이 퍼니스로 포세린을 구었는데 평소에 나오던 색상이 나오지 않아 낭패를 본적이 있는가? 그렇다면 과연 그 원인은 무엇일까? 주변에서 좋다고 추천하는 유명 파우더를 구입하였는데 예상외로 탁한 색상에 실망하였는가? 좋은 보철물의 선결조건은 작업제작물이 올바른 공정대로 처리되는 환경을 만들어주는 것이다. 포세린에는 많은 관심을 기울이면서 퍼니스는 상대적으로 그 중요도에서 저평가되어 있다.
기공사의 숙련도에 따라 보철작업물의 결과가 달라지지만 아무리 기술의 숙련도를 갖추었다고 하더라도 결과물의 완벽한 완성을 위해서는 사람이 할 수 없는 나머지 부분을 어쩔 수 없이 기계나 장비의 도움을 빌려야 한다. ZERO 이번 호에서는 기공소에서 사용하는 장비 중 비교적 고가에 해당하는 퍼니스를 그 종류와 올바른 사용법 및 선택요령 등을 중심으로 살펴보자.
치과기공소에서 사용하는 퍼니스는 일반적으로 포세린용 퍼니스를 지칭한다. 그러나 링퍼니스 역시 주목해야 할 중요한 장비다.
1. Ring Furnace의 세계
링 퍼니스는 포세린 퍼니스보다 역사가 깊다. 보통 포세린 퍼니스가 판매량이 많다고 여기지만 사실 판매 대 수로만 따지면 링 퍼니스가 많다. 링 퍼니스는 안쪽 온도와 바깥 온도의 손실을 최소화하기 위해 발전해왔다. 기기는 점차 디지털화 되고 사용자의 편의성이 높아졌다.
링퍼니스의 시장현황
링 퍼니스의 종류
링 퍼니스는 번아웃을 시키는 용도라 오염이 잘 된다. 그러므로 제품을 구매할 시에는 배기방식이 강제 배기인지, 또는 자연 배기인지를 잘 살펴야 한다. 또한 냄새가 나지 않게 하는 장치의 여부에 따라 가격이 달라진다.
링 퍼니스는 가급적 매몰재의 종류와 금속 종류에 따라 전용으로 사용해야 한다. 유독 링 퍼니스는 금방 망가지고 새로 제품을 구입하는 경우가 많은데 아무래도 그 이유는 기공소에서 가장 환경이 좋지 않은 곳에 위치하기 때문이다.
석고계 매몰재의 링 퍼니스 사용법
가열속도는 표면 거칠기에 영향을 미치고 경우에 따라서는 매몰재의 전체적인 크기에도 영향을 미친다. 처음에 급속히 가열하면 증기가 생성하여 몰드 벽이 조각나거나 깨질 수 있다. 하나의 링에 너무 많은 납형을 동일평면 상에 매몰하면 왁스의 팽창압이 매몰재를 분리하여 매몰재가 큰 덩어리로 분리하게 된다.
또한 너무 급속히 가열하면 매몰재의 균열을 일으킨다. 이런 경우에는 외측의 매몰재 부분이 내측의 매몰재에 비해 훨씬 더 많이 팽창하게 된다.
그러므로 소환 시에는 왁스를 완전히 제거하여야 하고 특히 매몰재에 탄소성분이 들어있다면 절대로 소환온도를 700℃ 이상으로 올려서는 안 된다. 더욱이 석고계 매몰재를 700℃ 이상으로 가열하면 황 가스가 발생한다.
서서히 소환하여야 하는 주의사항과 이유에도 불구하고 결과물을 빨리 얻고자하는 바램에 의해 개선된 매몰재 조성이 나오게 되었다. 급속소환방법에서는 주조링을 315℃로 예열된 전기로에 넣어 30분간 계류시킨 후 매우 급속히 최종소환온도까지 가열한다.
또한 일부 매몰재에서는 처음부터 최종소환온도로 예열된 퍼니스에 직접 주조링을 넣은 후 30분을 계류하고 주조하도록 하고 있다. 퍼니스의 구조상 주조링이 열선 가까이에 놓이는 경우와 전기로 내부 공기의 이용 가능 정도가 주조체의 크기와 표면활택도에 영향을 미칠 수 있으므로 이 방법으로 주조를 하기 이전에 이러한 요인들을 꼼꼼히 점검해 보는 것이 좋다.
인산염계 매몰재의 링 퍼니스 사용법
인산염계 매몰재의 모든 과정은 시간이 오래 걸리기 때문에 시간을 단축하고자 하는 요구가 강하다. 이 요구에 부응하여 매몰재 제조업체에서는 2단계 가열방법을 사용하여 좀 더 빨리 가열하는 매몰재를 출시하였는데 이 매몰재는 최고 소환온도로 가열해둔 퍼니스에 직접 넣어준 후 20~30분간 계류시켜 주조하면 된다.
링퍼니스, 이렇게 사용하라!
대부분의 기공소에서는 한 대의 퍼니스에 파샬, 골드, 메탈을 다 사용하기 때문에 900℃까지 올려 메탈을 캐스팅했다가 바로 골드를 캐스팅하기 위해 빨리 600℃까지 내리려고 문을 갑자기 활짝 여는데 이는 온도 센서가 고장 나기 쉬운 행동이다.
또한 급소환을 자주 하면 기기에 안 좋은 영향을 미치므로 충분한 계류타임을 가지는 것이 좋다. 퍼니스로 구었는데 덜 구어져 나오는 경우는 베큠의 문제와 온도 센서의 문제이므로 확인을 해봐야 한다. Tray를 빼서 매몰재 가루를 청소하는 등 퍼니스에 대한 철저한 청소와 관리만이 잔고장없이 오랫동안 사용할 수 있는 길이다.
매몰된 링을 퍼니스에 넣고 나서 지정된 최대온도까지 가열할 때 최대온도는 석고계 매몰재에서는 흡수성 팽창법을 이용할 경우 500℃, 열팽창법을 이용할 경우 700℃이다. 인산염계 매몰재를 사용할 경우에는 사용되는 합금의 종류에 따라 이 최대온도가 700~1030℃의 범위이다. 특히 석고계 매몰재는 인산염계 매몰재에 비하여 열분해 되기 쉬우므로 최대온도 설정에 더 주의하여야 한다.
소환되는 동안에 용융된 왁스 중 일부는 매몰재에 흡수되고 이것이 연소되면서 잔류된 탄소는 다공성 매몰재 내부에 갇히게 된다. 소환은 몰드가 아직 습기를 머금고 있는 동안에 시작하는 것이 바람직하다. 매몰재의 기공들 내에 갇힌 수분은 왁스가 매몰재에 흡수되는 것을 막아주며 수분이 가열되어 증발하면서 몰드 내에 남아 있던 왁스를 씻어내게 한다. 이 과정은 퍼니스 내에 있는 세라믹 트레이의 홈 위에 링 주입구를 아래로 향하게 하여 올려놓으면 쉽게 된다.
고온가열법을 사용하면 탄소를 일산화탄소 또는 이산화탄소로 변환시키기에 충분히 높은 온도로 몰드가 가열된다. 이러한 가스들은 가열된 매몰재의 기공들을 통해서 빠져나가게 된다.
2. Porcelain Furnace의 세계
포세린 퍼니스는 머플, pyrometer, 컨트롤시스템 등 3부분으로 구분되며 부속품으로 배큠 펌프가 있다. 내열성 재료로 구성된 머플 내부의 온도는 균일하게 열이 전달되어야 한다. 도재의 소성 온도에 따라 사용된 열선의 종류도 다르다. 고온 용융도재는 플래티늄선, 중온 용융도재는 칸탈선, 저온 용융도재는 니켈-크롬 선을 사용한다.
현재 제품들은 머플 내부의 온도를 표시하고 소성온도를 조정하는 방법, 소성 스케쥴 등 다 디지털화 되어 사용자에 따른 오차도 줄어들고 매우 정확하다. 배큠 펌프는 진공 소성 시 머플 내부의 공기 제거시 사용된다. 소성 중 진공 상태의 변화가 없어야 한다.
포세린 퍼니스의 시장현황
포세린 퍼니스는 기계안의 온도제어기술이 중요한데 이는 곧 머플의 중요성으로 이어진다. 또한 온도가 얼마나 정밀하고 오차가 없고 배큠 펌프가 어느 정도 기능을 하느냐가 중요하다. 풀 배큠(full vacuum)이란 배큠이 계속 돌아가는 것이 아닌 진공 상태를 체크해서 계속 그 상태를 유지하게 하는 것을 의미한다. 현재 시중에 보급되고 있는 포세린 퍼니스는 포세린 전용, 포세린과 프레스 겸용, 프레스 전용 등으로 구분해볼 수 있으며, 많은 포세린 퍼니스가 OEM방식으로 제조되고 있다.
포세린 퍼니스의 종류
도재 성분간의 열화학적 반응은 대부분 예비열처리라는 제조과정에서 이루어지고 기공과정의 하나인 도재의 소성은 열화학적 반응이 아니라 소결이라는 과정을 통해 도재분말의 입자들이 녹아 용착이 이루어지고 또한 축성물 속에 있는 수분이 소실되면서 도재입자의 밀도가 증가된다. 이때 밀도가 증가하면 수축이 일어나게 된다. 그러나 수축의 직접적인 원인은 도재입자들이 녹아 서로 용착이 이루어지면서 용융된 도재에 의해 표면장력이 발생되고 이 표면장력이 공간이나 입자사이의 틈새를 서로 끌어당김으로써 틈새가 채워진다. 그러므로 수축이 일어나게 되는 것이다. 도재의 수축은 필연적으로 아무리 응축이 잘되었다 할지라도 소성을 하면 수축은 발생하게 된다.
응축된 도재 형상은 저온용융 도재의 경우, 약 650℃로 예열된 전기로의 머플 앞 또는 아래에 위치시킨다. 이러한 예열 단계는 남아있는 수증기를 제거하게 해준다. 응축된 도재 형상을 심지어 약간만 데워진 전기로 안에 직접 위치시키기만 해도 증기를 급격하게 발생시켜비니어의 두꺼운 부분에 다공을 남기거나 파절이 발생하게 된다. 약 5분 동안 예열시킨 후에 도재는 전기로 안에 위치시켜 소성 사이클을 시작한다.
분말입자의 크기는 도재의 응축정도 뿐만 아니라 최종 제품의 충실함 또는 겉보기 밀도에 영향을 준다. 초기 소성온도에서 기공들은 전기로의 공기가 채워져 있다. 입자의 소결이 시작됨에 따라 도재 입자들은 그들의 접촉점에서 서로 결합한다. 온도가 올라감에 따라 소결된 글라스는 점차 흘러서 공기가 차지하던 공간을 메운다. 그러나 용융된 글라스의 점성이 너무 높기 때문에 모든 공기가 탈출할 수는 없어서 공기는 기공 형태로 갇히게 된다.
정확한 시간과 정확한 온도의 계획 하에 소성하는 것이 무엇보다 중요하다. 또한 소성을 통해 도재 내부의 기포를 제거하거나 감소시키기 위한 방법으로는 진공소성법 또는 가스 확산 소성법, 가압 소성법이 있다.
1) 진공소성법
진공소성법은 포세린 퍼니스의 머플 내부 공기를 빼내어 진공상태를 만들어 줌으로써 소성을 하는 동안 도재입자 사이에 잔존하던 기포를 진공 압력으로 빠져나가게 하여 입자간 거리를 줄여줌으로써 기포를 감소시키는 소성법이다. 이 방법의 장점은 도재의 소성 방법 중 가장 조작이 쉽고 기포의 감소를 증가시키며 진공 압력의 크기를 변화시키면 조작정도에 따라 도재수복물의 반투명도를 쉽게 조절할 수 있는 방법으로 가장 이상적인 소성법이다.
치과용 도재에서 다공성의 감소를 위해 도움이 되는 것은 진공소성이다. 진공소성은 다음과 같은 방법으로 다공성을 감소시킨다. 도재가 전기로에 놓일 때 분말입자들은 이들 주위의 공기채널들과 함께 밀집되어있다. 전기로 머플 안의 공기압이 진공펌프에 의해 대기압의 약 1/10 정도로 감소됨에 따라 입자들 주위의 공기 또한 이 압력으로 감소된다. 온도가 올라감에 따라 입자들은 서로 소결되고 폐쇄된 기공들이 도재 덩어리 안에 형성된다. 이렇게 폐쇄된 기공 내의 공기는 전기로의 공기로부터 격리된다. 상방 소성온도보다 약 55℃ 아래의 온도에서 진공은 해제되고 전기로 내부의 압력은 0.1기압에서 1기압으로 10배나 증가하게 된다. 압력이 10배로 증가되기 때문에 기공들은 원래 크기의 1/10로 압축되고 기공의 총체적은 따라서 감소된다. 모든 공기를 전기로에서 빼낼 수는 없다. 그러므로 약간의 기포가 진공 소성된 도재 내에 발생하지만 그것들은 공기 중에서 소성되었을 때 생긴 것들보다 현저하게 작다.
2) 가스 확산 소성법
지금은 잘 사용하지 않는 방법으로 포세린 퍼니스 내부에 공기 대신 확산성 가스를 머플 내부에 넣어 소성하면 도재의 성숙 온도에 도달할 때 작은 직경의 원자를 소유한 가스가 확산되면서 도재의 입자와 입자 사이에 스며 들어 분산되므로 잔존하는 기포를 확산력에 의해서 자체 내에서 분산시키거나 입자사이를 외부로 빠져나가도록 하는 방법으로 효과는 있으나 시간이 오래 걸리고 조작하기가 어렵다. 도재로 속에 넣을 수 있는 확산성가스로는 헬륨, 수소, 수증기가 있다.
3) 가압 소성법
가압 소성법은 도재가 최대의 성숙온도에 이르면 머플 내부에 10기압 정도의 압력을 가하면 도재 내부의 기포는 이 압력에 의하여 압축되고 크기가 작아진다. 이때 압력은 소성 중인 도재가 냉각되어 응축할 때까지 계속적으로 가압해 주어야 효과가 있다. 의치용 도치의 대량생산을 목적으로 사용하는 것 외에는 임상에서는 사용하지 않는다. 그 이유로는 도재를 대기압 상태에서 재 소성하거나 글레이징을 할 경우 압축되었던 기포가 원래의 크기로 되돌아오려는 역작용이 일어나기 때문이다. 그러므로 열처리에 노출되는 도재 수복물의 제작과정에서는 효과적이지 못하다.
4) 대기압 소성법
대기압 소성법은 도재를 대기압상태에서 소성하는 방법이다. 이 방법으로 소성하게 되면 기포 발생이 증가하고 도재 수복물의 반투명도 및 색조를 재현하는데 어려움이 따른다. 그러므로 임상에서는 적용하지 않고 글레이징 할 때 주로 적용한다.
포세린 퍼니스를 잘 사용하기 위한 선결조건, 온도 칼리브레이션
포세린 퍼니스 사용시 주의해야 할 점은 프로그램을 포세린 퍼니스에 맞게 설정해야 하며 항상 칼리브레이션을 해줘야 한다는 것이다. 사용하다 제대로 구어지지 않는 것 같으면 수치적으로 표시되는 온도와 머플 안의 온도가 일치하지 않는 것을 뜻한다. 이러한 부분을 기공소에서는 등한시 한다. 정기적으로 온도 칼리브레이션을 해서 정확한 온도를 유지해야 한다.
Pyrometer는 머플 내의 온도를 정확히 표시되어야 한다. 그러므로 pyrometer와 머플와의 온도의 차이를 보다 정확히 조절하여 소성온도의 변화에 의한 색상, 강도 등 도재에 이상이 없도록 하여야 할 것이다. 이러한 칼리브레이션은 도재로의 이동이나 장기간 사용으로 인한 오차가 생겼을 때 꼭 시행하여야 한다.
온도조정법인 wire test는 pure gold나 silver(99.99%)의 wire를 이용한 방법으로 검사방법은 먼저 test burning stand를 burning stand와 교체 후 stand 양 끝에 순은선을 감고 거기에서 나온 선을 칼리브레이션 jack에 삽입 후 플랫폼을 상승시켜 도재로 문을 닫는다. pyrometer의 온도를 1,760℉로 조정한 후 그 온도에서 bell이 울림과 동시에 순은선이 용융되는지 확인한 후 온도를 조정한다. 이 경우 일치하지 않을 경우 온도조절 screw를 조절하여 온도를 조정한다. 1회 조정은 불가능하므로 여러 차례 조정해야 한다.
포세린 퍼니스 사용시 주의사항
1.도재로 조작이 제조회사의 사용 설명서를 충분히 이해한 후 작동한다.
2.도재로를 처음 조작할 때는 급작스런 온도 가열을 피하고 서서히 가열하여야 하는데 이 시간은 도재 예열온도까지이며 그렇지 않을 경우에는 도재로 내부의 습기 때문에 머플의 수명이 짧아진다. 현재 판매되는 제품들은 사용하지 않는 밤 시간에도 일정한 온도를 유지하므로 위와 같은 단점을 보완하였다.
3.도재로 조작 최고온도는 머플 wire의 종류에 따라 다르지만 대개 2,500℉ 이상은 금지하는 것이 좋다.
4.머플 내부가 은, 동, 융제, 기름 등에 의해 오염되지 않도록 주의해야 하며 오염되면 머플을 청소하거나 교환해야 한다.
5. 진공도재 소성로는 머플을 silicon rubber로 밀폐시켜야 하므로 silicon rubber가 반복 가열 때문에 늘어나거나 오물 때문에 부식되지 않도록 해야 한다.
6. 모든 퍼니스는 복사열을 이용한다. 전도체가 없는 상태에서 에너지만 나오는 것이므로 포세린 퍼니스 사용할 때는 방향도 중요하고 챔버 안에서도 기공물을 어디에 위치 해 두느냐도 중요하다. 즉 히팅 센터를 찾는 것이 중요하다.
7. 포세린 퍼니스는 청소만 잘해주면 평균 10년이상 잘 사용할 수 있다. 내부의 머플을 청소하는 키트들이 나와있으며, 흑연으로 하는 방법은 좋지 않다. 붙어 있는 금속 이온들을 빨아들이는 기구들이 따로 있으니 그것을 이용해야 한다. 또한 클리닝 프로그램이라고 해서 온도를 굉장히 높여 불순물을 태우는 악세사리 프로그램들을 활용해도 좋다.
8. 머플을 감싸고 있는 스톤들이 수분을 많이 먹으면 문제가 많이 생기므로 수분제거가 중요하다.
9. 머플 자체에서 온도를 빨아들이기 때문에 항상 사용하기 전 한시간전에 켜놓는 것이 좋다. 지금은 오버나이트라고 머플이 식지 않게 계속 조절이 되는 기능을 탑제한 제품이 판매되고 있다.
10. 포세린 회사에서 말하는 온도도 중요하지만 자신의 퍼니스에 맞는 온도를 찾아내는 것도 중요하다.
11. 먼지가 에어벨트로 들어가는 방식을 보면 공기 중에 있는 먼지가 쑥 빨려 들어가는 것이 아니다. 기기 겉에 붙어 있다가 넘쳐서 안으로 슬슬 들어간다. 그러므로 기기 겉만 잘 닦아줘도 매우 효과적이다.
12. 기기 청소 시에는 청소기에 부드러운 브러쉬를 끼워 먼지를 흡입하고 물걸레로 닦은 후 마른 걸레로 닦아야 한다. 내부 청소는 가급적 A/S 기사에게 맡긴다.
13. 퍼니스는 전기를 따로 공급해주는 것이 좋다. 항상 일정한 전류가 흐르는 것이 가장 좋다.
포세린 퍼니스 선택요령
다음은 포세린 퍼니스 구입시 참고가 될 만한 체크리스트이다. 각 기공소의 현황과 사용파우더의 종류를 감안하여 선택한다.
1. 건조시간, 소성개시 온도, 진공개시 온도, 상승온도 속도, 진공해제 온도, 소성 최고온도, 계류시간, 서냉시간 등을 술자의 임의대로 프로그램화 할 수 있어야 한다.
2. 온도가 자동적으로 수정되어야 한다.
3. light, 방습기구가 있어야 한다.
4. 고장을 알려주는 구조로 되어 있어야 한다. 기계 장치에 고장이 났을 때는 도재를 소성하기 전에 하강하는 구조로 되어야 한다.
5. 진공 펌프의 성능은 매우 중요하다. 아무리 도재로가 뛰어나다고 해도 진공개시가 늦거나 진공이 된 후 소성 중 공기가 흡입된다면 조화로운 색조의 투명감을 재현할 수 없게 된다. 물론 100% 진공이라는 것은 있을 수 없다. 최대 어느 정도까지 진공상태를 만들 수 있느냐가 중요하다. 그러므로 진공펌프는 성능이 우수한 제품을 선택해야 한다.
6. 인터페이스를 살펴야 한다. 즉 조작이 편해야 한다. 초보자도 직관적으로 쉽게 접근할 수 있는 제품을 선택해야 한다. 기공소에서는 사람이 자주 바뀌기 때문이다. 그리고 제품 사용설명서가 잘 되 있어야 한다.
7. 소비전력을 확인 해 봐야 한다. 퍼니스 기기의 소비전력은 냉장고 한 대의 전력이 들어가는 기기이다. 기공소에서 전력소비가 심한 기기 중 하나이므로 효율성 좋은 제품을 선택해야 한다.
8. 유지보수가 잘 되는지 살펴봐야 한다. 유지관리가 편리한 구조인지 보고 잘 모르겠다면 교환 머플 가격을 문의 하거나 기기 평균 수명을 문의 해봐야 한다.
9. 프로그램 셋팅 개수는 그렇게 중요하지 않다. 에러를 체크할 수 있는 기능이 많이 들어있는지가 중요하다.
끝으로, 신터링 퍼니스는 최근 들어 지르코니아 때문에 많이 출시되고 있다. 방식에 따라서 칸탈선을 이용한 열소성로가 있고 마이크로웨이브를 이용한 제품도 있다.
신터링 퍼니스들은 대부분 칸탈선을 사용하는데 칸탈선이 가격이 비싼 대신 고온에서 잘 견디고 얇게 세밀하게 제작이 가능하다. 1600℃ 전후로 계류하기 때문에 내구성이 굉장히 좋다. 마이크로 웨이브 타입은 표면 광택 때문에 시장 반응은 좀 더 두고 봐야 할 것 같다.
포세린 퍼니스의 세계를 마무리하며...
포세린 퍼니스의 발전단계는 거의 정점에 달해있는 장비중 하나다. 따라서 과거이래 현재까지 기술력의 발전이 크게 달라지지는 않았다. 단지 부가적인 면에서 기능의 차이가 존재할 뿐이다. 이런 배경으로 소비자들은 일단 기본적인 기능에 충실한 제품을 선호한다. 항상 일정한 결과를 낼 수 있는 제품, 즉 결과물에 편차가 없는 제품이 좋은 제품이라고 말할 수 있다. 화려한 부가적 기능이 들어감에 따라 가격도 상승하므로 자신이 사용할 기능을 꼼꼼히 체크해보고 알맞은 제품을 선택해야 한다.
