치과 올 세라믹의 발전과 그에 따른 특성의 변화 ③
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치과 올 세라믹의 발전과 그에 따른 특성의 변화 ③
  • zero 편집팀
  • 승인 2015.06.23 15:49
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Chong-Myeong Kim, Il-Do Jung, Woong-Chul Kim*

김총명, 정일도, 김웅철* 

치과캐드캠기자재품질평가연구회

고려대학교 대학원 보건과학과 치의기공전공

Department of Dental Lab. Science & Engineering, College of Health Science, Graduate School, Korea University

서론
최근 치과 캐드캠이 발전하면서, 기존에 보철물을 제작하는 방법인 wax up, 캐스팅 등의 방법들이 점차 사라지고, 컴퓨터를 이용한 보철물 제작방식(CAD/CAM)이 자리잡고 있다. 이러한 변화 추세에 맞쳐서 캐드캠을 이용해서 제작해야하는 세라믹 계열 재료들의 소비도 증가하고 있는 추세이다. 세라믹 재료를 이용한 보철물을 제작하기 위해서는 열가압(heat pressing)이나 slip cast, 그리고 치과 캐드캠 장비를 이용할 수 있다.
특히 Lithium disilicate 같은 재료의 제작을 위해서는 주로 연삭을 이용해 제작하는 방법이 주로 사용된다. 하지만 연삭 도구를 이용해 lithium disilicate를 가공하게 된다면 연삭 도구에 의해 표면의 거칠기가 다양하게 변화된다. 이러한 표면 거칠기는 보철물의 색조, 결합력, 색소 침착, plaque의 침투 등에 영향을 미치게 된다. 따라서 기계가공으로 제작된 ceramic 재료의 표면 거칠기 평가는 중요하다고 할 수 있다.
따라서 본 리뷰는 기계가공으로 제작한 보철물의 표면 거칠기에 대한 정보를 제공하고 이에 따른 보철물 제작에 있어서 유의점을 보여주고자 한다.


본론
표면 거칠기란, 가공된 금속 표면에 생기는 주기가 짧고, 진폭이 비교적 작은 불규칙한 요철의 크기라고 이야기하고 있다. 이러한 표면거칠기는 가공방법에 따라 그 형태가 다양하다 (Fig. 1) (출.처 - 네이버 지식백과).

Fig. 1 가공 형식에 따른 다양한 표면 거칠기

선반 가공 (Lathe)은 깍을 소재를 선반에 고정 시킨 후 회전시켜 고정된 도구를 이용해 깍거나 파내는 가공 방법으로 깍이는 재료가 회전을 하고 있기 때문에 주로 원통이나 원뿔, 접시 등 대칭적인 가공물을 만들 때 주로 사용된다. 과거에는 발판을 이용해 사람의 힘으로 가공했지만 최근에는 동력을 이용해 가공하고 있다.
Fig. 2 연삭가공 모식도도

연삭 가공 (Grinding)은 단단하고 미세한 입자를 결합하여 제작한 공구를 이용해 고속으로회전시켜 가공하는 방법으로 치과기공 영역에서는 주로 스톤버나 다이아몬드 버를 이용해 가공하는 방식을 이야기 한다. 연삭 가공은 입자를 이용해 가공을 하기 때문에 표면이 불규칙한 것이 특징이다 (Fig.2) (출처-네이버지식백과).
Fig. 3 랩다듬질 모식도

랩 다듬질은 랩과 공작물 사이에 랩제를 넣고 압력을 가해 문지르는 방법으로 치수 정도가 좋은 정밀한 다듬질면을 얻을 수 있는 특징이 있다(Fig. 3)(출처 - 네이버 지식백과). 이렇게 가공 방법에 따라 표면 거칠기는 서로 다르다는 것을 알 수 있다. 특히 lithium disilicate와 같은 재료는 연삭을 이용하여 가공하기 때문에 더욱더 불규칙한 표면 거칠기를 얻게 된다. 표면 거칠기는 촉침자를 이용해 측정할 수 있는데, 이 촉침자는 촉침자의 모판(substrate) 끝에 아주 미세한 힘 (nN)에서 쉽게 휘어지는 캔틸레버가 있고, 이끝에 탐침이 부착되어 있다. 촉침자의 탐침의 끝은 시편의 끝에 닿게 되면 인력과 척력에 의해 캔틸레버의 휨히 발생하게 되면서 거칠기를 측정하게 된다. 이러한 표면거칠기는 촉침자 외에도 레이저를 이용해 측정할 수도 있다.
Profile method type은 선 거칠기라 부르며, 직선에 따라 거칠기를 측정할 수 있다. 이때 표면 거칠기는 촉침자를 사용해 측정할 수 있다. Area method type은 면 거칠기라 부르며 임의의 사각형 범위의 표면 거칠기 정도를 측정할 수 있다. 이때 표면 거칠기는 레이저를 이용해 측정할 수 있다(Fig. 4).
 
Figure. 4 (위) Profile method type (아래) Area method type (출처: http://www.olympus-ims.com)

측정된 표면 거칠기는 Fig. 5과 같은 표로 나타낼 수 있다.
먼저 Ra는 평균 거칠기를 나타내며, 이를 평균과 표준편차로 나타낼 수 있다. 또한 Rp는 최대 단면 산 높이, Rv는 최대 단면 골 길이를 나타내고 있다. 따라서 Rp와 Rv를 합치면 Rz로 최대 높이를 나타낸다. 이는 10점 평균 높이 거칠기라고 부른다.
하지만 표면 거칠기의 측정이 다 정확한 것은 아니다. 촉침자를 이용한 표면 거칠기의 측정에도 오차가 존재한다.

 
Fig. 5 표면거칠기 그래프 및 기호 설명 (위) Ra: Average, Roughness of profile (아래) Rz: Mean peak to valley height of roughness profile, Rp: Maximum peak height, Rv: Maximum valley depth (출처: http://www.ns-tool.com/technology/technology, http://www.olympus-ims.com )

Fig. 6에서는 촉침자의 침 두께가 골의 가장 깊은 지역까지 들어가지 못하면서 생기는 오차를 보여주고 있다. 발생하는 오차를 해결하기 위해 촉침자의 크기는 보통 10㎛ 이하인 것이 많이 사용되고 있는 추세이다.
기계적 가공 중에 생기는 미세균열은 최종보철물의 기계적인 특징을 악화시킬 수 있다.

Fig. 6 접촉식 표면 거칠기 측정 시 발생하는 오류

Fig. 7과 같이 기계가공을 마친 후에 재료의 표면에 미세한 크랙이 생기는 것을 알 수 있다. 이러한 미세균열은 기계적인 특징을 약화시림은 물론, 색조에도 영향을 줄 수 있으며, 미세균열을 통해 세균이 침투하면 보철물의 수명도 줄어 들 수있다.
또한 도구의 변수와 이송량, 절삭 깊이 등도 표면에 손상을 줄 수 있으며, 최종 보철물에 심각한 문제를 발생할 수도 있다.

 
Fig. 7 기계가공 후에 재료의 표면에 생기는 미세균열

Fig. 8 연삭 과정 중에 생긴 가 line angle의 손상

Fig. 8은 연삭과정 후에 발생된 line angle의 손상을 보여주고 있다.
따라서 기계가공으로 제작된 보철물은 표면 거칠기와 보이지 않는 미세한 손상을 고려하여야한다.
기계가공으로 생기는 다양한 변수들을 기공사가 잡아 내기는 어렵지만, 보철물 제작 시 다양한 상황을 고려해서 제작한다면 우수한 보철물의 제작이 가능할 것이다.
결론
기계가공으로 제작되는 ceramic 계열 중 특히 lithium disilicate는 연삭 도구에 의해 제작되기 때문에, 보철물의 표면이나 line angle 등에 품질을 낮출 수 있는 다양한 변수들이 존재할 수 있다.
이러한 변수들을 고려해서 보철물을 제작한다면 환자에게 보다 만족감을 높일 수 있을 뿐만 아니라 보철물의 수명도 길어 질 수 있다.

 

참고문헌

1. S1. Luthardt RG, Holzhüter MS, Rudolph H, Herold V, Walter MH. CAD/CAM-machining effects on Y-TZP zirconia. Dental Materials 2004;20:655-662.
2. Lebon N, Tapie L, Vennat E, Mawussi B. Influence of CAD/CAM tool and material on tool wear and roughness of dental prostheses after milling. The Journal of prosthetic dentistry 2015; in press.
3. Ryu SH, Choi DK, Chu CN. Roughness and texture generation on end milled surfaces. International Journal of Machine Tools and Manufacture 2006;46:404-412.
4. Yin L, Song XF, Qu SF, Han YG, Wang H. Surface integrity and removal mechanism in simulated dental finishing of a feldspathic porcelain. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials 2006;79:365-378.
5. Bollenl CM, Lambrechts P, Quirynen M. Comparison of surface roughness of oral hard materials to the threshold surface roughness for bacterial plaque retention: a review of

 


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