[최신 치의기공임상학술논문] CNC 및 환봉 밀링으로 제조된  맞춤형 지대주의 정밀도 평가(예비 연구) 

Purpose: This study analyzes the influence of CNC milling and Bar milling manufacturing methods on the precision of custom abutments, with particular attention to the external surface and the margin.

Materials and methods: The study model with a lab analog placed in the mandibular first molar region was scanned using a model scanner to obtain an STL file.A custom abutment for the mandibular first molar was designed using dedicated design software, and three abutments were subsequently manufactured with a CNC milling machine and a bar milling machine (n = 3).The manufactured abutment samples were scanned with a model scanner to generate scan data, and deviations in the external surface and margin were evaluated using three-dimensional analysis software.The analysis parameters were set to a tolerance range of ±10 μm and a maximum deviation of ±100 μm. The RMS values for each specimen were calculated to compare precision, and statistical analysis was performed using the Mann-Whitney U test (α = 0.05).

Result: The RMS value showed 12.17 ± 1.46 μm in the CNC group and 17.20 ± 3.15 μm in the bar milling group for the external surface. For the marginal region, the RMS value showed 13.9 ± 6.03 μm in the CNC group and 14.5 ± 4.36 μm in the bar milling group. No statistically significant differences were observed between the two manufacturing methods in either region (p > 0.05). In the three-dimensional color-difference analysis, the CNC method exhibited generally uniform deviations with some areas showing positive deviation, whereas the bar milling method demonstrated relatively negative deviation.

Conclusion: In this study, the CNC and bar milling methods showed clinically acceptable precision in both the external surface and the marginal region, with no statistically significant differences between the two (p > 0.05).

Keyword: CAD/CAM, Custom abutment, 3D deviation analysis, CNC, Bar milling

서론
기존 아날로그 방식으로 제작되던 치과 보철물은 디지털 기반의 CAD/CAM 기술을 적극적으로 활용하여 제작되고 있다. 이는 수작업 기반의 아날로그 방식보다 보철물 제작의 효율성과 정확도를 크게 향상시킨다.

CAD/CAM 기술을 활용하여 제작된 맞춤형 지대주의 제조 방식은 CNC 밀링 방식과 환봉 밀링 방식으로 분류되는데, CNC 밀링 방식은 디스크 형태의 재료에서 전체 형태를 깎아내는 방식인 반면, 환봉 밀링 방식은 임플란트와의 연결 부위가 미리 가공된 블록을 이용하여 상부 구조만 형성하는 방식이다.

이러한 공정상의 차이는 최종 보철물의 정확도에 차이가 발생한다. 제작된 맞춤형 지대주의 부적합은 임플란트 주위 점막염 및 지대주 나사 풀림의 위험을 증가시키는 요인이 될 수 있으며, 이는 궁극적으로 임플란트 치료 실패로 연결될 수 있다.

그러나 두 밀링 방식 간 정밀도 차이를 직접적으로 비교한 연구는 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 최종 정확도를 평가하는데 있어 선행 연구 단계로 CNC 밀링 방식과 환봉 밀링 방식으로 제작된 맞춤형 지대주의 외부 표면(External surface)과 변연(margin) 부위의 정밀도를 우선적으로 평가하고자 한다.

지대주 변연부의 정밀도 부족은 최종 보철물의 부적합을 야기하여 미세 누출 및 세균 침투의 원인이 될 수 있다. 외부 표면 형태의 비일관성은 보철물의 유지력 저하 및 치은 관통 부위의 연조직 반응에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 따라서 본 연구는 보철물의 적합도와 장기적인 임상적 안정성에 영향을 미칠 수 있는 핵심 부위의 정밀도를 평가하고자 한다.

재료 및 방법
1. 시편 제작
본 연구를 위해 연구모형은 하악 좌측 1대구치가 상실된 모델을 선정하였다. 선정된 모델은 치과용 모델 스캐너(E4, 3-Shape, Copenhagen, Denmark)를 사용하여 STL 파일로 형성하였고, 해당 파일을 치과용 CAD 프로그램으로 맞춤형 지대주를 디자인하였다.

디자인된 파일은 CNC 밀링 방식 (SB-20R type G, Star Micronics CO., Ltd, Japan) 과 환봉 밀링 (CRAFT 5X, DOF Inc, South Korea) 방식을 사용하여, 각 그룹당 3개 맞춤형 지대주 시편을 제작하였다.(n=3)

2. 3차원 평가
3차원 평가를 위해 제작된 맞춤형 지대주를 동일한 모델 스캐너(E4, 3-Shape, Copenhagen, Denmark)를 사용하여 스캔하고 STL 파일 형식으로 저장하였다. 외부 표면(External surface)과 변연(margin)부위를 3차원 분석 프로그램 (Geomagic Control X; 3D Systems)으로 측정하였다. 두 그룹 간 정성적 비교를 위해 3차원 색차 분석을 수행하였다.분석 시 공차 범위는 ±10 μm, 최대 편차는 ±100 μm로 설정하였다. 분석 결과 Root mean square (RMS)값이 산출되었고, 통계 분석은 비모수 검정인 Mann-Whitney U 검정으로 실시하였다(α=0.05).

연구결과
각 그룹별 정밀도의 평균과 표준편차는 Table 1과 같다.

두 가지 제조방식으로 제조된 맞춤형 지대주의 정밀도 (RMS: Mean±SD) 평가 결과 외부표면(External surface) 정밀도는 CNC그룹 12.17±1.46μm, 환봉그룹 17.20±3.15μm 변연부위(Margin)의 정밀도는 CNC그룹 13.90±6.03μm, 환봉그룹 14.50±4.36μm이며 두 그룹 간 차이는 통계적으로 유의미한 차이를 보이지 않았다(p>0.05).

고찰 및 결론
본 연구에서는 CNC 밀링과 환봉 밀링 방식으로 제조된 맞춤형 지대주의 외부 표면과 변연 부위의 정밀도에 미치는 영향을 분석하고자 했다. 정량 분석 결과, 마진과 외부 표면 모두에서 두 제조 방식 간 통계적으로 유의한 정밀도 차이는 나타나지 않았으며(p > 0.05), 두 방식 모두 임상적으로 허용 가능한 수준의 정밀도를 보였다.

그러나 평균 RMS(Root Mean Square) 값을 비교했을 때 두 방식 사이에 차이가 존재하는 양상이 관찰되었으며, 특히 상부 보철물과 접촉하는 외부 표면에서는 CNC 그룹이 12.17±1.46μm, 환봉 그룹이 17.20±3.15μm를 보여 CNC 방식이 더 낮고 일관된 편차를 보일 가능성을 확인하였다. 이러한 차이는 통계적 유의성과 별개로, 임상적으로 보철물의 적합도나 장기적인 안정성에 영향을 미칠 수 있는 가능성을 시사한다.

3차원 색차맵으로 정성적 분석에서 나타난 두 방식의 편차 차이이다. CNC 방식은 전반적으로 편차가 작고 균일한 경향을 보였으나 일부 영역에서 기준 표면보다 돌출된 양의 편차가 관찰되었다.

이는 최종 보철물 장착 시 내면 간섭을 유발하여 추가적인 조정이 필요할 수 있음을 시사한다. 반면, 환봉 방식은 CNC보다 정밀도는 다소 낮았지만 기준 표면 대비 음의 편차를 보였으며 보철물 장착 시 간섭의 위험은 상대적으로 적지만, 예상보다 시멘트 공간이 미세하게 넓어질 수 있는 가능성을 시사한다. 

본 연구는 예비 연구의 성격상 단일 치아 형태만을 적용하였고, 그룹당 3개의 적은 시편 수로 인해 통계적 검정이 제한적이었다. 또한 정밀도 평가에 국한되어 실제 디자인 원본과의 일치도를 보는 진실도(trueness) 평가는 포함되지 않았다.

결론적으로, 본 연구의 제한된 조건 내에서 CNC 방식과 환봉 방식은 모두 임상적으로 수용 가능한 정밀도를 보였으나, CNC 방식이 외부 표면에서 더 일관된 정밀도를 나타내는 경향이 있었다.

또한 두 방식은 서로 다른 편차 양상을 보여 임상적으로 다른 고려사항이 필요할 수 있음을 시사하였다. 따라서 향후 연구에서는 표본 수를 확대하여 통계적 신뢰도를 높이고, 다양한 치아 형태에 적용하여 진실도 평가를 포함한 포괄적인 정확도 분석이 진행되어야 할 것이다.

참고문헌
1. Kang, Wol, and Hyuk-Joon Lee. "Accuracy of implant custom abutments fabricated using 5-axis milling machines." Journal of Technologic Dentistry 47.1 (2025): 24-29.
2. Tallarico, Marco, et al. "Accuracy and Precision of Digital Impression with Reverse Scan Body Prototypes and All-on-4 Protocol: An In Vitro Research." Prosthesis 7.2 (2025): 36.
3. Zhou, Yuan, Lang You, and Zhen Fan. "Accuracy of implant abutment level digital impressions using stereophotogrammetry in edentulous jaws: an in vitro pilot study." BMC Oral Health 24.1 (2024): 1167.
4. Târtea, Daniel Adrian, et al. "Comparative study of dental custom CAD-CAM implant abutments and dental implant stock abutments." Journal of Clinical Medicine 12.6 (2023): 2128.
5. Jeon, Jin-Hun, et al. "Trueness and precision of scanning abutment impressions and stone models according to dental CAD/CAM evaluation standards." The journal of advanced prosthodontics 10.5 (2018): 335.