[논문]주조방식에 따른 티타늄 주조체의 내부결함 비교

이경은; 김부섭; 정인성

주조방식에 따른 티타늄 주조체의 내부결함 비교
Comparison of internal porosity of dental titanium castings with different casting machines 원문보기

대한치과기공학회지 = The Journal of Korean Academy of Dental Technology, v.29 no.2, 2007년, pp.129 - 140

이경은 (부산가톨릭대학교 보건과학 대학원) , 김부섭 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 치기공학과) , 정인성 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 치기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to evaluate the titanium castability (internal porosity) between pressure type casting machine & centrifugal casting machine with air-vent or not. Internal porosity is a well-known problem in dental titanium casting, resulting in inferior mechanical properties of dental restorations. To evaluate the castability, the square plate was chosen. 40 plate patterns($20{\times}20{\times}1.8mm$)were attached to funnel-shaped sprue. Then 20 plate patterns were attached air-vent. They were invested in titanium investment material and cast in a pressure type casting machine(20castings) and centrifugal casting machine(20castings). Each group were divided with air-vent(10castings) or not(10castings). The titanium castings were evaluated by radiographic photograph for the location of the internal porosities. The percentage porosity of each specimen was determined using standardized digital radiographs. The results were analyzed with analysis of variance and t-test for paired comparison between two groups.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 air-vent의 부착유무와 주조방식에 따른 정밀주조시의 티타늄의 내부 기포 발생의 차이를 살펴보고자 하였다. 주입선의 길이는 주조 결과에 미치는 영향이 적다는 보고에 따라 제조사의 지시대로 5.
본 연구에서는 치과정밀주조에서 주조배압 다공이나 배압(back-pressure)에 의한 주입불량의 대책으로 자주 이용되는 air-vent의 효과를 티타늄 주조에서 확인하고, 두 가지 다른 방식의 티타늄 주조기를 사용한 주조실험에서 내부 기포의 생성을 상호 비교하고자 하였다.
티타늄주조용 가압주조기와 원심주조기에서 주조 후 주조체의 내부기포 수를 티타늄 전용 X-ray 촬영기로 촬영하여 상호 비교 분석하여 air-vent의 부착유무와 주조방식에 따른 내부 기포의 발생정도를 조사, 보고한다.

제안 방법

① PN, ② PA 그룹은 티타늄 가압주조기 전용 매몰재(Rematitan plus, Dentarium, Germany)로, ③ CN, ④ CA 그룹은 티타늄 원심주조기 전용 매몰재(Ti-tec, SEIT, Italy)로 진공상태에서 혼합하고 매몰하였으며 상부를 슬라이드 글라스로 덮은 후 표면이 직각이 되도록 경화시켰다. W/P ratio, 매몰재의 경화시간, 그리고 소환 과정은 각 제조사의 매뉴얼에 맞게 처리하였다.
금속은 Cp Titanium ingot를 사용하였다. ① PN, ② PA 그룹은 가압주조기(Rematitan Autocast, Dentaurum, Germany)를 이용하고, ③ CN, ④ CA 그룹은 원심주조기(Supercast, Seit, Italy)를 사용하여 각 그룹 당 10개씩 총 40개의 주조를 하였다.
① PN, ② PA 그룹은 티타늄 가압주조기 전용 매몰재(Rematitan plus, Dentarium, Germany)로, ③ CN, ④ CA 그룹은 티타늄 원심주조기 전용 매몰재(Ti-tec, SEIT, Italy)로 진공상태에서 혼합하고 매몰하였으며 상부를 슬라이드 글라스로 덮은 후 표면이 직각이 되도록 경화시켰다. W/P ratio, 매몰재의 경화시간, 그리고 소환 과정은 각 제조사의 매뉴얼에 맞게 처리하였다.
가로, 세로 20㎜의 plate를 100등분하여 작은 사각형 1개 크기의 내부 기포를 1(2×2㎟)로 하여 개수를 측정하였다.
가압방식 주조기를 사용하며 air-vent를 부착하지 않은 그룹을 ① PN, 가압방식 주조기를 사용하며 air-vent를 부착한 그룹을 ② PA라 하였다. 또한 원심방식 주조기를 사용하며 airvent를 부착하지 않은 그룹을 ③ CN, 원심방식 주조기를 사용하며 air-vent를 부착한 그룹을 ④ CN이라 하였다.
와 Patil NP, 2007). 매몰재는 각 주조기 회사에서 출시되는 티타늄 전용 매몰재를 사용하였으며 W/P ratio, 매몰재의 경화시간 및 소환 계획은 각 제조사의 매뉴얼에 따랐다.
왁스 모형을 20개씩 두 그룹으로 나누어 한 그룹에는 직경 1.0㎜, 길이 20㎜의 air-vent를 부착하였고 다른 한 그룹은 air-vent를 부착하지 않았다(Fig. 1).
본 연구에서는 air-vent의 부착유무와 주조방식에 따른 정밀주조시의 티타늄의 내부 기포 발생의 차이를 살펴보고자 하였다. 주입선의 길이는 주조 결과에 미치는 영향이 적다는 보고에 따라 제조사의 지시대로 5.0㎜가 되도록 설계하였으며(Vidovic Y. 등, 1995), 주입선의 냉각 속도가 왁스 패턴의 냉각보다 빠르면 수축 기포가 발생할 수도 있으므로 주조체의 최후부보다 더 두꺼운 주입선을 사용하였다(Kuroda T. 등, 1971). 또한 주입선과 왁스 패턴의 부착부 형태에 관해서도 부착부를 좁게 해주면 기포가 많이 발생한다는 보고에 따라 부착 부위를 넓게 깔대기 형태로 했다(Verrett RG.
주조 후 왁스 패턴의 재현여부를 관찰하고, 제작된 시편을 티타늄 전용 내부 주조결함 측정기인 x-ray기(Schultz Dental, Germany)를 사용하여 촬영한 다음 내부 기포의 형태, 크기를 비교하였다.

대상 데이터

또한 원심방식 주조기를 사용하며 airvent를 부착하지 않은 그룹을 ③ CN, 원심방식 주조기를 사용하며 air-vent를 부착한 그룹을 ④ CN이라 하였다. 각 그룹의 시편 수는 10개씩으로 하였다.
금속은 Cp Titanium ingot를 사용하였다. ① PN, ② PA 그룹은 가압주조기(Rematitan Autocast, Dentaurum, Germany)를 이용하고, ③ CN, ④ CA 그룹은 원심주조기(Supercast, Seit, Italy)를 사용하여 각 그룹 당 10개씩 총 40개의 주조를 하였다.
본 실험에서는 가압주조방식(Rematitan Autocast, Dentaurum, Germany)주조기와 원심주조방식(Supercast, SEIT, Italy)의 주조기 2종을 사용하였다(Table 2).
주조성을 평가하기 위해서 두께 1.8㎜인 plate wax를 가로 20㎜, 세로 20㎜의 정사각형 모양으로 절단한(20㎜×20㎜×1.8㎜) 후 직경 3.0㎜, 길이 5.0㎜의 sprue를 붙여40개의 왁스 모형을 제작하였다.

데이터처리

각 실험군 별로 내부기포 수의 평균과 표준편차를 계산하였다. 통계처리는 SPSS를 사용하였으며, 주조방법과 air-vent의 부착여부에 따른 내부기포의 수를 검정하기 위하여 일원변량 분산분석(one-way ANOVA)을 시행하였다.
각 실험군 별로 내부기포 수의 평균과 표준편차를 계산하였다. 통계처리는 SPSS를 사용하였으며, 주조방법과 air-vent의 부착여부에 따른 내부기포의 수를 검정하기 위하여 일원변량 분산분석(one-way ANOVA)을 시행하였다.

성능/효과

1. 티타늄 주조체의 내부기포의 비교에서 주조 결함 발생 정도는 ① 가압주조방식을 사용하고 air-vent를 부착하지 않은 그룹(PN)에서 평균 1.6개 ② 가압주조방식을 사용하고 air-vent를 부착한 그룹(PA)에서 평균 3.2개 ③ 원심주조방식을 사용하고 air-vent를 부착하지 않은 그룹(CN)에서 평균 0.4개 ④ 원심주조방식을 사용하고 air-vent를 부착한 그룹(CA)에서 평균 0.1개로 나타나 가압주조방식이 원심주조방식보다 많았으나 통계적으로 유의차는 없었다.
2. 가압주조방식, 원심주조방식 주조기 모두 air-vent의 효과에 대해서는 통계적으로 유의차가 없었다.
본 실험 결과 주조방식과 air-vent의 부착 여부에 따른 내부기포의 유의차는 없었지만 주조 결과 내부기포의 개수 비교에서 기포 발생 정도는 원심주조방식이 더 적었으며 가압주조방식에서는 air-vent를 부착하지 않은 쪽이 내부기포의 발생이 적었고 원심주조방식에서는 airvent를 부착한 쪽이 내부기포의 발생이 적었다.
본 실험의 주조 결과 네 그룹 간 통계학적으로 내부 기포 생성의 차이는 없었다. 통계학적으로 측정된 주조 티타늄의 내부기포의 비교에서 주조결함 발생정도는 원심 주조방식과 가압주조 방식 사이에 통계학적으로 유의차가 없었으며 가압방식, 원심방식 주조기 모두 air-vent의 효과에 대한 유의차가 없었다.
이로써 선행된 연구들과 본 실험의 결과로 유추해볼 때 가압주조 방식의 경우 통기성이 낮은 매몰재를 사용하는 것이 주조성에 유리하며, 따라서 air-vent를 부착하는 것이 오히려 주조성을 떨어뜨린다고 볼 수 있다. 반면 원심주조방식의 경우 상대적으로 가압주조 방식에 비한 높은 주조압으로 인해 배압이 발생할 수 있으므로 통기성이 좋은 매몰재와 air-vent를 사용함으로써 주조성을 높여줄 수 있다.
본 실험의 주조 결과 네 그룹 간 통계학적으로 내부 기포 생성의 차이는 없었다. 통계학적으로 측정된 주조 티타늄의 내부기포의 비교에서 주조결함 발생정도는 원심 주조방식과 가압주조 방식 사이에 통계학적으로 유의차가 없었으며 가압방식, 원심방식 주조기 모두 air-vent의 효과에 대한 유의차가 없었다.

후속연구

티타늄 정밀주조는 계속하여 주조기와 재료 및 기술에 대해 개선 연구를 하고 있다. 티타늄이 임상에서 치과보철물의 금속으로써 보다 널리 사용되기 위해서는 티타늄의 주조성은 더욱 향상되어야 하며, 특히 주조체의 미세부분까지 재현하기 위해서는 티타늄의 주조성에 영향을 미치는 여러 가지 요소들에 대한 연구가 복합적으로 이루어져야 할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 lost-wax technique을 사용하면서 티타늄 주조의 어려움을 극복하고자 한 노력에는 어떤 것들이 있는가?	따라서 납형을 형성한 후 매몰∙소환하여 주조하는 기존의 lost-wax technique을 사용하되 티타늄 주조의 어려움을 극복하기 위한 여러가지 방법이 개발되었다. 티타늄 주조 시 높은 용융온도에서 산화층이 형성되는 것을 최대한 억제시키기 위하여 전기 아크나 고주파 등의 고온의 열원으로 아르곤이나 헬륨 같은 불활성 기체의 분위기 하에서 티타늄을 용융시키고 가압법 또는 가압∙흡인법, 원심주조법으로 주조하는 티타늄 전용 주조기가 개발되었고, 또한 티타늄의 높은 용융점에서 견딜 수 있는 충분한 내열성과 티타늄의 수축보상을 보상하고 티타늄의 산화를 억제할 수 있도록 화학적 안정성을 가진 매몰재가 개발되었다(Watanabe 등, 1992; Almesmar 등, 1999; Elipoulos 등, 2004).
	티타늄이 치과보철물 재료로서 각광 받는 이유는 무엇인가?	티타늄은 미세경도와 항복강도 같은 기계적 성질이 우수할 뿐만 아니라 낮은 비중, 높은 부식저항성으로 인해 1950년대부터 여러 공학 분야에서 유용하게 사용되어 왔다(Kupper H., 1992; Wang RR.과 Boyle AM., 1993). 또한 생체적합성이 뛰어나고 금합금보다 낮은 열전도 성으로 인해 시술 후 열에 의한 지각과민을 감소시키기 때문에 치과보철물의 재료로서도 각광받고 있다(Parr 등, 1985; Eugene과 Peter, 1993).
	치과보철물 재료인 티타늄은 어떤 단점을 지니고 있는가?	그러나 용융점이 높고 고온에서 산소, 질소, 수소 등과 친화성이 있어 산화층(TiO2)을 쉽게 형성하며비중이낮아서통상적인 lost-wax technique 주조법으로는 주조하기 어려운 단점이 있다(Bessing과 Bergman, 1992; Miyazaki, 1995).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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