목적: 레이저를 이용한 치과 보철물 세라믹 복합소재 Lava Ultimate와 IPS e.max의 가공성 평가를 하고자 한다. 재료 및 방법: 3M, Lava Ultimate와 Ivoclar vivadent, IPS e.max의 가공성 평가를 위해 $CO_2$ 레이저, 피코초 레이저, 펨토초 레이저를 사용하였으며, 공초첨 현미경을 이용하여 가공 형상을 분석하였다. 결과: 세라믹 복합체의 취성 및 탄화, 균열 등은 소재의 열축적에 영향을 받고 레이저 출력 및 펄스 시간에 의해 제어가 가능함을 알 수 있었다. 결론: $CO_2$ 레이저를 이용하여 세라믹 복합소재 가공 시 미세 균열과 탄화가 즉시 발생하였으며, 피코초 레이저 가공의 경우 미세 균열은 일부 개선되었으나 탄화 현상은 지속적으로 발생되었다. 하지만 펨토초 레이저를 이용한 레이저 가공 시 출력 대비 높은 효율의 가공성을 확인하였으며, 특히 세라믹 레진 복합소재인 Lava Ultimate의 경우 펨토초 레이저를 이용하여 가공 시 가장 우수한 가공성을 보였다.
목적: 레이저를 이용한 치과 보철물 세라믹 복합소재 Lava Ultimate와 IPS e.max의 가공성 평가를 하고자 한다. 재료 및 방법: 3M, Lava Ultimate와 Ivoclar vivadent, IPS e.max의 가공성 평가를 위해 $CO_2$ 레이저, 피코초 레이저, 펨토초 레이저를 사용하였으며, 공초첨 현미경을 이용하여 가공 형상을 분석하였다. 결과: 세라믹 복합체의 취성 및 탄화, 균열 등은 소재의 열축적에 영향을 받고 레이저 출력 및 펄스 시간에 의해 제어가 가능함을 알 수 있었다. 결론: $CO_2$ 레이저를 이용하여 세라믹 복합소재 가공 시 미세 균열과 탄화가 즉시 발생하였으며, 피코초 레이저 가공의 경우 미세 균열은 일부 개선되었으나 탄화 현상은 지속적으로 발생되었다. 하지만 펨토초 레이저를 이용한 레이저 가공 시 출력 대비 높은 효율의 가공성을 확인하였으며, 특히 세라믹 레진 복합소재인 Lava Ultimate의 경우 펨토초 레이저를 이용하여 가공 시 가장 우수한 가공성을 보였다.
Purpose: The laser processability of dental prosthesis is investigated using two ceramic composites, including 3M, Lava Ultimate and Ivoclar vivadent, IPS e.max. Materials and methods: The $CO_2$ laser, picosecond laser and femtosecond laser are used to assess the processing power of dent...
Purpose: The laser processability of dental prosthesis is investigated using two ceramic composites, including 3M, Lava Ultimate and Ivoclar vivadent, IPS e.max. Materials and methods: The $CO_2$ laser, picosecond laser and femtosecond laser are used to assess the processing power of dental prosthetic materials Lava Ultimate and IPS e.max and the line processing shape was measured using a confocal microscope. Results: The brittleness, carbonization and micro crack of the ceramic composite were influenced by heat accumulation of the material and could be controlled by the laser power and pulse time. Conclusion: In the case of $CO_2$ lasers, micro crack and carbonation occurred immediately, and in the picosecond laser processing, the micro cracks are partially improved, but the carbonization occurs continuously. Finally, we confirmed the high efficiency of laser processing with femtosecond laser. In particular, Lava Ultimate, a ceramic resin composite material, showed the best processability when processed using a femtosecond laser.
Purpose: The laser processability of dental prosthesis is investigated using two ceramic composites, including 3M, Lava Ultimate and Ivoclar vivadent, IPS e.max. Materials and methods: The $CO_2$ laser, picosecond laser and femtosecond laser are used to assess the processing power of dental prosthetic materials Lava Ultimate and IPS e.max and the line processing shape was measured using a confocal microscope. Results: The brittleness, carbonization and micro crack of the ceramic composite were influenced by heat accumulation of the material and could be controlled by the laser power and pulse time. Conclusion: In the case of $CO_2$ lasers, micro crack and carbonation occurred immediately, and in the picosecond laser processing, the micro cracks are partially improved, but the carbonization occurs continuously. Finally, we confirmed the high efficiency of laser processing with femtosecond laser. In particular, Lava Ultimate, a ceramic resin composite material, showed the best processability when processed using a femtosecond laser.
따라서 본 실험을 통해 세계적인 치과 의료시장에서 가장 많이 연구 및 임상에 적용되며, 치과용 싱글 크라운 및 인레이 등에 사용하는 대표적인 치과용 보철물 소재(세라믹 복합소재)인 3M Lava Ultimate (3M, St. Paul, MN, USA), IPS e.max (Ivoclar vivadent, Schaan, Liechtenstein) 가공 블록을 활용하여 레이저가공 실험을 진행하고, 가공에 대한 적용 가능 여부를 파악하고자 한다.
제안 방법
본 연구에서는 치과용 보철물 세라믹 복합소재에 대한 레이저 가공실험을 수행하였다. 펄스 주기에 따른 가공특성 분석을 위해 CO2 레이저, 피코초 레이저, 펨토초 레이저를 활용하였으며, 각각의 레이저 펄스주기에 따라서 Line 형상 가공 특성을 분석하였다. CO2 레이저의 경우 두 제품 모두 가공이 어려웠으며, 피코초 레이저는 Lava Ultimate 제품에 대해 매우 낮은 저출력(0.
대상 데이터
또한, 본 실험에서는 치과용 보철물 소재로 3M, Lava Ultimate 블록과 Ivoclar vivadent, IPS e.max 블록 두 소재를 대상으로 가공성 평가를 진행하였으며 소재 특성 비교는 아래 Table 2와 같다. Lava Ultimate는 Nano-technology 기술로 개발된 신소재로 이미 미국, 유럽 등지에서 5년간의 임상데이터로 성능이 입증 되었다.
본 실험에서는 치과용 세라믹 소재의 레이저 가공성을 평가하기 위해 CO2 레이저, 피코초 레이저, 펨토초 레이저를 활용하여 실험을 진행하였으며, 레이저 사양은 아래 Table 1과 같다. ;
성능/효과
펄스 주기에 따른 가공특성 분석을 위해 CO2 레이저, 피코초 레이저, 펨토초 레이저를 활용하였으며, 각각의 레이저 펄스주기에 따라서 Line 형상 가공 특성을 분석하였다. CO2 레이저의 경우 두 제품 모두 가공이 어려웠으며, 피코초 레이저는 Lava Ultimate 제품에 대해 매우 낮은 저출력(0.6W)의 경우 미세한 가공 가능성을 보였으나, 그 이상의 출력에서는 탄화현상 및 크랙이 발생하였으며, IPS e.max 제품의 경우 레이저 출력이 증가함에 따른 형상의 Depth, Width 변화가 적음을 알 수 있었다. 이는 가공이 가능하더라도 출력 증가에 따른 가공성이 동일하기에 효율성이 낮아진다.
레이저를 이용한 치과용 세라믹 보철물 소재 가공 시 CO2 레이저나 피코초 레이저 보다 펨토초 레이저를 이용하였을 경우에 가공성이 우수하였으며, 특히 세라믹과 레진으로 구성된 3M, Lava Ultimate의 경우 글라스 세라믹으로 구성된 Ivoclar vivadent, IPS e.max 보다 펨토초 레이저 가공성이 매우 우수하였다. ;
후속연구
마지막으로 펨토초 레이저의 경우는 기존 레이저에서 나타났던 탄화현상 및 크랙은 발생되지 않았으며, 특히 Lava Ultimate 제품의 경우 매우 우수한 가공성을 가짐을 알 수 있었다. 향후 치과용 세라믹 복합소재의 보철물 제작 시 펨토초 레이저를 활용할 경우 수 - 수십 μm의 영역에 대해 열변형 없이 정밀하게 가공할 수 있으며, 기존 공구툴 가공 시 습식 공정에서 필요한 건조 및 신터링 등 후처리 과정에 따른 수축 정밀도 오차 개선 효과 및 3축 디플렉션 모듈을 활용한 빠른 가공속도를 통한 생산성 향상이 기대된다. ;
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
치과 디지털 환경에 최적화된 세라믹 하이브리드 소재란?
또한 높은 변색 저항성으로 시간이 지나도 뛰어난 심미성을 유지한다. 레진 소재에 나노기술로 개발된 무기질의 세라믹 충진재가 합성된 신소재로써, 세라믹 재료 중에서도 탄성계수, 강도, 심미성, 마모성, 변색,생체 친화성, 부식 저항성 등의 조건을 가장 만족하는 치과 디지털 환경에 최적화된 세라믹 하이브리드 소재이다. 물성이 좋고 구강 내 색조 조화가 자연스럽고 심미성이 뛰어나며, 낮은 파절 가능성으로 안정성이 확보되었다.
치과 보철물을 제작하는 CAD/CAM 시스템보다 주목을 받고 있는 기술은?
현재 치과 보철물을 제작하는 CAD/CAM 시스템은 공구(Tool)를 이용한 밀링 방식을 이용하고 있으며, 이는 기존 주조 형태의 가내 수공업으로 제작된 방식보다 생산 효율이 높은 공정 기술이다. 하지만 최근 공구를 사용하는 밀링 기술보다 절삭 도구를 레이저로 대체한 밀링 가공 기술이 정밀도 향상 및 공정개선을 통한 제조 혁신을 기대할 수 있는 차세대 가공 기술로써 주목받고 있다.
레이저 밀링의 장점은?
레이저 밀링의 장점으로는 공구 밀링 보다 스핀들 모터의 과부하로 인한 진동 등 툴의 흔들림이 없기에 보다 정밀한 치과 보철물을 제작하는 것이 가능하다. 또한, 회전 등에 필요한 컴프레셔에어가 필요 없으며 레이저 빔 사이즈 조절을 통한 가공으로 종류별로 다양한 툴의 구비 및 툴 소모로 인한 교체 비용이 발생치 않는 경제적인 장점을 가지고 있다 (Fig.
참고문헌 (6)
Moon YH, Lee J, Lee MG. Shear bond strength of dental CAD-CAM hybrid restorative materials repaired with composite resin. J Korean Acad Prosthodont 2016;54:193-202.
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