KR20140123427A

KR20140123427A - 치과 보철물 제조 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20140123427A
Application number: KR20140042329A
Authority: KR
Inventors: 에스. 장 문
Original assignee: 에스. 장 문; 송영완
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2034-04-09
Also published as: KR101567204B1; US20140308623A1

Abstract

환자의 치열에 대한 이미지를 획득하여 상기 치열의 3차원 모델을 생성하는 단계; 상기 치열의 일부를 밀 블랭크(mill blank)의 컴퓨터 모델에 위치시키는 단계; 치아를 둘러싼 마진(margin) 영역을 정의하는 단계; 상기 마진 영역 외부의 어버트먼트 디치 영역을 정의하는 단계; 상기 마진 영역 및 상기 어버트먼트 디치 영역을 포함하는 두 개의 가상부를 갖는 밀링 모델(milling model)을 생성하는 단계; 및 속도 차이를 이용하여 상기 치과 보철물을 밀링하는 단계를 포함하되, 상기 어버트먼트 디치 영역의 밀링이 상기 치과 보철물 영역의 밀링보다 더 높은 속도로 수행되는 치과 보철물 제조 방법이 개시된다.

Description

치과 보철물 제조 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR FABRICATING DENTAL PROSTHESIS}

본 발명의 실시예들은 밀 블랭크(mill blank)로부터 치과 보출물을 제조하기 위한 치과 보철물 제조 방법 및 시스템에 관한 것이다.

인체의 치열 구조에 알맞게 인공 치아를 제조할 수 있으며, 수치제어 기법을 이용하여 정교하게 형상을 만들 수 있다는 장점이 있어, 오늘날 인공 치아 제조에 CNC(Computerized Numerical Control) 가공 장치가 많이 이용되고 있다.

CNC 가공 장치는 스캔을 통해서 획득한 치아 모형의 표면 좌표를 CAD/CAM 데이터로 변환한 후, 이 데이터를 이용하여 인공 치아를 제조한다. 보다 자세하게 설명하면, CNC 가공 장치를 이용하여 인공 치아를 제조하는 종래의 방법은 다음과 같다.

브리지(bridge) 형상의 인공 치아를 제조하는 경우, 먼저, 가공될 지대치에 대하여 변연, 즉 마진(margin) 정리를 수행한다. 이후, 스캔을 통해 인공 치아에 대한 3차원 모델을 생성한다. 이후, CAD(Computer Aided Design) S/W를 이용하여 인공 치아를 디자인하며, CAM(Computer Aided Manufacturing) S/W를 이용하여 NC 코드를 생성한다. 이후, 생성된 NC 코드를 고려하여 CNC 가공을 수행한다.

관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2012-0107470호(발명의 명칭: 캐드/캠을 이용한 개인용 치과 보철물의 제작 및 디지털 인상 데이터로부터의 신속 제조/신속 원형화, 공개일자: 2012년 10월 02일)가 있다.

본 발명의 일 실시예는 캐드/캠을 이용하여 밀링 시간을 단축시키며 밀링 시 정교성을 향상시킬 수 있는 치과 보철물 제조 방법 및 시스템을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 환자의 치열에 대한 이미지를 획득하여 상기 치열의 3차원 모델을 생성하는 단계; 상기 치열의 일부를 밀 블랭크(mill blank)의 컴퓨터 모델에 위치시키는 단계; 치아를 둘러싼 마진(margin) 영역을 정의하는 단계; 상기 마진 영역 외부의 어버트먼트 디치(abutment ditch) 영역을 정의하는 단계; 상기 마진 영역 및 상기 어버트먼트 디치 영역을 포함하는 두 개의 가상부를 갖는 밀링 모델(milling model)을 생성하는 단계; 및 속도 차이를 이용하여 상기 치과 보철물을 밀링하는 단계를 포함하되, 상기 어버트먼트 디치 영역의 밀링이 상기 치과 보철물 영역의 밀링보다 더 높은 속도로 수행된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 상기 치과 보철물을 밀링하는 CNC 장비의 형태 및 규격 중 적어도 하나에 해당하는 구조를 프로그램 라이브러리에 저장하는 단계; 및 상기 CNC 장비의 구동에 따른 상기 치과 보철물의 밀링 시, 상기 프로그램 라이브러리에 저장된 번호를 입력받아 입력된 번호에 해당하는 지정 장소에 상기 이미지를 자동 위치시킨 후에 상기 CNC 장비의 공구 경로를 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 밀링 시간의 최적화를 위해, 상기 치과 보철물을 CNC 장비에 접촉되는 접촉 영역과 상기 CNC 장비에 의해 밀링될 밀링 부위로 나누는 단계; 사용자가 원하는 부분이 캐드(CAD)로 지정되면, 캠(CAM)에서 자동으로 해당 각도에 맞춰서 밀링할 수 있도록 상기 CNC 장비의 공구 경로를 생성하는 단계; 및 상기 CNC 장비가 부러질 부분들을 미리 찾아내어, 상기 CNC 장비가 부러지지 않게 공구 경로를 생성하여 밀링하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 CNC 장비의 정밀도에 기초하여 캠으로 나올 치과 보철물의 정밀도를 미리 확인하는 단계; 상기 치과 보철물의 정밀도에 기초하여 상기 캠으로 나올 치과 보철물과 상기 치과 보철물의 원본 이미지를 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과에 기초하여 상기 치과 보철물의 미진한 부분을 밀링하는 단계를 더 포함하고, 상기 밀링은 사용자 지정 방법 또는 프로그램에 자동으로 상기 미진한 부분만 해당하는 공구 경로를 생성하는 방법 중 어느 하나로 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 보철물 영역과 어버트먼트 디치 영역의 가상 경계를 갖는 상기 밀 블랭크를 모델링하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 플라스틱 베이스를 이용하여 작업 테이블에 밀 블랭크를 고정하는 단계를 더 포함하고, 상기 플리스틱 베이스는 상기 밀 블랭크를 수용할 수 있는 아치 모양의 홈부를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 플라스틱 베이스를 이용하여 작업 테이블에 상기 밀 블랭크를 고정하는 단계를 더 포함하고, 상기 플라스틱 베이스는 상기 밀 블랭크에 고정되는 두 개의 분리된 부분을 구비하되, 각각의 분리된 부분이 상기 작업 테이블에 고정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 작업 테이블의 상부 및 하부에 복수의 밀 블링크를 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 밀 블랭크의 형상은 아치, 실린더, 막대, 큐브, 다면체, 타원형, 플레이트로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 하나의 세션에서 복수의 밀링 블랭크를 밀링하는 단계를 더 포함하고, 상기 복수의 밀링 블랭크는 작업 테이블의 양측에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 상기 치과 보정물을 얻기 위해, 밀링 머신에 놓인 세라믹 블랭크를 분쇄하는 밀링 머신의 절단 공구를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 상기 환자의 치열을 구강 스캐너(intra-oral scanner) 또는 스톤 모델(stone model)로 스캔하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 상기 치과 보철물 영역의 상부 및 상기 어버트먼트 디치 영역의 하부의 빠른 절단을 위해, 상기 밀 블랭크의 상부 및 하부를 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 상기 밀 블랭크의 상부 및 하부 각각의 상하면을 독립적으로 밀링한 후에 적당한 관절을 허용하여 상기 밀 블랭크의 상부 및 하부를 접합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 방법은 공구 손상을 방지하기 위하여 공구경로 계획을 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 공구경로 계획은 잔삭(uncut) 영역의 발견, 상기 잔삭 영역의 마킹, 및 상기 잔삭 영역 내 심부(deep area) 발견을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 시스템은 밀링 머신; 환자의 치열에 대한 이미지를 획득하여 상기 치열의 3차원 모델을 생성하는 스캐너; 및 상기 밀링 머신 및 상기 스캐너와 연결된 컴퓨터를 포함하고, 상기 컴퓨터는 상기 치열의 일부를 밀 블랭크(mill blank)의 컴퓨터 모델에 위치시키는 기능; 치아를 둘러싼 마진 영역을 정의하는 기능; 상기 마진 영역 외부의 어버트먼트 디치 영역을 정의하는 기능; 상기 마진 영역 및 상기 어버트먼트 디치 영역을 포함하는 두 개의 가상부를 갖는 밀링 모델(milling model)을 생성하는 기능; 및 속도 차이를 이용하여 상기 치과 보철물을 밀링하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드를 포함하되, 상기 어버트먼트 디치 영역의 밀링이 상기 치과 보철물 영역의 밀링보다 더 높은 속도로 수행된다.

상기 컴퓨터는 상기 치과 보철물 영역과 상기 어버트먼트 디치 영역의 가상 경계를 갖는 상기 밀 블랭크를 모델링하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함할 수 있다.

상기 컴퓨터는 플라스틱 베이스를 이용하여 작업 테이블에 밀 블랭크를 고정하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함하고, 상기 플리스틱 베이스는 상기 밀 블랭크를 수용할 수 있는 아치 모양의 홈부를 구비할 수 있다.

상기 컴퓨터는 플라스틱 베이스를 이용하여 작업 테이블에 상기 밀 블랭크를 고정하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함하고, 상기 플라스틱 베이스는 상기 밀 블랭크에 고정되는 두 개의 분리된 부분을 구비하되, 각각의 분리된 부분이 상기 작업 테이블에 고정될 수 있다.

상기 컴퓨터는 작업 테이블의 상부 및 하부에 복수의 밀 블링크를 고정하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함할 수 있다.

상기 컴퓨터는 하나의 세션에서 복수의 밀링 블랭크를 밀링하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드를 더 포함하고, 상기 복수의 밀링 블랭크는 작업 테이블의 양측에 설치될 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐드/캠을 이용하여 밀링 시간을 단축시키며 밀링 시 정교성을 향상시킬 수 있다.

도 1 및 도 2A 내지 도 2H는 밀 블랭크로부터 치과 보철물을 제조하는 처리 과정의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 상면에 밀 블랭크를 구비한 작업 테이블의 일례를 도시한 것이다.
도 4는 양측면에 밀 블랭크를 구비한 작업 테이블의 일례를 도시한 것이다.
도 5는 플라스틱 클램프가 없는 작업 테이블의 일례를 도시한 것이다.
도 6은 밀 블랭크의 상부 부재를 나타내는 하나의 컴퓨터 모델의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 동일 또는 다른 밀 블랭크의 하부 부재 옆에 있는 밀 블랭크의 상부 부재를 나타낸 두 개의 컴퓨터 모델 구조를 도시한 도면이다.
도 8A는 플라스틱 클램프만을 구비한 작업 테이블의 일례를 도시한 것이다.
도 8B는 밀링 블랭크를 작업 테이블에 연결시키는 마운팅 시스템의 일례를 도시한 것이다.
도 8C는 마운팅 시스템의 다른 예를 도시한 것이다.
도 8D는 도 8C에 사용된 마운트의 일례를 도시한 것이다.
도 9A 및 도 9B는 공구 손상을 줄이기 위해서 공구 경로를 적용하는 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 치과 보철물 제조 시스템을 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 11A 내지 도 11H는 본 발명의 일 실시예에 따라 장비에서 밀링을 최적화하고 캐드/캡 소프트웨어를 자체 검증하는 기능을 설명하기 위해 도시한 예시도이다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2A 내지 도 2H는 밀 블랭크로부터 치과 보철물을 제조하는 처리 과정의 일례를 도시한 도면이다. 먼저, 환자의 치열에 대한 스캔 파일이 캡쳐된다(10). 상기 스캔 파일의 일례는 도 2A에 도시된 바와 같다. 다음으로, 상기 스캔 파일은 기재 컴퓨터 모델(base material computer model)에 부착된다(12). 상기 스캔 파일의 부착은 상기 스캔 파일을 상기 기재 컴퓨터 모델에 오버레이 시킴으로써 간단히 행해질 수 있다. 상기 스캔 파일을 부착하는 일례는 도 2B에 도시된 바와 같다. 상기의 일례에서 상부 및 하부 치열궁(dental arches)이 각각의 기재에 부착된다.

다음으로, 상기 스캔 파일이 타겟 기재 내에 동봉되었는지를 체크한다(14). 이는 도 2C에 도시되어 있다. 도 2D는 환자의 치열 모델이 상기 기재에 부착되고 제거 작업을 준비하는 일례를 도시한다.

다음으로, 작업자로부터 치아 마진(margin)과 어버트먼트 디치(abutment ditch) 경계를 수신한다(16). 상기 작업자는 각각의 치아 마진 영역을 그래피컬하게 정의하기 위해 치열의 기본 형상을 그릴 수 있다. 또한, 상기 작업자는 치아 사이에 인접한 디치 경계, 즉 어버트먼트 디치 영역을 정의할 수 있다. 도 2E는 각 치아의 베이스(base)가 인접한 치아 사이의 디치 경계 안쪽에 그려진 일례를 도시한 것이다.

다음으로, 그래픽 마진 영역을 적용한다(18). 도 2F에 도시된 바와 같이, 그래픽 마진 영역이 적용되며, 치아 모델 접촉부는 상기 치아 베이스로부터 분리된다. 다음으로, 치아 베이스와 어버트먼트를 밀링한다(20). 도 2G는 그 후에 밀링될 빈 치아 베이스를 도시한 것인 반면에, 도 2H는 블랭크가 CNC(Computer Numerical Control) 장비에 의해 밀링된 후 완전한 형상을 갖춘 치아 모델 접촉부를 도시한 것이다.

본 발명의 일 실시예에서는 신속하고 정확한 생산의 구현을 특징으로 한다. 일 실시예에서, 시스템은 정밀 모델을 복제할 뿐만 아니라 CNC 밀링 머신에 의해 복제 모델을 밀링하는 것에 대한 해로운 문제를 극복한다. 상기 시스템은 CNC 머신에 의해 모델 복제가 수행될 때 중요한 밀링 시간을 줄여준다. 최종 도구는 일반적으로 보철의 곡면 각각에 접촉하도록 그 직경이 작아야 하므로, 개념적으로 직경 공구가 작을수록 더 디테일하고 정확한 복제품을 생산할 수 있다. 상기 밀링 시간의 문제로 인해, 최종 결과의 정확성과 무결성을 잃지 않으면서 밀링 시간을 줄일 수 있도록 다음과 같은 하나 이상의 아이템을 발명하였다.

먼저, 디자인을 적용하는 동안, 시스템은 하나의 실제 재료체(actual material body)를 두 개의 독립적인 파일로 분리하고, 스캔 파일은 상기 두 개의 독립적인 파일의 상부 내에서 유지되고, 상기 어버트먼트 디치 영역을 제외한 상부 영역에 대해서만 밀링 공정을 적용하며, 여기서 상기 어버트먼트 디치 영역은 밀링 공정 후에 독립적으로 밀링된 어버트먼트가 놓여질 위치를 가리킨다. 상기 시스템은 작업 테이블이 모델 복제뿐만 아니라 지르코니아, 왁스, PPMA 또는 필요에 따라 다른 세라믹 재료를 밀링하는 것을 대체한다. 또한, 그 시스템은 미리 포맷된 모양의 재료를 저장하여, 캐드(CAD) 또는 캠(CAM)을 통해 타켓 1, 2 또는 3 등과 같이 명명된 장치의 실제 재료 위치와 정확히 동일한 위치에서 밀링되도록 한다. 그리고, 그 시스템은 각각의 위치와 이름이 내부적으로 저장되고 캠 파라미터 설정에 나타나게 되면, 재료의 형상을 적당한 타입으로 밀링한다.

또한, 상기 시스템은 여러 구멍들을 그 기계의 클램프에 배치하여 그 구멍들을 매칭시킴으로써 적절하게 연결된 상부 및 하부 모델의 지침을 제공한다. 독립적으로 밀링된 상부 및 하부 턱은 원본 스캔 파일과 정확히 동일하게 연결되어야 하며, 이러한 구멍들은 밀링 모델 위치가 스캐너에 의해 취득된 원본 스캔 파일과 같아지도록 한다.

사용자는 교합 장치에 흔히 사용되고 부착되는 디치를 갖는 플라스틱의 뒷면에 하나 이상의 디자인을 선택할 수 있다. 그 시스템은 최종 도구가 디치의 표면 전체를 커버할 수 있도록, 그래픽 교합기 디치 경계를 실린더 형상으로 구현한다. 교합기 디자인을 위한 두 개의 베이스는 디자인 공정 동안에 독립적으로 움직이지 않기 때문에, 결과적으로 상부 및 하부 스캔 파일은 각각 XY 좌표를 동일하게 유지하고 단지 Z 방향으로만 이동이 허용된다.

그러므로, 밀 공정 후에 네 개의 플라스틱 구멍은 정확히 스캔 파일들의 상부 및 하부 턱과 매칭된다. 각각의 스캔 파일을 플라스틱의 좌표와 계속하여 매치시키기 위해서, 스캔 파일의 상부 및 하부 턱을 위한 재료의 베이스는 플라스틱 구멍의 매칭를 유지할 수 있도록 이동하고 회전하며, 그것은 스캔 파일의 상부 및 하부 턱이 밀링 공정을 위한 작업 테이블에 독립적으로 위치하기 때문에 필수적인 기능이며, 이 두 가지는 상부 및 하부 턱을 위해 구강 스캐너 또는 모델 스캐너로부터 얻은 스캔 파일과 정확히 동일하게 등록할 필요가 있다.

다음으로, 공구 경로 생성에 대해 논의한다. 사용자는 작업부하량에 상관 없이 그 시스템을 이용하는 데에 큰 융통성을 가진다. 캐드, 캠에서 밀링된 재료의 내부 배치와 머신에서 실제 재료의 배치를 통해, 사용자는 밀링된 재료가 약간 또는 많이 있는 방향에 대한 공구 경로를 적용할 수 있다. 캠 작업은 그것의 이름과 위치를 자동으로 인식한다. 다시 말해, 캠 공구 경로는 그것의 타겟 이름에 의해서만 적용되며, 따라서 그 머신의 실제 모양, 크기 및 위치가 사용자가 지정한 폴더에 저장되어 있다면, 머신의 테이블 타입을 변경하고 실제 머신의 모양 또는 위치를 변경하는 것은 공구 경로에 적절히 적용될 수 있다.

만약 최종 얇은 공구를 치아 표면을 따라 절단하는 데 사용하는 경우, 치아의 깊게 꺽인 모양 또는 좁은 갭(gap) 영역은 치아 손상을 유발할 수 있다. 자동 z 레벨 공구 경로 어플리케이션은 이러한 문제를 제거하는 데 사용될 수 있다. 시스템은 자동으로 그런 영역을 발견하도록 작동하며, 또한 그 공구가 사용자가 설정한 잠재적 공구 손상 영역의 파라미터만큼 작게 움직이도록 공구 경로의 z 레벨을 증가시켜 적용하도록 작동한다.

CNC는 5축 동시 이동을 제공할 수 있다. 그러나, 그런 움직임은 전체 모델을 밀(mill) 하는 데에 오랜 시간이 걸린다. 상기 전체 모델은 CNC 머신으로 밀링하는 해로운 이슈 모델로서 매우 중요하다. 잔삭 영역을 적용하면 이전 공구가 도달할 수 없었던 표면을 자동으로 인식하여 절단 시간을 상당히 줄일 수 있으며, 그때 사용자가 설정한 각도 파라미터로써 특정 영역에 대한 공구 움직임을 적용할 수 있다. 절단 시간을 단축하기 위해, 그 시스템은 사용자가 스캔 파일의 어떤 영역을 마크할 수 있도록 설계될 수 있으며, 특정 공구 경로는 사용자가 하나 또는 그 이상의 파라미터로 설정한 마크 영역에 대해서만 적용될 것이다.

치과 CNC 밀링 머신은 x, y, z축 인벨로프(envelope)를 통해 로터리 커터(rotary cutter)를 움직이는 3차원 분쇄기이다. 자기(porcelain) 기반의 원 재료 블랭크(raw material blank)는 인벨로프 내에 있는 척(chuck) 또는 고정구에 설치될 수 있으며, 분쇄기 헤드(head)는 는 블랭그 주위를 이동하면서 블랭크를 원하는 모양으로 절단 및 성형할 수 있다. 원하는 모양은 CAM 기반 소프트웨어 프로그램을 통해 보통 CNC 밀링 머신 컨트롤러 내에 프로그램된다. 다중 치과 보철물을 밀링할 수 있는 단일 재료의 큰 디스크 또는 블럭을 이용하는 밀링 머신의 예로서 Weiland ZENO^T밀링 머신, Tizian 밀링 머신, 및 Katana 밀링 머신이 포함된다. 단일 소 블록(single small block)을 이용하여 단일 치과 보철물을 밀링하는 대안으로서는 CEREC 밀링 머신이 있다.

일단 그래픽 마진을 가지는 전자 보철물 모델이 완성되면, 상기에서 논의된 바와 같이 표준 폼(standard form)으로 표현되는 물리적 개체에 대한 전자 모델을 받아들이는 제조 공정을 이용하여 치과 기기를 제조할 수 있다. 일 실시예에서, 표준 STL 설명서 파일을 이용하여 제조하고자 하는 그 기기의 부피를 정의한다. STL 설명서 파일은 시제품 산업에서 잘 알려진 신속 시제품화 공정을 이용하여 그 치과 기기에 대한 표현을 생성하는 데 이용된다.

물론, 그 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자는 신속 시제품화 방법들을 이용하여 첨부된 청구범위 내에서 인용된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 아니하면서 치과 보철물을 만들 수 있다는 것을 알 수 있다. 여기에서 사용된 CNC 기술에 추가하여, 다른 대체 제조 기술이 치과 기기 재료의 밀링에 포함될 수 있으며, 그 기술분야에서 잘 알려진 전기 방전 기계 가공 기술을 이용할 수도 있다.

상기와 같은 기기를 창조하는 것에 더하여, 그 장치의 모델은 제조하기 전에 그 기기의 최종 해상도를 정의할 수 있도록 기기를 창조할 때 수동으로 편집 또는 조각될 수 있다. 이러한 조각 기법은 기기를 창조할 때 전자적으로 전기 모델에서 수행될 수 있으며, 치과 전문가는 원하는 치과 보철물 모양이 정의될 때까지 그 컴퓨터 모델의 표면을 수동으로 이동시켜 그 어플리케이션의 모양을 변화시킨다. 이러한 프로세스는 그 분야에서 잘 알려진 물리적 모델의 수동 조각 기법과 유사하다.

그 컴퓨터 모델의 표면을 바꾸기 위해, 치과 전문가는 그 표면의 포인트가 컴퓨터 모델의 표면에 영향을 미치는 영역으로 이동되도록 정의한다. 표면에 영향을 미치는 영역은 포인트가 이동되는 부분을 둘러싼 영역이다. 치과 전문가는 그 포인트를 새로운 위치로 이동시키고, 이에 따라 그 공정 시스템은 표면에 영향을 미치는 영역 내에 있는 전자 모델의 표면상의 모든 포인트를 변경하여, 그 포인트 사이의 연속 표면과 부드러운 표면, 그리고 전자 모델의 남은 표면을 생성한다.

컴퓨터 지원 머신 시스템을 이용한 치과 보철물의 제조 방법에는 "밀 블랭크"와 보철이 절단되어 나온 블럭 재료가 사용된다. 치과 밀 블록들은 종종 세라믹 재료 또는 레진 재료로 구성된다. 여기에서 사용되는 "치과 밀 블랭크"란 절삭 밀링(subtractive milling)으로 크라운이나 브릿지와 같은 수복물(restoration)을 성형할 수 있는 고형 재료를 말한다. 여기에서 사용되는 "밀링"이란 연삭, 연마, 증발, 전기 방전 밀링(EDM), 워터제트(water jet)에 의한 절단, 레이저, 또는 절단, 제어, 성형(shaping) 혹은 조각 재료와 같은 다른 방법들을 말한다.

일반적으로 상기 밀링은 대부분은 머신에 의해 행해진다. 블랭크는 원하는 모양 또는 크기로 제작될 수 있으며, 실린더, 막대, 큐브, 다면체, 타원형, 및 플레이트를 포함할 수 있다. 치과 밀 블랭크로부터 치과 수복물을 제조하는 방법은 집적된 치과 임플란트 어버트먼트, 치과 밀 블랭크, 치과 보철물을 이용하는 방법, 및 치과 밀 블랭크를 만드는 방법을 포함한다. 미리 성형된 치과 임플란트 어버트먼트는 이전에 사용된 치과 밀 블랭크에 영구히 접착된다.

치과 밀 블랭크는 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 그 물질은 구강 내에 사용하기에 적합하며 또한 과도한 장애나 공구 마모 없이 밀링 머신에 의해 밀링 될 수 있도록 제공된다. 적당한 물질의 예로는 세라믹, 폴리머, 폴리머-세라믹 복합 재료 및 금속이 포함된다. 적당한 금속의 예로는 스테인레스 스틸, 금 또는 티타늄의 합금, 팔라듐계 합금, 니켈계 합금, 코발트계 합금 또는 구강 환경에서 사용하기에 적합한 다른 합금이 포함된다.

세라믹 물질에 적합한 예로는 유리, 단결정 및 다결정 세라믹, 및 결정상을 가지는 유리가 포함된다. 바람직한 결정질 세라믹 물질은 알루미늄 산화물, 마그네슘-알루미늄 스피넬 (MgAl2O4), 지르코늄 산화물, 이트륨 알루미늄 가넷, 규산 지르코늄, 산화 이트륨 및 멀라이트를 포함한다. 바람직하게, 물질을 포함하는 유리는 장석을 함유한 도자기; 결정을 포함한 유리; 운모, 백류석, canasite, 알루미나, 지르코니아, 스피넬, 히드록시아파타이트와 같은 상(phases); 및 "파이렉스", "바이코어"와 같이 이용 가능한 비정질 유리를 포함한다.

세라믹 밀 블랭크의 실시예로서, 세라믹은 구멍이 약간 있거나 없는 완전히 조밀한 형태로 제공되거나, 다공성으로 부분적으로 불에 구워진 형태로 제공될 수 있다. 세라믹 밀 블랭크가 다공성이면, 밀링한 후에 완전히 조밀한 상태로 불에 구워질 수 있다. 대신, 다공성 세라믹 밀 블랭크는 용침(infiltration) 후에 강화제로서 예를 들어 용융 유리 또는 수지가 용침될 수 있다.

(예를 들어 세라믹) 밀 블랭크 재료는 미적으로 만족스런 외관을 제공하기 위해서, 보철물에 밀 작업을 할 때와 보철물을 구강 내에 놓을 때에 가시광선을 전송하는 것이 바람직하다. (예를 들어 세라믹) 재료는 기본적으로 무색인 것이 바람직하다. 즉, 빛이 감지할 수 없을 정도로 그 재료를 통과하기 때문에 그 재료에는 어떠한 색깔도 첨가되거나 제거되지 않는다. 그러나, 어떤 환경의 경우에는 자연 치아 색깔처럼 보이는 음영을 얻기 위해 색료가 선택적으로 첨가될 수 있다.

(예를 들어 세라믹) 밀 블랭크 재료는 약 0.7 이하의 명암비 값을 가지는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 약 0.6 이하, 더더욱 바람직하게는 약 0.5 이하의 명암비 값을 가지는 것이 바람직하다. 그 명암비 값은 약 1mm 두께의 샘플에 한정된, ASTM-D2805-95의 섹션 3.2.1에 설명된 기술에 따라 결정될 수 있다.

바람직한 폴리머-세라믹 합성물 밀 블랭크 물질은 충분한 강도, 가수분해 안정성, 및 구강 내에서 사용하기에 적합하게 하는 비독성을 가지는 중합 수지를 포함한다. 수지는 자유 라디칼(radically) 경화성 모노머, 올리고머, 혹은 폴리머, 또는 양이온 경화성 모노머, 올리고머, 혹은 폴리머를 포함하는 재료로부터 만들어진다. 대신, 수지는 모노머, 올리고머 또는 자유 라디칼 경화성 기능 및 양이온 경화성 기능을 구비하는 폴리머를 포함하는 재료로부터 만들어진다. 적당한 수지로는 에폭시, 메타 크릴 레이트, 아크릴 레이트 및 비닐 에테르가 포함된다.

폴리머-세라믹 합성물 밀 블랭크 물질은 열가소성 및 열경화성 폴리머를 포함한다. 적합한 열가소성 폴리머는 폴리메틸크릴산 메틸, 폴리카보네이트, 나일론, polyetheretherkitone, 폴리우레탄, 폴리이미드, 폴리아미드와 같은 아크릴 폴리머, 및 듀폰의 상표명 "델린"과 같은 폴리옥시메틸렌 재료를 포함한다. 폴리머 소재는 전형적으로 후술하는 바와 같이 하나 이상의 무기물 필러로 채워진다.

폴리머-세라믹 합성물 밀 블랭크 물질은 일반적으로 (예를 들어 무기물) 필러를 포함한다. 그 필러는 선택적으로 유기물 코팅을 가질 수 있는, 잘게 분해된 소재인 것이 바람직하다. 적합한 코팅으로는 폴리머 매트릭스의 실란(silane) 또는 캡슐이 포함된다. 필러는 현재 치과 수복용 조성물 등에 사용되는 필러와 같이, 의료 또는 치과 응용에 사용되는 조성물에 혼합하기에 적합한 하나 이상의 물질로부터 선택될 수 있다.

도 3은 상면에 밀 블랭크를 구비한 작업 테이블의 일례를 도시한 것이다. 도 3에서, 밀 블랭크(40)는 보철로 밀(mill)되는 재료를 포함하는 상부부재(42)를 구비한다. 또한, 밀 블랭크(40)는 단지 어버트먼트 디치로만 밀되는 재료를 포함하는 하부 부재(44)를 구비한다. 도 6에 상세히 도시된 플라스틱 클램프(46)는 밀 블랭크(40)를 작업 테이블(48)에 고정하는 데 사용된다.

도 4는 양측면에 밀 블랭크를 구비한 작업 테이블의 일례를 도시한 것이다. CNC는 작업 테이블의 상하부에 있는 다수의 블랭크를 효율적으로 처리할 수 있다.

도 5는 플라스틱 클램프가 없는 작업 테이블의 일례를 도시한 것이다. 이 예시에서, A 부분은 스캔 파일을 나타내고, 반면에 B 부분은 그래픽 마진을 위한 소프트웨어를 사용하여 생성되는 어버트먼트 디치를 나타낸다. 밀 블랭크(40)는 물질 A와 B가 일체로 결합되지만, 소프트웨어는 절단 시간을 최적화하기 위하여 그 분리된 부분을 두 개의 영역으로 구별한다. 따라서, 고정밀 치과 보철물을 성형하는 동안에, CNC는 절단 정밀도를 위해 제어된다. 어버트먼트 디치를 성형하는 동안에, CNC는 하나의 케이스로 원통형 형상이지만 다른 디치 형상으로 성형될 수 있는, 단순한 디치 형상으로 더 빨리 작동할 수 있다.

도 6은 밀 블랭크의 상부 부재를 나타내는 하나의 컴퓨터 모델의 구조를 도시한 도면이다. 이 예시에서는 상부 부재(42)만을 도시한다.

도 7은 동일 또는 다른 밀 블랭크의 하부 부재 옆에 있는 밀 블랭크의 상부 부재를 나타낸 두 개의 컴퓨터 모델 구조를 도시한 도면이다. 이러한 시스템에서, 밀 가능한 복수의 세라믹 치과 블랭크는 다른 치과 블랭크에 의해 차단되지 않은 치과 블랭크 각각의 상하부의 평평한 층에 배치될 수 있다. 복수의 치과 블랭크는 작업 테이블에 고정된 각각의 블랭크로부터 얻어낼 수 있다. 고정구는 밀링 머신의 척(chuck)에 고정된다. 치과 보철물은 거친 다이아몬드 커터로 복수의 치과 블랭크 각각에 습식 밀링될 수 있다.

복수의 치과 블랭크 각각의 상측은 밀링될 수 있는데, 이때 고정구는 뒤집힐 수 있다. 그리고, 복수의 치과 블랭크 각각의 반대쪽 하측도 밀링될 수 있다. 복수의 치과 블랭크는 고정구로부터 제거된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 척으로부터 고정구를 제거하고 단일 치과 블랭크의 위치를 척에 고정함으로써, 그 고정구를 단일 치과 블랭크로 교환할 수 있다. 단일 치과 블랭크는 거친 다이아몬드 커터로 습식 밀링될 수 있다. 따라서, 그 시스템은 두 그룹의 세라믹 블랭크 및 블랭크 각각을 밀링할 수 있다.

도 8A는 플라스틱 클램프만을 구비한 작업 테이블의 일례를 도시한 것이다. 이 예에서, 3개의 클램프(182, 184, 186)는 작업 테이블에 고정된 것으로 보여진다. 그 클램프들은 밀 블랭크를 작업 테이블에 접합하여 고정시키는 플라스틱 홀더이다. 클램프는 밀 블랭크가 접합되는 U자 모양 또는 아치 모양의 움푹한 부분을 가진다. 더욱이, 클램프는 도 8A에 도시된 바와 같이 하나 또는 두 개로 이루어질 수 있다.

도 8B는 밀링 블랭크를 작업 테이블에 연결시키는 마운팅 시스템의 일례를 도시한 것이다. 밀링 블랭크는 작업 테이블에 접합되는 어버트먼트 홀더에 고정된다. 어버트먼트 홀더는 작업 테이블의 양측면에 위치하여 밀링 속도를 향상시킬 수 있다. 더욱이 밀링 블랭크는 어버트먼트 홀더의 옆에 있는 마진 테두리 어버트먼트에 연결된다.

도 8C는 마운팅 시스템의 다른 예를 도시한 것이다. 이 시스템에서, 사용자는 밀링 블랭크의 형상이 파일 이름에 의해 참조되면 다양한 밀링 블랭크 형상을 위치시킴으로써, 공구 경고는 표시된 타겟 영역에서만 작동된다. 도 8C에서, 틀니 재료는 작업 테이블의 하부면에 설치되는 반면에, 쿼드런트 바이트(quadrant bite)는 작업 테이블의 상측에 설치된다.

도 8D는 도 8C에 사용된 마운트의 일례를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 마운트는 치과의사 또는 치과 전문가가 교합기 제품을 사용할 수 있도록 접근 디치(access ditch)를 구비하며, 이에 따라 치과의사는 환자에게 보철물을 설치하기 전에 상부 및 하부 턱의 관절을 볼 수 있다.

도 9A 및 도 9B는 공구 손상을 줄이기 위해서 공구 경로를 적용하는 방법의 일례를 도시한 도면이다. 도 9A에서, 거친 절삭 공구가 밀링되는 치아 영역의 상측에 적용된다. 하지만, 치아 사이의 영역 A와 B는 거친 절삭 도구의 큰 직경으로 인해 거친 절삭 공구로는 제거할 수 없다.

도 9B에서, 정밀 마감 절삭 공구는 표면을 따라서 적용될 수 있다. 하지만, 그 공구는 제거하고 남은 물질의 불일치로 인해 영역 A와 B에서 중단될 수 있다. 마감 공구 경로가 공구 손상 없이 마감 공구의 속도를 높이는 기능을 적용하기 전에, 공구 경로는 자동으로 레벨 z의 증가된 힘으로 제어한다.

도 10을 참조하면, 발명의 시스템의 바람직한 실시예에서는 복수의 커팅 머신(100a, 100b, 100c)이 중앙 제어 장치(120)에 연결되는 것을 보여준다. 제어 장치(120)는 스캐너(130)에 연결된다. 각각의 머신(100a, 100b, 100c)은 커팅 공구(112), 레이저 조각 장치(114), 및 자동 블랭크 공급 장치(116)을 포함한다. 다양한 모양 및 크기를 가지는 밀 블랭크는 머신(100a, 100b, 100c)으로 이송된다.

밀링 부위는 결과적으로 인레이, 온레이, 크라운, 비니어(veneers), 브릿지, 임플란트 어버트먼트, 코핑(copings) 및 브릿지 틀을 포함하는 매우 다양한 수복물을 가공하는 데에 적합하다. 원하는 모양의 맞춤형 치과 보철물을 생성하기 위해, 밀링 부위를 기계 가공하는 다양한 방식이 사용될 수 있다.

캐드/캠 밀링 장치를 사용함으로써, 보철물을 효율적이고 정밀하게 제조할 수 있다. 밀링 공정 동안에, 밀링 공구와 밀링 부위 사이의 접촉 영역은 건조하거나 또는 빨갛게 되거나 혹은 윤활유에 침지될 수 있다. 또는, 그 접촉 영역은 공기 또는 가스 스트림으로 빨갛게 될 수도 있다. 적당한 액체 윤활유는 물, 오일, 글리세린, 에틸렌 글루코스(glycose) 및 실리콘 등 잘 알려진 것들을 포함한다. 밀링 후에는, 고객의 구강에 꼭 들어맞게 하거나 원하는 미적 외관을 제공하기 위해, 어느 정도의 피니싱(finishing), 폴리싱(polishing) 및/또는 교정(adjustment)이 필요할 수 있다.

동작에 있어서, 중앙 제어 장치(120)는 스캐너(130)로부터 성형되는 치과 보철물에 대한 설명서를 수신한다. 스캐너(130)는 중앙 제어 장치(120) 및 머신(100a, 100b, 100c)에 가까이 위치할 수 있다. 또 달리, 스캐너(130)는 치과 사무실이나 실험실과 같이 중앙 제어 장치(120)로부터 떨어져서 위치할 수도 있다. 또한, 중앙 제어 장치(120)와 머신(100a, 100b, 100c)는 중앙 공장 또는 제조 센터에 위치할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 스캐너(130)는 그 기술분야에서 이미 이용되고 있는 독립형 스캐너이며, 스캐너 내부 또는 그 스캐너에 연결된 컴퓨터에서 절단된 조각에 대한 설명서를 얻기에 적합한 캐드/캠 소프트웨어를 포함할 수 있다. 상기 실시예에서, 치과 전문가는 상기 조각에 대한 설명서를 얻기 위해 스캐너를 사용할 것이며, 그 설명서를 전기적으로 모뎀을 통해 중앙 공장으로 전송할 것이다.

또 다른 실시예에서, 상기 방법은 구강 스캔 또는 스톤 모델에 기반하여 환자의 치아 이미지를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 캐드 소프트웨어는 치과 보철물을 설계하는 데 사용된다. 캠 소프트웨어는 치과 보철물을 얻기 위해 밀링 머신에 놓여진 세라믹 블랭크를 밀(mill)하는 밀링 머신의 절단 공구를 제어하는 데 이용된다.

캐드/캠 소프트웨어와 CNC 밀링 머신을 결합하여 사용하는 것은 치과 보철물을 직접적으로 기계 가공하는 완전 자동화된 수단을 제공한다. 이러한 접근법은 고정밀 형상의 보철물을 생산하는 데에 더 큰 융통성을 허용한다. 시스템은 종래의 치과 보철물 제조 기술과 관련하여 시간, 비용, 노동력을 절감한다. 따라서, 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 의료, 치과 의료, 치과 기술, 임플란트 부품, 인레이, 부분 크라운, 크라운, 브릿지, 보철 베이스 및 보조 부품 전체를 밀링/그라인딩 머신으로 경제적으로 생산할 수 있으며, 의도된 목적과 다양한 치과 물질에 적합한 높은 기계적 강도를 가지도록 정확하게 생산할 수 있다.

또 다른 장점은 보철 부품 생산자가 공정에서 자신이 알고 있는 이전의 보조 작업 물질을 계속해서 사용할 수 있다는 것이다. 그것은 공정 제품의 수량 및 치수와 관련하여 그 밀링 머신의 가변적 고용 가능성을 통해 그 밀링 머신의 용량을 유연하게 이용하는 것이 추가로 가능하다는 것이다. 그것의 결과로 낭비되는 시간이 두드러지게 감소하고, 그 밀링 머신의 용량의 이용이 개선되며, 공정의 신뢰도가 증가한다. 밀링/그라인딩 머신의 이용은 세라믹 작업에 제한되지 않고, 모든 다른 치과 물질의 작업에 이용될 수 있다.

환자 치아의 스캐닝은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 비접촉 광 방식으로 물체의 표면 윤곽을 결정할 수 있는 스캐너는, 3D 모델을 생성하기 위한 치과 구조에 관한 생체 내 스캐닝을 포함하여 많은 응용에서 점점 더 중요해지고 있다. 일반적으로, 3D 표면 윤곽은 각각의 점의 상대적 위치가 주어진 점에서 스캔된 물체의 표면의 추정된 위치를 나타내는 점군(a cloud of points)으로부터 형성된다.

이러한 광 방식을 위한 점 위치 데이터의 수집을 뒤에서 지지하는 하나의 기본 측정 원리는 삼각 측량이다. 삼각 측량에서, 2개의 광학적 중심으로 이루어지는 삼각형 각각의 베이스라인을 가지며 삼각형 각각의 꼭짓점이 타겟 물체 표면인 하나 이상의 삼각형이 주어지는 경우, 타겟 물체 표면에서 광학적 중심까지의 범위는 광학적 중심의 분리와, 광학적 중심으로부터 타켓 물체 표면까지의 각도에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어 X, Y, Z 직교 좌표계와 같이 주어진 좌표계에서 광학적 중심의 좌표 위치를 알면, 타겟 물체 표면의 점의 상대 X, Y, Z 좌표 위치를 동일한 좌표계에서 계산할 수 있다.

삼각 측량 방법은 수동 삼각 측량과 능동 삼각 측량으로 구분될 수 있다. (스테레오 분석으로 알려진) 수동 삼각 측량은 보통 주위의 빛을 이용하고, 삼각형의 베이스라인을 따르는 광학적 중심은 카메라가 된다. 반대로, 능동 삼각 측량은 보통 단일 카메라를 베이스라인을 따르는 삼각형의 하나의 광학적 중심으로 이용하고, 두 번째 카메라를 다른 광학적 중심에 배치한다. 또한, 능동 삼각 측량은 (구조광(structured light)으로 알려진) 조정된 조명 소스를 이용한다.

스테레오 분석은 타겟 표면에 대한 다른 카메라의 시점에서 찍힌 하나 이상의 이미지 프레임에서 관찰된, 하나의 카메라 이미지 프레임에서 표면 특징을 식별하는 것에 기초한다. 각 이미지 프레임 내 식별된 특징의 상대 위치는 카메라의 표면 특징 각각의 범위에 의존한다. 2개 이상의 카메라 위치로부터 그 표면을 관찰함으로써, 표면 특징의 상대 위치를 계산할 수 있다.

스테레오 분석은 개념적으로는 단순하지만 다중 카메라 이미지에서 관찰된 특징들 사이의 관련성을 얻는 데에는 어려움이 있기 때문에 널리 이용되지는 않는다. 블록과 같이 명확한 가장자리와 모서리를 가지는 물체의 표면 윤곽은 스테레오 분석을 이용하여 다소 쉽게 측정할 수 있다. 하지만, 피부나 치아 표면 같이, 부드럽게 변화하는 표면을 가지며 식별 가능한 점에 초점을 맞추기가 쉽지 않은 물체는 스테레오 분석 접근법에 중요한 과제를 제시한다.

이러한 과제를 해결하기 위해, 고정된 기준점이나 도트(dot)와 같은 성형 패턴이 타겟 물체의 표면에 배치될 수 있으며, 이를 위해 스테레오 분석 대응을 위한 식별 가능한 점을 제공한다. 참고로 인용된 내용, 즉 PCT 출원 제98/48242호(발명의 명칭: 3차원 형상을 측정하는 방법 및 장치, 발명자: 한스 알렌 등)는 물체 표면에 도장 패턴을 적용한 후 다양한 위치로부터 물체를 관찰함으로써 물체의 형상을 측정하는 방법을 개시한다. 도장 패턴은 스테레오 분석을 수행하여 타겟 물체 표면의 형상을 계산할 수 있도록 다중 이미지를 연결하는 데 사용된다.

능동 삼각 측량 또는 구조광 방법은 알려진 광 패턴을 물체에 조사하여 그 형상을 측정함으로써 스테레오 대응 문제를 극복한다. 가장 간단한 구조광 패턴은 일반적으로 레이저에 의해 생성되는 간단한 점광이다. 광 프로젝터와 타겟 물체 표면으로부터 반사된 점광을 관찰하는 카메라의 위치 사이의 배열에 관한 기하학적 구조는 삼각법에 의해 광점이 떨어지는 지점의 상대 범위를 계산할 수 있도록 해준다. 줄무늬와 같은 다른 광 조사 패턴 또는 격자 무늬의 광 도트와 같은 2차원 패턴은 타겟 표면의 이미지를 캡쳐하는 데 필요한 시간을 감소시키는 데 이용될 수 있다.

구조광 방법을 이용한 타겟 물체의 표면 특징에 대한 측정 해상도는 반사광을 관찰하는 데 사용되는 광 패턴과 카메라의 정밀도 및 해상도에 대한 직접적인 함수이다. 3차원 레이저 삼각 측정 스캐닝 시스템 전체의 정확도는 주로 두 가지 목표를 달성할 수 있는 능력에 기반한다. 첫 번째 목표는 타겟 표면으로부터 반사된 조명 빛의 중심을 정확히 측정하는 것이고, 두 번째 목표는 이미지를 얻기 위해 스캐너가 사용된 각각의 위치에서 조명원과 카메라의 위치를 정확히 측정하는 것이다.

두 번째 목표를 달성하기 위해, 사용 3D 스캐너는 일반적으로 정밀 리니어/회전 스테이지(precision linear stages)를 이용하여 영상 취득물 사이에서 조명기/카메라 쌍 또는 타겟 물체의 위치를 정확히 변경한다. 그러나, 구강 내 치아의 3D 이미지와 같이 다양한 실제 상황에서는 종래의 리니어/회전 스테이지의 사용은 적합하지 않다. 더군다나 인간의 턱과 치열의 크기 및 모양은 범위가 크기 때문에 하나의 고정된 경로 시스템을 사용하는 것은 비현실적이다.

3D 스캐너 시스템은 작업자가 손에 잡을 수 있는 막대 타입 스캐너를 포함함으로써 다양한 인간의 치아를 수용할 수 있다. 이러한 시스템에서, 작업자는 스캐너를 스캔 영역 전체로 이동시켜 일련의 이미지 프레임을 수집한다. 하지만 이러한 경우, 각각의 이미지 프레임이 알려지지 않은 좌표 위치로부터 촬영되고 그 이미지 프레임이 촬영되는 경우 막대의 위치와 방향에 의존하기 때문에, 이미지 프레임 사이에 알려진 위치 대응은 없다.

그러므로, 핸드헬드 시스템은 현장 등록, 또는 스캔된 영역에 대한 기준점을 정확히 설정하는 어플리케이션에 의존해야 합니다. 예를 들면, 참고로 인용된 미국 특허 제6,648,640호(발명의 명칭: 치아의 구강 스캐닝에 기반한 쌍방향 교정 의료 시스템, 발명자: 로저 로버트 등)는 3차원 데이터 프레임으로 변환된 틀니의 이미지를 획득하는 스캐너에 관한 내용을 개시한다.

다음으로, 패턴 인식은 치아의 3D 모델을 제공하기 위하여 서로에게 몇 개의 프레임으로부터의 데이터를 등록하는 데 이용될 수 있다. 참조로 인용된 미국특허출원 제20060154198호(발명자: 도나 더빈 등)는 구강 외부의 고정 기준 좌표계에 연결된 암(arm)에 있는 하나 이상의 이미지 조리개를 움직이고, 외부의 고정 기준 좌표계를 이용하여 하나 이상의 이미지 조리개의 위치를 결정하고, 하나 이상의 이미지 조리개를 통해 치아 구조에 대한 하나 이상의 이미지를 캡쳐하고, 캡쳐된 이미지에 기초하여 치아 구조의 3D 모델을 생성함으로써, 구강 내 치아 구조를 광학적으로 이미징하는 시스템 및 방법을 개시한다.

시스템은 하드웨어나 펌웨어, 소프트웨어, 또는 세 개의 조합으로 실행될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명은 프로세서, 데이터 스토리지 시스템, 휘발성 및 비휘발성 메모리, 및/또는 스토리지 요소, 적어도 하나의 입력 장치와 적어도 하나의 출력 장치를 구비하는 프로그램 가능한 컴퓨터에서 실행되는 컴퓨터 프로그램에서 실행될 수 있다.

각각의 컴퓨터 프로그램은 본 명세서에서 설명된 절차를 수행하기 위해서 컴퓨터가 기억 매체 또는 장치를 읽을 때, 컴퓨터의 동작을 구성하고 제어할 수 있도록, 머신 판독 가능 미디어 또는 일반 또는 특수 목적 프로그램 가능한 컴퓨터에 의해 판독 가능한 디바이스(예: 프로그램 메모리 또는 자기 디스크)에 저장된다. 또한, 본 발명의 시스템은 컴퓨터 판독 가능 기억 매체에 구현될 수 있으며, 컴퓨터 프로그램으로 구성될 수 있으며, 그렇게 구성된 기억 매체는 본 명세서에서 설명된 기능들을 수행하도록 미리 정의된 특정 방식으로 컴퓨터가 동작하도록 한다.

시스템의 일 실시예에 대한 이전의 설명은 예시와 설명의 목적을 위해 제시된 것이다. 그것들은 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하지 않는다. 많은 수정 및 변형이 위에서 설명한 관점에서 가능하다. 본 발명의 영역은 본 발명의 상세한 설명에 한정되지 않고 여기에 첨부된 청구범위에 의해 정해진다. 따라서, 본 발명은 방법, 장치, 또는 방법 및 장치와 치과 크라운, 브릿지 및 임플란트를 구성하기 위한 제조 물품을 제공하기 위한 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 기억 매체를 포함하는 전파 신호로 구현된다.

한편, 본 발명의 시스템은 상기 치과 보철물을 밀링하는 CNC 장비의 형태 및 규격 중 적어도 하나에 해당하는 구조를 프로그램 라이브러리에 저장하고, 상기 CNC 장비의 구동에 따른 상기 치과 보철물의 밀링 시, 상기 프로그램 라이브러리에 저장된 번호를 입력받아 입력된 번호에 해당하는 지정 장소에 상기 이미지를 자동 위치시킨 후에 상기 CNC 장비의 공구 경로를 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 시스템은 밀링 시간의 최적화를 위해, 상기 치과 보철물을 CNC 장비에 접촉되는 접촉 영역과 상기 CNC 장비에 의해 밀링될 밀링 부위로 나누고, 사용자가 원하는 부분이 캐드(CAD)로 지정되면, 캠(CAM)에서 자동으로 해당 각도에 맞춰서 밀링할 수 있도록 상기 CNC 장비의 공구 경로를 생성하며, 상기 CNC 장비가 부러질 부분들을 미리 찾아내어, 상기 CNC 장비가 부러지지 않게 공구 경로를 생성하여 밀링할 수 있다.

이때, 본 발명의 시스템은 CNC 장비의 정밀도에 기초하여 캠으로 나올 치과 보철물의 정밀도를 미리 확인하고, 상기 치과 보철물의 정밀도에 기초하여 상기 캠으로 나올 치과 보철물과 상기 치과 보철물의 원본 이미지를 비교한 후, 상기 비교 결과에 기초하여 상기 치과 보철물의 미진한 부분을 밀링할 수 있다. 여기서, 상기 밀링은 사용자 지정 방법 또는 프로그램에 자동으로 상기 미진한 부분만 해당하는 공구 경로를 생성하는 방법 중 어느 하나로 수행될 수 있다.

도 11A 내지 도 11H는 본 발명의 일 실시예에 따라 장비에서 밀링을 최적화하고 캐드/캡 소프트웨어를 자체 검증하는 기능을 설명하기 위해 도시한 예시도이다.

도 11A 및 도 11B에서와 같이 자동으로 회전 각도를 조절할 수 있다. 도 11C는 원본 스캔 파일이고 도 11D는 예상 출력 결과 파일인데, 도 11E에서는 원본 스캔 파일과 예상 출력 결과 파일을 비교 검증하고, 비교 검증의 결과에 따라 도 11F와 같이 미진한 부분에 대해 추가 마킹을 한다(캐드에서 추가로 지역 설정 기능). 이때, 도 11A 및 도 11B에 도시된 바와 같이 모든 각도가 자동으로 캐드캠에 기억 입력된다. 이후, 도 11G에 도시된 바와 같이 추가 마킹된 부분에 대해서만 추가 공구 경로를 생성하여 적용함으로써, 장비가 해당 부분만을 깍을 수 있게 캠 작업이 자동으로 이루어진다. 이러한 캠 작업 결과, 도 11H와 같은 최종 결과물이 출력된다.

본 발명의 일 실시예에서는 CNC 머신을 이용하여 치과 크라운, 브릿지 및 임플란트를 구성하는 시스템 및 방법을 설명하고 있지만, 당업자는 치과 장치의 다른 제조 방법이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 본 발명은 코핑, 크라운, 인레이, 온레이, 비니어, 브릿지, 뼈대, 임플란트, 어버트먼트, 외과 스텐트, 완전 또는 부분 틀니, 그리고 치과 응용을 위한 다른 하이브리드 고정 보철물과 같은 고정되고 제거 가능한 치과 보철물을 제조할 수 있도록 한다. 당업자는 다른 CBI 및 교정 장치가 본 발명에 따라 미리 구성될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 수 있을 것이다. 제조 공정에서 환자의 치아를 표현하는 전자 모델과 크라운 장치에 대응하는 전자 모델을 이용한다면, 본 발명은 다른 제조 방법에서도 이용될 수 있다. 다른 실시예가 이용될 수 있으며 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 동작 변화가 이루어질 수 있다.

앞선 설명에서, 어떠한 용어는 간결, 명확, 이해를 위해 사용되었다. 하지만, 불필요한 한정사항이 선행기술의 요건 이상으로 내포되어서는 안 된다. 왜냐하면, 그러한 용어는 설명의 목적으로 사용되고 의도적으로 광범위하게 해석되기 때문이다. 더군다나, 본 발명의 설명과 예시는 일례로서, 그리고 발명의 범위는 도시되거나 기술된 정확한 세부사항에 한정되지 않는다.

100a, 100b, 100c: CNC 머신
120: 중앙 제어 장치
130: 스캐너

Claims

환자의 치열에 대한 이미지를 획득하여 상기 치열의 3차원 모델을 생성하는 단계;
상기 치열의 일부를 밀 블랭크(mill blank)의 컴퓨터 모델에 위치시키는 단계;
치아를 둘러싼 마진(margin) 영역을 정의하는 단계;
상기 마진 영역 외부의 어버트먼트 디치(abutment ditch) 영역을 정의하는 단계;
상기 마진 영역 및 상기 어버트먼트 디치 영역을 포함하는 두 개의 가상부를 갖는 밀링 모델(milling model)을 생성하는 단계; 및
속도 차이를 이용하여 상기 치과 보철물을 밀링하는 단계
를 포함하되,
상기 어버트먼트 디치 영역의 밀링이 상기 치과 보철물 영역의 밀링보다 더 높은 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 치과 보철물을 밀링하는 CNC 장비의 형태 및 규격 중 적어도 하나에 해당하는 구조를 프로그램 라이브러리에 저장하는 단계; 및
상기 CNC 장비의 구동에 따른 상기 치과 보철물의 밀링 시, 상기 프로그램 라이브러리에 저장된 번호를 입력받아 입력된 번호에 해당하는 지정 장소에 상기 이미지를 자동 위치시킨 후에 상기 CNC 장비의 공구 경로를 적용하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
밀링 시간의 최적화를 위해, 상기 치과 보철물을 CNC 장비에 접촉되는 접촉 영역과 상기 CNC 장비에 의해 밀링될 밀링 부위로 나누는 단계;
사용자가 원하는 부분이 캐드(CAD)로 지정되면, 캠(CAM)에서 자동으로 해당 각도에 맞춰서 밀링할 수 있도록 상기 CNC 장비의 공구 경로를 생성하는 단계; 및
상기 CNC 장비가 부러질 부분들을 미리 찾아내어, 상기 CNC 장비가 부러지지 않게 공구 경로를 생성하여 밀링하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
CNC 장비의 정밀도에 기초하여 캠으로 나올 치과 보철물의 정밀도를 미리 확인하는 단계;
상기 치과 보철물의 정밀도에 기초하여 상기 캠으로 나올 치과 보철물과 상기 치과 보철물의 원본 이미지를 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과에 기초하여 상기 치과 보철물의 미진한 부분을 밀링하는 단계
를 더 포함하고,
상기 밀링은 사용자 지정 방법 또는 프로그램에 자동으로 상기 미진한 부분만 해당하는 공구 경로를 생성하는 방법 중 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
보철물 영역과 어버트먼트 디치 영역의 가상 경계를 갖는 상기 밀 블랭크를 모델링하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
플라스틱 베이스를 이용하여 작업 테이블에 밀 블랭크를 고정하는 단계
를 더 포함하고,
상기 플리스틱 베이스는
상기 밀 블랭크를 수용할 수 있는 아치 모양의 홈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
플라스틱 베이스를 이용하여 작업 테이블에 상기 밀 블랭크를 고정하는 단계
를 더 포함하고,
상기 플라스틱 베이스는
상기 밀 블랭크에 고정되는 두 개의 분리된 부분을 구비하되, 각각의 분리된 부분이 상기 작업 테이블에 고정되는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
작업 테이블의 상부 및 하부에 복수의 밀 블링크를 고정하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 밀 블랭크의 형상은
아치, 실린더, 막대, 큐브, 다면체, 타원형, 플레이트로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
하나의 세션에서 복수의 밀링 블랭크를 밀링하는 단계
를 더 포함하고,
상기 복수의 밀링 블랭크는
작업 테이블의 양측에 설치되는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 치과 보정물을 얻기 위해, 밀링 머신에 놓인 세라믹 블랭크를 분쇄하는 밀링 머신의 절단 공구를 제어하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 환자의 치열을 구강 스캐너(intra-oral scanner) 또는 스톤 모델(stone model)로 스캔하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 치과 보철물 영역의 상부 및 상기 어버트먼트 디치 영역의 하부의 빠른 절단을 위해, 상기 밀 블랭크의 상부 및 하부를 분리하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 밀 블랭크의 상부 및 하부 각각의 상하면을 독립적으로 밀링한 후에 적당한 관절을 허용하여 상기 밀 블랭크의 상부 및 하부를 접합하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제11항에 있어서,
공구 손상을 방지하기 위하여 공구경로 계획을 적용하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
제13항에 있어서,
상기 공구경로 계획은
잔삭(uncut) 영역의 발견, 상기 잔삭 영역의 마킹, 및 상기 잔삭 영역 내 심부(deep area) 발견을 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 방법.
밀링 머신;
환자의 치열에 대한 이미지를 획득하여 상기 치열의 3차원 모델을 생성하는 스캐너; 및
상기 밀링 머신 및 상기 스캐너와 연결된 컴퓨터
를 포함하고,
상기 컴퓨터는
상기 치열의 일부를 밀 블랭크(mill blank)의 컴퓨터 모델에 위치시키는 기능;
치아를 둘러싼 마진 영역을 정의하는 기능;
상기 마진 영역 외부의 어버트먼트 디치 영역을 정의하는 기능;
상기 마진 영역 및 상기 어버트먼트 디치 영역을 포함하는 두 개의 가상부를 갖는 밀링 모델(milling model)을 생성하는 기능; 및
속도 차이를 이용하여 상기 치과 보철물을 밀링하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드를 포함하되,
상기 어버트먼트 디치 영역의 밀링이 상기 치과 보철물 영역의 밀링보다 더 높은 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 시스템.
제17항에 있어서,
상기 컴퓨터는
상기 치과 보철물 영역과 상기 어버트먼트 디치 영역의 가상 경계를 갖는 상기 밀 블랭크를 모델링하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 시스템.
제17항에 있어서,
상기 컴퓨터는
플라스틱 베이스를 이용하여 작업 테이블에 밀 블랭크를 고정하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드
를 더 포함하고,
상기 플리스틱 베이스는
상기 밀 블랭크를 수용할 수 있는 아치 모양의 홈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 시스템.
제17항에 있어서,
상기 컴퓨터는
플라스틱 베이스를 이용하여 작업 테이블에 상기 밀 블랭크를 고정하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드
를 더 포함하고,
상기 플라스틱 베이스는
상기 밀 블랭크에 고정되는 두 개의 분리된 부분을 구비하되, 각각의 분리된 부분이 상기 작업 테이블에 고정되는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 시스템.
제17항에 있어서,
상기 컴퓨터는
작업 테이블의 상부 및 하부에 복수의 밀 블링크를 고정하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 시스템.
제17항에 있어서,
상기 컴퓨터는
하나의 세션에서 복수의 밀링 블랭크를 밀링하는 기능을 하기 위한 컴퓨터 코드
를 더 포함하고,
상기 복수의 밀링 블랭크는
작업 테이블의 양측에 설치되는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조 시스템.