‘우리 치과 디지털 치과 만들기 구조 잡기 프로젝트’의 지난번 4강좌에서는 Dental CAD의 프로그램으로 가장 많이 사용하는 inLab, 3Shape, Exocad에 대해서 유저의 입장에서 검토하고 이야기 나누었다. 5강좌에서는 덴탈 캠(CAM)소프트웨어를 알기 전에 사용되는 보철물을 가공할 수 있는 툴에 대한 정보를 확인할 필요가 있다.
툴의 끝점을 기준으로 보철물 형상을 가공하기 때문이다. 이에 대한 특징을 이해해야만 정밀도가 높은 모델리스, 원-스텝 보철물이 가공될 수 있다. 덴탈 캠은 곧 툴의 가공경로이기 때문이다.
치과기공 밀링 시스템에서 보철물 가공 역할을 담당하는 툴이 바로 엔드밀(Endmill)이다. 엔드밀이란 회전축에 부착하여 끝날의 점으로 가공하는 툴을 말하는데, 밀링 가공에서는 드릴, 엔드밀 등 가공하고자 하는 부품의 형상에 따라 다양한 종류의 툴을 사용한다. 치과기공 영역에서는 밀링머신에 들어가는 엔드밀을 버(bur)라고 부르고 있다.
산업계 밀링 절삭가공 분야에서 생산에 영향을 주는 가장 핵심적인 부분이 바로 툴 관리이다. 마찬가지로, 치과병원 밀링에서도 보철물 가공의 성공 여부는 주어진 소재에 적합한 엔드밀을 선정하고 제대로 관리하는 것에 달려 있다. 엔드밀의 가공 조건에 따라 생산성이 크게 변화하게 된다.
엔드밀을 제작하려면 여러 가지 고려해야할 요소가 있는데, 재료 선정, 절삭 조건, 회전 속도, 이송 속도, 가공 깊이, 절삭액과의 조화 등이다. 현대의 밀링머신 제조업체들은 이러한 요소들에 대한 많은 연구를 거쳐 엔드밀을 제작, 시판하고 있다.
최근에는 엔드밀의 정밀도가 높아져, 작은 보철물을 가공하기 위해 지름 0.3mm의 엔드밀을 제작하고 그루브 형상을 표현 가능하게 하는 정도에 이르렀다. 때로는 가공 시간을 줄이기 위해 지름 2-3mm의 엔드밀을 1차 황삭(거칠게 가공)용으로 사용하기도 한다. 다시 말하자면 내가 원하는 가공의 완성도를 설정 가능하고 이에 맞는 공구의 형상을 조절하고 생산 정밀도를 높이는 것이 가능하다.
다음 강좌에서 논하고자 하는 CAM에 대해 언급하도록 한다. CAM 소프트웨어는 엔드밀의 사이즈를 입력받아 툴패스가 충돌하지 않도록 설정하는 기능이 있으며, 엔드밀의 형상에 따라 다양한 방법으로 가공할 수 있도록 한다.
한편 밀링 가공에서 엔드밀을 결정하는 요소는 보철물의 종류, 가공의 유형, 황삭 대 정삭, 보철물의 형상과 치수, 생산성, 소재 등이다. 또한 절삭 인자인 속도, 이송, 가공깊이, 절삭액 등으로 최적의 엔드밀을 선택하여야 한다.
참고로 황삭과 정삭은 ‘거칠게 깎은 후(황삭)’, ‘정밀하게 다듬는(정삭)’ 과정을 말한다. 황삭의 경우 큰 엔드밀로 거칠지만 아주 빠르게 가공하며 정삭의 경우 작은 엔드밀로 아주 정밀하게 가공하는 특징을 가지고 있다. 요즘 생산되는 치과기공 밀링머신은 기본적으로 자동 툴 교환 장치가 내장되어 있어, 황삭과 정삭을 진행할 때 엔드밀을 자동으로 교체해서 가공한다.
그렇다면 밀링 가공의 절대적인 요소인 엔드밀이 갖추어야 하는 특성에 대해 살펴 보도록 하자.
소재에 대한 고경도/내마모, 내마멸, 절삭인성의 치핑(chipping)에 대한 내구성/높은 인성(충격강도)/높은 고온 경도/변형에 저항하는 강도/화학적 안정성/적절한 열적 성질/강성/일관성 있는 공구의 수명/정확한 기하학적 형상 가공 및 표면 다듬질 위와 같은 특성을 모두 만족시키기 위해서는 많은 실험과 연구가 진행되어야 한다. 예를 들어 수명과 정밀도는 날의 각도/주요 파라메터인 스핀들 속도, 속도, 가공량 등 따라 많은 영향을 받는다.
아래 그림은 엔드밀의 구조에 대해 잘 설명하고 있다. 그리고 날부(body)의 종류에 따라 볼형, 테이퍼볼형, 테이퍼형, 스퀘어형 등으로 나누어지는데, 보철물의 형상에 따라 다양한 엔드밀을 이용할 수도 있다.
한편, 고능률 가공과 긴 수명을 위해 다이아몬드 코팅 기술을 적용하거나 분말HSS 엔드밀, 초경합금 엔드밀, 초경코팅 엔드밀 등 다양한 기술이 적용된 제품들이 출시되고 있다.
치과병원에서는 가공하는 소재, 가공 능률, 필요 정밀도 등을 적절히 고려하여 엔드밀을 선택해야 하며, 좀 더 전문적으로는 엔드밀의 직경, 날 수, 길이, 비틀림 각도 고려해야 하지만 CAM 밀링기를 판매하는 업체에 체크하여 우리 치과의 경쟁력을 강화가 필요하다.
날의 길이는 짧을수록 엔드밀의 수명이 늘어나지만 치과기공에서 사용하는 블럭의 두께로 인해 날의 길이가 긴 엔드밀을 사용하는 경우도 있다. 그래서 생산성이 낮아지는 경우도 종종 볼 수 있지만 좋은 보철을 만들기 위한 버의 형상은 아직까지 정형화되어 있지 않다.
이처럼 치과기공용 엔드밀은 보철물의 형상, 가공 소재, 장비의 조건에 따라 적절한 특성을 가지도록 제작되어야 한다.
참고 자료
1)https://nowheredev.tistory.com/entry/%EC%97%94%EB%93%9C%EB%B0%80Endmill
