의공학개론 20160928
기존의치과에서행해지는치료 simulation 치료및수술계획수립을위한분석 방사선사진채득과분석구강내모형의채득과분석 2 차원치료및수술시뮬레이션 모의치료및수술 양악수술 수술용가이드제작
2006 년이후 Laser scanning 을이용한구강내모형의재구성과치료 simulation Laser scanning of oral model Surgical simulation Manufacturing of Surgical Guide
방사선사진채득과분석구강내모형의채득과분석 2 차원치료및수술시뮬레이션 모의치료및수술
3D CT 를이용한임플란트치료 simulation Manufacturing of Surgical Guide Implant fixation
Era of Digital Dentistry
3D 프린팅기술을이용한 치과산업분야활용
Contents Digital Dentistry 로변화하는치과계 치과산업에활용되는 3D 프린팅기술현황 3D 프린팅기술적용치과용출력물과극복과제 2
Digital Dentistry 로변화하는치과계
종래의치과보철물제작과정 인상모형제작 1. 치아삭제 2. 인상채득 3. 인상모형 ( 석고 ) 제작 18
종래의치과보철물제작과정 캐스팅용원형제작 1. 치아삭제 2. 인상채득 3. 인상모형제작 4. Casting 원형 (Wax) 제작 5. 매몰 (investing) 6. 주형 (mold) 제작 7. 치관주조 (casting) 8. 인공치아완성 19
종래의치과보철물제작과정 임시치아제작 1. Impression coping 연결 2. 인상채득 3. 인상모형제작 4. 임시치아제작 인상모형에서 Resin 을압착하여치아기본형상제작 Bur 로가공하여최종임시치아제작 20
Digital Dentistry 로의변화 Intraoral Scan, CT Intraoral Scan ( 구강스캐너 ) Dental CT 21
Digital Dentistry 로의변화 Dental CAD 치아디자인 시술용 Template 디자인 22
Digital Dentistry 로의변화 Dental CAM (Milling Machine) 23
Digital Dentistry 로의변화 Dental CAM (3D Printer) 24
Digital Dentistry 로의변화 CAD/CAM 치과치료의 Goal 환자내원당일처치후심미, 기능적인최종보철장착 당일 Setting! 25
Digital Dentistry 로의변화 CAD/CAM 치과치료의 Goal 최종보철물을제외하고, 실물없이 Data 로정보관리 1) 치과 인상채득 X 인상체 X 2) Lab 과정 보철물제작부품 X 작업모형 X, Crown Wax up X 26
Digital Dentistry 로의변화 CAD/CAM 치과치료의 Goal 초보자도, 중급자도숙련도에상관없이, 고품질의보철치료가능 1) 치과 인상채득정밀도, 보철물 Setting 적합 / 교합조정 2) Lab 과정 심미적보철물 ( 외형 /Shade), 보철물 Good Fitness 27
Digital Dentistry 로의변화 Milling Machine Tools 3D Printer Casting Temporary Crown Final Crown Working Model Temporary Crown lmplant Guide Casting Zirconia, Glass Ceramic, PMMA, Metal 등 광경화성레진 28
Milling Machine 과 3D 프린터비교 구분 Milling 3D Printing Digital Models O O (SLA, DLP) Custom Trays X O (PolyJet) Wax-up O O (DLP) Burnout Pattern for Copings/Frameworks, Crowns, FPD, Inlays, Onlays, Veneers, Removable Partial Framework O O (DLP) Provisional Restorations O O (DLP) Splint O X Surgical Drill Guide O O (PolyJet, DLP) Chromium Cobalt Removable Partial Framework (Ref : Tariq F. Alghazzawi, Advancements in CAD/CAM technology, Journal of prosthodontic research -60(2016) 72-84 ) X O (Metal laser sintering) Chromium Cobalt Copings, Crowns, Bridges O O (Metal laser sintering) Complete Dentures O O ( 특정업체 ) Zirconia & Glass-Ceramic Restoration O X Titanium Abutments & Bar O X 29
Milling Machine 과 3D 프린터비교 구분 Milling 3D Printing Advantages (1) 한장비로다양한재료가사용가능 (2) 소재의안전성이확보 ( 가공전후물성동일 ) (1) 특별한절삭공구필요없음 (2) 복잡하거나미세한부위까지구현 (3) 재료낭비없이설계대로제작 (4) 대량생산가능 (5) 장비구동이단순하고쉽다 (6) 빠른속도 Disadvantages (1) 공구의크기에의한제약 ( 얇거나깊거나 ) (2) 복잡한형상 (undercut 부분 ) 불가 (3) Milling(+Grinding) 으로재료소모많음 (4) 고가의 CAM 장치필요 (1) 재료의제약 (2) 재료의안전성검증확보필요 (3) 제작할품종별다양한장비확보필요 (4) 소 재가격고가 (Ref : Tariq F. Alghazzawi, Advancements in CAD/CAM technology, Journal of prosthodontic research -60(2016) 72-84 ) 30
치과산업에활용되는 3D 프린팅기술현황
3D 프린팅기술의치과활용전망 ( 정책 ) 2014년 12월미래창조과학부 / 산업통상자원부 3D프린팅전략기술로드맵수립 ( 15~ 24) 1) 시장수요를고려한 3D프린팅핵심활용분야도출, 2) 활용분야연계형장비, 소재, S/W 기술확보전략제시 3) 첫번째핵심활용분야로치과용의료기기를선정 (Ref. 3D 프린팅전략기술로드맵 ) 32
3D 프린팅기술의치과활용전망 ( 정책 ) 치과용의료기기분야전략로드맵 (Ref. 3D 프린팅전략기술로드맵 ) 33
3D 프린팅기술의치과활용전망 ( 관련업계 ) 34
3D 프린터의작동방식별비교 가공정밀도 표면조도 제작속도 재료강도 장비가격 FDM 1 2 2 3 5 Polyjet 4 4 3 3 3 MJM 5 4 3 2 4 3DP 3 3 5 1 3 SLA 4 4 3 2 4 DLP 5 4 5 2 4 SLS 3 3 3 4 2 SLM 2 2 3 4 2 EBM 4 4 2 5 1 DMT 3 3 2 5 1 LOM 3 2 3 3 4 5 점척도측정, 점수가높을수록각속성에서장점 ( 우수성 ) 을가짐 자료 : 최성권 (2010), 산업디자이너를위한신속조형기술 RP 활용가이드 및한국기계연구원분석자료 35
3D 프린터의작동방식별비교 Poly Jet( 분사 ) - Stratasys - 광경화와잉크젯방식의혼합 - 프린트헤드의수백개의미세노즐에서재료를분사함과동시에자외선으로경화 장점 : 조형물의품질이높음 (16μm 가능 ) 지지대를워터젯방식으로녹여제거 단점 : 사용가능한원료의한계 ( 자외선에반응하는감광성수지 ( 고가, 경도약함 ) 사용 ) 36
3D 프린터의작동방식별비교 MJM( 분사 ) 3Dsystems - 프린트헤드에서광경화성수지 ( 모델재료 ) 와 Wax( 지지대재료 ) 를동시분사, 자외선으로경화 장점 : 정밀도가높은기술뛰어난곡선처리, 우수한표면조도로후처리필요없음 단점 : 강도가약하며 65 이상의온도에서는변형발생 ( 원료의문제 ) 고가의원료가격 37
SLA( 액체광중합 ) 3Dsystems - 미국의 3D Systems 사가특허를가지고있는방식 3D 프린터의작동방식별비교 - 액체광경화성수지가담긴수조안에저전력 고밀도의 UV 레이저투사하여경화 - 조형판위에지지대를조성, 조형하고자하는모델의아랫부분부터경화 적층 - 적층이완성될때마다조형모델을아래로하강시키며수평유지 - 주로치과시스템, 보석세공틀을만드는데사용 장점 : 레이저사용으로정밀도가높으며표면조도우수중간정도의조형속도 단점 : 강도가약하고 60 이상의온도에서변형발생 출력후지지대제거작업필요사용가능원료와색상이제한적 38
3D 프린터의작동방식별비교 DLP(Digital Light Processing, 액체광중합 ) EnvisionTec - 빛에의해고체화되는액상의광경화수지를재료로사용 - DLP 프로젝터사용하여경화 - 원리 : 빛이투광되는수조에액상재료를담고아래쪽에서 DLP 엔진을통해조형대상물의단면영상을재료에투사하여필요부분만경화 장점 : 표면조도우수 낮은소음 사진과같은면단위조형방식으로작업속도균일 SLA 대비빠른조형속도 단점 : 조형물사이즈작음 DLP 전용수지재료사용으로원료선택의제한불완전경화로케미칼용출우려 39
3D 프린터의소재 광경화성수지 1 올리고머 (Oligomer): 수지의물성을좌우하는중요한성분으로주로아크릴화합물이적용 종류가다양하여어떤물질을선택하느냐에따라최종물성이변화 è 용도에적합한재료선정 2 모노머 (Monomer): 올리고머의반응성희석제로사용되어작업성을부여와함께가교제의역할반응성은크지만독성및휘발성이적고공기중에서도잘경화할수있어야함 3 광개시제 (Photoinitiator): 자외선을흡수하여중합을개시시키는역할 단독혹은 2-3 종류를블렌딩하여사용 è 독성을야기할수있으므로함량조절필요 4 첨가제 : 용도에따라표면조절제, 광안정제, 광증감제, 소포제, 증점제, 중합금지제등이첨가 40
3D 프린팅 기술적용 치과용출력물과극복과제
인상용모델 ( 작업용모델 ) 구분 내용 용도 구강밖에서보철제작및적합을보기위한복제 모형 요구성능 규격 : KS P ISO6873 - 흐름성 / 경화시간 / 경화팽창 / 파절 / 압축강도 / 미세재현성 기타 : 경도 / 표면조도 / 절삭편의성 / 속도 / 경제성 출력물한계 경제성, 절삭편의성, 조도, 화학적안정성의문 42
캐스팅용원형 구분 내용 용도 보철물을 gold or ceramic 으로대체하기위한 주조용원형 ( 보철종류에따라다양 ) 요구성능 규격 : KS P 5302/5303/5305/5313/7116, ISO 15854 - 균질성 / 순도 / 크기 / 형상 / 색상 / 연화특성 / 부서짐 / 잔류물 / 유동성 / 유해성 / 가압단축률 / 일반적성질 ( 외형, 색상, 냄새, 자극, 색소, 깍임 )/ 생체적합성 기타 : 기존소재와의호환성 / 경제성 / 속도 출력물 한계 기존소재와의호환성, 연화특성, 변형, 유해성, 생체적합성, 일반적성질에대한의문 43
임시치아 구분 내용 용도 최종보철물제작및장착전환자의심미적 요소를충족시키고적응을도모 요구성능 규격 : KS P 5312/KS P ISO14233 - 위해성 / 경화시간 / 작업시간 / 경도 / 흡수량 / 변색 / 미세부재현성 / 크기변화 / 기타 : 위해성 / 기존소재와의호환성 / 작업성 / 냄새 / 경제성 / 속도 출력물한계 위해성 / 기존소재와의호환성 / 작업성 / 냄새에대한 의문 44
임플란트시술용 Template Guide Surgery System Process 경조직과연조직에대한두이미지를정합한후 환자의구강환경을 Dental Planning SW 상에서구현 45
임플란트시술용 Template Guide Surgery System Process 정합된이미지를바탕으로 Dental Planning SW 상에서 Implant 의위치를결정 46
임플란트시술용 Template Guide Surgery System Process 임플란트의위치를기반으로환자의구강환경에알맞도록 Surgical Template 제작 47
임플란트시술용 Template Guide Surgery System Process 제작된 Surgical Template 를환자에게 장착시킨후 Guide Surgery 수행 48
임플란트시술용 Template 3D 프린터를활용한 Guide Surgery System 요구사항 시술정확도확보를위한 50um 이하의출력정밀도필요 Surgical Tool (Drill, Sleeve) 사용에따른소재의강도확보 인체에무해한의료용소재개발 출력오차를최소화할수있는간편한후가공프로세스개발 49
투명교정장치용기준모델 Clear Aligner ( 투명교정장치 ) 구강에 Bracket 등금속구조물의부착없이투명한플라스틱으로치아의점진적 치아교정을 구분 투명교정 심미성 심미적 재료 투명플라스틱 이동가능치아수 어금니를포함한치아전체 착탈 가능 ( 가철식 ) 구강위생관리 제한이없다. 칫솔질및구강위생관리의어려움없음 음식물의제한없음 주기적인장치교체로위생적 [ 일반교정 VS. 투명교정 ] 자극성통증치료기술습득진료시간교정범위 자극및상처유발없음상대적으로작다상대적으로쉽다상대적으로짧다상대적으로좁다 50
투명교정장치용기준모델 기존 Analog 제작방식 -. Base 가되는석고모형을기준으로작업자의수작업으로다음단계의계획및치아이동 -. 계획상에서치아이동량을정확히조절하기어렵다. -. 품질이작업자의 skill 에좌우 51
투명교정장치용기준모델 3D 프린터를이용한 Digital 제작방식 인상 scan 전용교정 S/W 진공프레스성형 치료전구강모형 치료계획치아배열 모형 투명교정장치 환자 3D Printing -. 석고모형을 scan하여 Digital화하여전용 Program을이용해전체계획을수립 -. 계획상에서치아이동량을정확히조절할수있다. -. 제작 Process를정형화할수있어품질이일정하고우수한제품가능 52
투명교정장치용기준모델 3D 프린터를활용한투명교정장치용모델요구사항 소재와장비가격이저렴해야 ( 대량제작을위해 ) 후처리가간단한재료와제조방식필요 궁극적으로투명교정장치자체를 3D 프린터로제작할수있어야 ( 교정장치의일정한두께유지위해 ) 53
Drilling 이필요없는환자맞춤형임플란트 Concept : 환자의치아를 CT Scan 하여치아형상의맞춤형임플란트를미리제조후삽입 적응증 : 발치후즉시식립, 임플란트잠재적환자 ( 임플란트를미리제작 ) CT Scan 치아 File 추출 CAD Prep. 3D Printing (Titanium, Ceramic) Drilling 이없으며, 잔존골유지, Boneloss 최소화 임플란트사양선택고민이없어지고, Screw 풀림 / 파절의완벽한해결 골융합유도물질도포로인한고정력확보 초기고정력획득방안, 임상적유용성 / 안전성에대한검증필요 54
결론 Digital Dentistry 로의변화는필연적이다 CAD/CAM 장비로서 3D 프린터는장점은있으나, 생산성경제성면에서 Milling Machine 대비열위 3D 프린터로제작한치과용출력물별로특징과한계를잘파악하여극 복한다면, 향후치과용 CAD/CAM 장비로서의전망은밝다 55
Future Suggestion I. Data Processing. Conventional 3D Printing Process in Dentistry 65
Complexity for free in 3D Printing 66
3D Printing 산업의국내외활용사례 67
3D Printing 산업의국내외활용사례 68
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APPLICATIONS OF 3D PRINTING IN DENTISTRY AND ORAL AND MAXILLOFACIAL SURGERY Medical Modelling Drilling & Cutting Guides for Dental Implants Crown Copings and Partial Denture Frameworks Dental Models for Restorative Dentistry Digital Orthodontics
3D Printing All CAD/CAM systems consist of three components: S A digitalisation tool/scanner that transforms geometry into digital data that can be processed by the computer. Software that processes data and, depending on the application, produces a data set for the product to be fabricated. A production technology that transforms the data set into the desired product. A P
3D Printing C Production Concept in Dentistry, depending on the location of the components Chairside production Laboratory Production Centralised fabrication in a production center L P
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APPLICATIONS OF 3D PRINTING IN DENTISTRY AND ORAL AND MAXILLOFACIAL SURGERY Medical Modelling Drilling & Cutting Guides for Dental Implants Crown Copings and Partial Denture Frameworks Dental Models for Restorative Dentistry Digital Orthodontics
Data Processing in Dental 3D Printing Production Concept in Dentistry, depending on the location of the components Clinics Chairside production C Laboratory Production Centralised fabrication in a production center L P
Three-dimensional (3D) alterations of facial bone in the esthetic zone during the initial 8 wks following flapless tooth extraction.
Three-dimensional (3D) alterations of facial bone in the esthetic zone during the initial 8 wks following flapless tooth extraction.
Three-dimensional (3D) alterations of facial bone in the esthetic zone during the initial 8 wks following flapless tooth extraction.
A risk zone for significant bone resorption was identified in central areas, whereas proximal areas yielded only minor changes.
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Three-dimensional (3D) scaffolds manufacturing 96
3-dimensional (3D) Bioprinting of scaffold-free tissue engineered constructs (A) Extrusion printing of cell aggregates and schematic depiction of cell printing, 3D positioning of overlaid spheroids, and self-assembly of cell spheroids into an entire tubular construct. (C) Close microscopy view of just-printed cell spheroids (B) Laterally positioned cell spheroids that maturate and assemble into a cell tissue ring. (E) 3D printed long cellular tubes and branching vascular channels. (D) selfassembled structure. 97
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