+GF+, 치기공사 정밀 주조 부품의 절삭 가공

치기공학은 일반적으로 수작업으로 이루어지며 상당히 정교함을 요구하는 작업이다. 한 치기공사가 절삭 기술자가 없음에도 불구하고, 5축 밀링 머신에 과감히 투자하였다. 그리고 그 선택이 옳았음을 입증하였다.

가브리엘레 우르한(Gabriele Urhahn): GF Machining Solutions GmbH 마케팅/커뮤니케이션 매니저

핵심 내용

  • 독일 오스나브뤼크의 치기공 회사 Fip Zahnkunst GmbH는 의료용 임플란트와 틀니 그리고 치과에서 사용하는 의료기기들을 제작한다.
  • 이 분야는 전통적으로 시간 집약적인 수작업임에도 불구하고, Fip은 GF Machining Solutions의 5축 동시 밀링 머신 Mikron HSM 200U LP을 성공적으로 사용하고 있다.

Fip Zahnkunst GmbH는 다양한 치과 보철물을 제작하는 회사이다. 생산하는 제품은 크라운에서 브리지, 베니어, 틀니까지 다양하며, 임플란트에 체결하는 거의 모든 기기를 제작 생산한다. 2010년 설립된 이 회사는 현재 15명의 직원이 근무하고 있으며, 27명의 치과 의사와 연구소로 구성된 고객 그룹을 관리하고 있다. 그런데 이 업체는 일반적인 제조 공장에서나 볼 수 있는 GF Machining Solutions의 5축 동시 밀링 머신 Mikron HSM 200U LP를 보유하고 있다.

설립자이자 치기공사 마이스터인 토비아스 핍은 경영 전문가이자 CNC 기술자로서 다음과 같이 언급한다. “대부분의 치기공 회사들은 생산량을 늘리기 위해 일반적으로 인력을 충원합니다. 하지만 우리는 최신 기술을 사용합니다. 다시 설명하면 우리는 3D 스캐너, CAD 설계, CAM 프로그래밍과 정밀 5축 밀링 장비를 조합하여 대응합니다. 우리는 8명의 치기공사들이 우리보다 인원이 4배나 많은 다른 치기공사와 비슷한 양을 처리합니다. 이처럼 최대 10배 가까운 높은 생산성은 GF Machining Solutions의 Mikron HSM 200U LP와 당사의 최적화된 프로세스 덕분입니다.

치과 보철물은 높은 수준의 수작업이다

왼쪽부터 옌스 포겔, GF Machining Solutions 응용 전문가, 토비아스 핍, Fip Zahnkunst GmbH 설립자

Mikron HSM 200U LP의 장점을 이해하려면 기존의 치과 보철물 제작 과장을 알아야 한다. “오늘날 치과 보철물은 기본적으로 매우 까다로운 수작업을 거칩니다. 산업적 생산이라기 보다 예술에 가깝습니다.”(토비아스 핍) 석고 모델을 예로 들어보면, 복잡한 핏과 고도의 정밀성이 요구되는 3D 형상을 수작업으로 제작한다. “우리는 Fip Zahnkunst GmbH를 설립할 당시에 Mikron HSM 200U LP 같은 정밀한 5축 동시 밀링 머신이 이런 작업을 보다 정밀하고 보다 신뢰감 있고 보다 경제적으로 실행할 수 있다고 확신했습니다. 즉 수동 연마 장치 대신 Step-Tec 스핀들, 작업자의 손 대신 디지털 제어되는 다섯 개의 축, 캐스트 모델이나 매몰 화합물 모델 대신 CAM 프로그램이 대신할 수 있다고 확신했습니다.”

예술적 측면도 무시할 수 없다. 틀니는 여전히 직접 설계를 요구한다. 먼저 환자의 턱을 3D 스캔하거나 치과에서 직접 구강을 스캔한 데이터를 기초로 한다. 의사는 디지털 모델을 이용하여 CAD 프로그램으로 설계하고, 이를 Mikron HSM 200U LP에서 밀링 가공한다. 이 밀링 가공한 부품은 수정할 필요 없을 정도로 정확하게 일치합니다. 매우 놀랍습니다. 우리는 이를 서로 잘 맞는 6중 더블 핏이라고 합니다.”(토비아스 핍)

“처음부터 표면이 거의 완벽하다는 점이 인상적입니다. 사람들은 틀니 표면이 거칠면 이질감을 느끼고 민감하게 반응합니다. Mikron HSM 200U LP에서 만들어지는 제품은 매끈하게 가공됩니다. 이 제품을 몇 분만 광을 내면 유리처럼 매끈해져 환자에게 시술할 준비가 끝납니다. 아무리 복잡한 틀니라도 세 시간 밀링 가공하면 완성이 됩니다. 이 프로세스로 우리 고객은 이전 보다 훨씬 개선된 제품을 가공할 수 있고, 사람의 노동력보다 훨씬 경제적으로 제작할 수 있습니다.”

Mikron HSM 200U LP는 또한 임플란트 연결 부위나 이중관 의치와 같은 맞춤형 형상에서 적합성을 증명한다. 틀니는 좌우에 지지할 수 있는 건강한 치아가 있어야 사용할 수 있다. 프레임이 입천장으로 이어지거나 턱 한 쪽의 어금니에서 다른 쪽의 어금니 쪽으로 치아 뿌리를 따라 이어진다. 이 프레임은 지지대 역할을 하고 동시에 저작력(음식을 씹는 힘)을 유도한다. 전통적으로 클래스프와 바를 포함하는 이 지지 프레임은 정밀 주조로 제작한다.

하지만 정밀 주조는 매우 까다롭다. 우선 치과기공사가 석고를 이용하여 틀니의 매몰 화합물을 제작한다. 이후 매몰 화합물 위에 왁스를 한 방울씩 떨어뜨려 틀을 만들고, 제작된 왁스 틀은 다시 매몰 화합물 위에 씌운다. 매물 화합물이 경화되면 왁스를 녹여서 제거하고 액상 금속을 주입한다. 바로 이 액상 금속이 냉각되면 틀니가 된다. 이후에도 화합물 제거와 세척 그리고 수많은 후 처리가 이어진다. 오류가 발생할 경우 이 공정을 처음부터 다시 시작해야 한다. 부정확하게 작업된 형상은 입안에서 상처를 날 수 있기 때문에 극도의 정밀성이 요구된다. Fip은 Mikron HSM 200U LP와 덴탈 분야에 맞게 고안된 개방형 CAM 시스템 Hyperdent로 이런 복잡한 형상을 정밀하게 밀링 가공하여, 번거로운 정밀 주조 공정이 생략할 수 있다.

틀니 제작 과정: 1. 임플란트를 지지하는 웨브를 블랭크에서 밀링 가공한다. 2. 임프란트를 지지하는 웨브, 해당 맞춤 슬리브와 함께 분리된 형태. 3. 트리는 추가로 조정하지 않아도 앵커가 주입된 석고 모형과 정확하게 일치한다. 4. 왼쪽에서 오른쪽으로 임플란트 핀을 식재한 인간의 턱에서 의치까지 가는 단계

GF Machining Solutions의 응용 전문가인 옌스 포겔은 자사의 신형 GF 머신을 시험 가동할 경우 고객을 지원한다. “치과 보철물은 순수한 5축 가공물입니다. 직선인 부분이 하나도 없고 벽부는 1mm가 안 되며 클래스프는 가늡니다. 이는 매우 까다로운 밀링 작업입니다.”

치기공사에서 사용하는 산업용 장비 Mikron HSM 200U LP

“우리는 CNC 기계에 대한 경험이 있었습니다만 Mikron HSM 200U LP는 첫 번째 산업용 기계였습니다. 우리 회사에는 절삭 기술자가 없기 때문에 GF가 제공하는 외부의 도움을 받았습니다.”(토비아스 핍) Mikron HSM 200U LP는 매우 콤팩트하고 가벼운 구조를 가지고 있어 공장이 아닌 사무용 공간에도 설치하기가 용이하다. “치기공 기계의 제작 한계와 정밀성 부족이 산업용 장비를 구입하게 된 결정적인 이유입니다.”(토비아스 핍) 금속 블록에서 커다란 이중관 의치를 정밀하게 밀링 가공하는 것은 기존의 치기공 기계로는 불가능했다. Mikron HSM 200U LP는 이런 작업에 아무런 문제가 되지 않았다. 이른바 블랭크 하나에서 수많은 크라운과 브라운 브리지를 제작하고, 이중관 의치는 완전한 턱 2개까지 가능하다. 14중 팔레트 체인저를 사용하면 이는 두 배가 된다. 프로그램을 준비하고 시스템을 일주일 24시간 모드로 완전하게 이용할 수 있다. 이 산업용 기계의 장점은 연속적인 제조 방식이다. Fip Zahnkunst는 자동화를 위해 GF Machining Solutions의 3R 영접 클램핑 시스템을 사용한다. 공작물은 반복적으로 정확하게 전자동으로 클램핑 된다. 전통적인 치기공 기계에서는 이와 유사한 시스템이 불가능하다.

가공된 블랭크로 3R 영점 클램핑 시스템에 클램핑된 상태이다. 한 블랭크에서 수많은 크라운과 브리지가 나온다.

“현대식 공작 기계에는 공정 안전성과 공정 최적화가 최우선입니다. 공작물은 정밀하고 표면이 우수해야 하며, 빠른 가공 속도로 경제적으로 제조할 수 있어야 합니다. 그리고 공구 마모도 적어야 합니다. 그렇지 않으면 시간당 가공 비용에 부정적인 영향을 끼칩니다. 우리는 Mikron HSM 200U LP로 고도로 정밀하고 신뢰할 수 있는 매우 효율적인 솔루션을 제공합니다.”(옌스 포겔)

이 업체는 확장 계획에 따라 조만간 자율적으로 에너지가 공급되고 공기 조화가 전체적으로 이루어지는 새로운 건물로 이사하기로 했다. 또한 GF의 자동화 솔루션인 Mikron HSM 200U LP와 팔레트 매거진 그리고 측정기를 고려하고 있다. 이 시스템은 System 3R의 6축 로봇 시스템과 연결되어 있고 System 3R의 워크숍 매니저를 통해 중앙에서 제어된다. 이로 인해 Fip은 기계 작동 시간을 더욱 늘릴 수 있다. “당연히 효율이 더욱 높아질 것으로 기대하고 있습니다. 무엇보다 최고급 의료기를 제작하는 것이 목표이기 때문에 환자를 항상 최우선으로 생각하고 있습니다. 이는 Mikron HSM 200U LP가 있으면 가능합니다.”