현대의 금속가공기술은 눈부시게 발전해 왔습니다.
위의 그림에서 보는 바와 같이 사람이 직접 크랭크를 돌려 동력을 만들고 그 동력을 이용해 금속을 깎는 기술로 시작된 밀링머신은 이제 고출력의 전기모터를 이용해 동력을 만들고 3D로 모델링된 데이터를 기계 스스로 해석하여 고강도 툴로 자동가공하는 시대로 접어들었습니다.
치과기공 분야도 그 흐름에서 벗어나지 않아, 수작업 장비로 시작되고 그 용도도 매우 한정적이던 밀링머신이 CAD/CAM의 도입으로 인해 완전자동화를 이루게 되었습니다. 물론 그 흐름속에서 MAD/MAM 장비가 출시되기도 했습니다. (MAD/MAM은 CAD/CAM 구입에 소요되는 높은 비용을 극복하기 위해 개발된 수작업 모델복제 장비입니다)
치과기공에 CAD/CAM이 도입된 초기에는 높은 가격으로 인해 접근하기가 꽤 힘든 장비로 인식이 되었습니다. 하지만 시장원리로 인해 CAD/CAM의 가격이 나날이 떨어지자 많은 기공소에서 CAD/CAM을 도입하기 시작했고, 전문적인 밀링센터까지 등장하면서 대규모 제작이 가능한 환경이 조성되었습니다.
한편, CAD/CAM이 대중적으로 널리 보급되자 많은 이들이 CAM 밀링머신의 구조적인 측면에 관심을 가지기 시작했는데요, 그중 대표적인 부분이 '몇 축의 장비인가' 입니다. 이를테면, 3축장비는 언더컷에서 약점이 있다, 또는 5축은 되어야 완전하게 자동화할 수 있지 않을까... 등의 이야기를 주고받기 시작했습니다.
CAM 밀링머신의 '축(Axis)'이라는 것은 '가공할 수 있는 방향' 또는 '회전축' 의미합니다. 예를 들어 3축 밀링머신이라면 툴을 세방향으로 움직여 가공할 수 있다는 뜻입니다. 툴 또는 소재가 장착된 베드가 좌(X) 우(Y) 상하(Z) 로 움직이며 깎을 수 있다는 뜻이죠.
여기에서 하나의 의문을 가질 수 있습니다. XYZ 3축이면 3차원 공간에서 움직일 수 있는 모든 방향인데 도대체 4축과 5축은 무엇이 더 추가된 것인가? 이는 아래의 그림을 살펴 보면 완전히 이해될 수 있는 부분입니다.
왼쪽의 그림은 전통적인 3축 방식입니다. 소재를 고정하는 아래의 베드가 X-Y-Z 3방향으로 움직이기 때문에 3축이며 지금도 가장 널리 사용되는 방식입니다. 금형을 만들거나 기타 여러가지의 제품을 제작하는 데에는 아무런 문제가 없습니다.
하지만 치아의 경우는 다릅니다. 저렇게 움직여서는 치아 아래쪽의 언더컷을 해결하기가 무척 힘듭니다. 그래서 발전을 거듭한 것이 좌측 그림의 5축 방식입니다. 베드 자체가 두 방향으로 회전을 할 수 있습니다. 쉽게 말하면 깎을 소재를 이리저리 뒤집어(?) 주는 것이죠. 이 방식이라면 언더컷이 많은 치아 고유의 구조도 쉽게 깎을 수 있습니다.
5축 밀링머신중에서도 특히 동시5축 밀링머신은 여러가지의 장점을 가지고 있습니다.
각종 언더컷을 가공할 수 있는 5축만의 장점뿐만 아니라, 회전축과 틸팅축을 XYZ 3축과 연동시켜 동시에 작동시킴으로써 밀링버가 가공부에 최대한 직각방향으로 접근할 수 있어 가공 정밀도가 대폭 향상됩니다. 또한 공구의 마모에 따른 공구길이 자동보정에도 용이한 점이 많습니다.
2015년 초여름 현재, 치과기공계에 도입되는 밀링머신의 대세는 단연 5축 CAM 밀링머신입니다.
수많은 업체가 5축 CAM 시장에 뛰어 들어 무한 경쟁에 돌입했고, 지난 봄의 IDS는 그야말로 5축 CAM의 세계적 경연장이라할만 했습니다. 그리고 오늘 리뷰의 대상이 되는 MyCAM 500UM 도 순수 국내기술로 제작된 동시5축 CAM 밀링머신입니다.
태림메디텍(주) MyCAM500UM 의 동시5축 가공영상
그래서 최근들어 CAM 밀링머신을 도입하는 기공소는 동시5축 장비를 위주로 구매가 이루어지고 있으며, 서브장비로 4축을 추가하는 경우가 많습니다. 4축 밀링머신은 일반 보철물 제작과정에 큰 문제가 없지만 복잡한 툴경로가 필요하거나 중첩되는 경우 다소 애로사항이 존재합니다. 예컨대, 임플란트 보철물의 가공시 서로 다른 경로의 가공이 필요할 때나 기타 몇몇 경우에 적합하지 않을 수도 있습니다.
태림메디텍(주)는 2010년 4축 밀링머신 개발을 시작으로 2013년에는 커스텀 어버트먼트용 5축 CAM장비를 개발하고 2014년에는 오늘 리뷰할 동시5축 건/습식 겸용 밀링머신을 개발하여 출시했습니다. 이렇게 순차적으로 장비를 개발하는 과정에서 축적된 기술은 4건의 특허취득으로 이어졌는데, 커스텀 어버트먼트 전용 지그 및 가공법 과 자동 툴교환 시스템등에 관련된 특허가 바로 그것입니다.
태림메디텍(주)가 보유한 여러건의 특허기술과 다년간 CAD/CAM 분야에서 축적된 노하우를 모두 투입한 장비가 바로 오늘 소개할 MyCAM 500UM 인데요, 먼저 MyCAM 500UM의 구성을 알아보도록 하겠습니다. 아래는 MyCAM 500UM의 제원을 요약한 것입니다.
항 목 |
MyCAM 500UM 의 제원 | |
크기 |
440mm (w) x 752mm (d) x 740mm (h) | |
무게 |
200Kg | |
축수 (Axis) |
동시5축 동시제어 (5개의 서보모터 내장) | |
가공 타입 |
건식 / 습식 겸용 | |
스핀들 제원 |
최대출력 1.2 Kw, 최대회전수 60,000 RPM | |
툴 고정방식 |
압축공기 고정방식 (6mm Shank) | |
툴 사용갯수 |
16개 (자동 툴 교환방식) | |
툴 길이보정 |
자동 길이보정 기능 내장 | |
원격지원서비스 |
있음 (원격으로 MyCAM 500UM에 접속하여 지원가능) | |
소비전력 |
|
3 Kw (220V AC 60Hz) |
가공영역 |
|
코핑, 크라운, 인레이, 온레이, 커스텀 어버트먼트, 링크 어버트먼트, 덴탈바 |
가공가능 소재 |
티타늄, 지르코니아, Co-Cr, PMMA, 레진, 왁스, 글래스 세라믹, 하이브리드 세라믹 | |
5. 내장된 제어컴퓨터
6. CAM S/W - hyperDENT
덴탈2804는 협력 기공소의 도움을 받아 MyCAM 500UM을 직접 설치하고 2~3개월간 테스트를 진행했습니다.
2. PFM 코핑
3. 메탈 크라운
4. 지르코니아 습식
5. 지르코니아 건식
6. PMMA
6개의 환봉을 동시에 장착할 수 있도록 설계된 멀티지그에 환봉을 장착후 가공하였습니다.
테스트에 사용된 환봉은 덴탈릭스의 제품이며, 가공되는 환봉의 물성에 따라 표면이 조도가 달라질 수 있음을 감안하더라도 MyCAM 500UM을 이용해 가공한 결과물의 조도는 좋은 편입니다. 그렇기 때문에 가공시간을 조금 더 줄여 표면 조도를 낮추어도 크게 무리가 없어 보입니다.
가공된 PFM 코핑의 마진부 확대
전체적인 표면조도는 좋은 상태입니다. 특히 외면의 경우 '너무 반들반들하다'는 느낌이며, 곧바로 포세린 작업을 하기에는 조금 문제가 있어 보일 정도로 매끈한 상태입니다.
포세린 작업의 안정성을 위해 버를 이용한 표면정리와 샌드 블래스팅을 진행할 것을 고려한다면, RPM을 낮추거나 툴패스의 피치를 넓혀서 조도를 조금 러프(rough)하게 가공하면 보다 좋은 결과물을 얻을 수 있을 것입니다. 더불어 가공시간을 좀 더 단축시키는 효과까지 얻을 수 있겠습니다.
가공후 틸팅등의 문제는 없어 보입니다 다만 1:1 가공의 특성을 충분히 고려해야 할 필요가 있습니다.
지르코니아 블럭을 가공후 신터링을 거쳐 수축된 결과물의 적합도를 맞추던 기존의 방식과 1:1 가공방식은 분명히 시작점이 다릅니다.
예를 들어, 버가 미치지 못하여 날카롭게 Prep된 치아의 예각부분으로 인해 발생하는 틸팅현상등은 디자인 단계에서 충분히 예측한 다음 작업해야 할 것으로 보입니다.
MyCAM 500UM을 이용해 따로 가공된 PFM 코핑과 커스텀 어버트먼트를 결합해 보았습니다.
사진에서 보이는 바와 같이 딱 맞아 떨어지는 적합을 보이지 못했습니다. 이는 MyCAM 500UM만의 특성이 아니라 대부분의 메탈 밀링머신이 가지고 있는 한계라 해야 할 것입니다. 중요한 것은, '어느 정도의 후작업을 거쳐야 하는 것인가' 인데요, MyCAM 500UM으로 가공한 결과물의 경우, 절단면쪽의 예리한 부분을 조금만 손 본다면 크게 무리없이 맞아 들어가리라 생각됩니다.
습식 가공후의 지르코니아 코핑
통상적인 기공소에서는 건식 가공을 하는 지르코니아 블럭을 습식으로 가공한 모습입니다.
건식으로 가공하는 경우보다 훨씬 좋은 표면조도를 얻을 수 있으며 분진 또한 발생하지 않아 깨끗한 내면을 유지합니다. 그러한 이유로 적합도의 측면에서도 건식보다 우수한 점이 많습니다.
단, 지르코니아 블럭을 습식으로 가공하는 경우에는 절삭유등의 문제로 인해 작업후 반드시 알콜등을 이용한 초음파 세척이 필요하며 건조시간도 충분해야 합니다. 따라서 절삭유대신 정제수를 사용하는 것이 여러모로 편리하며 태림메디텍(주)에서도 이 부분에 대한 지원을 진행하고 있다 합니다.
습식가공과 동일한 조건에서 건식가공으로 코핑 및 풀크라운을 밀링하고 신터링해 보았습니다. 건식가공의 경우도 큰 문제가 발생하지 않았습니다.
습식가공이라 그런지 표면 활택도등은 나무랄 것이 없는 수준입니다. 건식가공에 비해 가공 소음도 무척 많이 줄어 들었습니다.
다만 가공시 절삭유와 함께 에어도 분사되는 기능이 추가되면 더 깔끔한 가공이 가능하리라 봅니다. 차후 업그레이드를 기대해 봅니다.
MyCAM 500UM 의 가로 크기는 44cm 정도, 높이는 74cm 정도의 작은 사이즈입니다. 하지만 깊이가 75cm 정도로 제법 깊습니다. 그리고 받침대와 분리되어 있어 상하 일체형 장비는 아닙니다.
산뜻한 푸른 색상의 전면부와 라운드 처리된 사각형 위주의 모던한 디자인은 크게 흠잡을 부분이 없다 생각됩니다.
사진 - 태림메티텍(주)의 양재호 대표와 박정기 무암치과기공소장
하드웨어의 수준과 성능
MyCAM500UM은 외국 유명회사의 완제품 스핀들을 장착하고 있지는 않지만, 핵심부품인 베어링을 독일제품으로 채용한 국내개발 스핀들을 사용했습니다. 스핀들을 지탱하고 축의 흔들림을 막아주는 메인 프레임도 200kg의 장비의 무게를 충분히 견딜 수 있는 것으로 설계되었다 합니다.
스핀들의 출력은 1.2kw 이며 메탈 가공에 충분한 파워입니다. 최고 속도도 60,000RPM 으로, 조절해 쓰기에 넉넉한 범위입니다.
더불어 정밀성과 내구성을 동시에 해결해야 하는 서보모터의 경우도 독일제품을 채용했습니다.
실제로 2개월여의 테스트 기간동안 이 부분에서 문제가 발생한 적은 1건도 없었으며 다만 '통신오류'로 인해 순간정지되는 한 번의 케이스만 발생했을 뿐입니다. 전체적인 하드웨어의 수준과 성능은 평균이상이라 판단됩니다.
테스트 과정 및 실제 가공에 대한 평가
역시 최고의 장점은 건식과 습식을 겸할 수 있다는 점입니다. 습식으로 메탈을 가공할 수 있으며 기존의 건식 가공도 모두 처리할 수 있습니다. 도입할 기공소의 성향이나 작업 흐름에 맞게 세팅하고 교정하는 과정을 거치면 결과물도 우수한 수준입니다.
그리고 몇가지의 개선이 필요한 점을 든다면,
하부의 받침대는 아주 견고하게 제작되었음에는 틀림없으나 상단의 밀링머신과의 조화를 이루는 디자인으로 좀 더 개선되었으면 하는 바램입니다.
그리고 최근 출시되고 있는 하이브리드 세라믹이나 열가소성 수지등의 신소재에 대한 발빠른 대처가 필요할 것입니다. 이는 소프트웨어적인 업그레이드를 통해 툴패스를 추가하거나 교정하는 것으로 가능하리라 생각됩니다.
마지막으로, 1:1 메탈가공이라는 장점을 부각시킴과 동시에 이루어져야 하는 것이 바로 교육이라 생각됩니다. 장비에 대한 적절한 교육과 최적화된 CAM S/W 응용기술을 전수할 수 있는 시간은 반드시 필요하다 생각됩니다.
A/S 에 관해
국내 기술로 개발되고 국내에서 생산되는 제품답게 24시간 전국 A/S 망을 운영하고 있다 합니다.
베어링, 서보모터등의 핵심 부품도 언제든지 교체할 수 있는 준비가 되어 있으며 블럭등의 소재도 공급하고 있다 하니 기본적인 A/S는 큰 문제가 없으리라 보여집니다.
다만, 저렴한 가격의 버를 지속적으로 공급한다거나 버를 직접 생산하여 판매한다면 좀 더 경쟁력있는 장비가 되지 않을까 생각해 봅니다. 어쩌면 현장의 유저들에게는 가장 중요한 부분중의 하나일지도 모르기 때문입니다.
테스트를 진행하던 지난 2개월동안은 마치 딴 세상에 가 있었던 느낌이 듭니다.
처음 장비를 설치하고 아무런 문제없이 테스트를 진행하다가 CAM S/W를 HyperDENT로 교체하는 바람에 진행이 모두 뒤죽박죽 되어어버리고 말았습니다. 좀 더 안정적이고 편리한 방향으로 발전하기 위한 업체측의 결정이라고 하니 달리 뭐라고 항의할 말도 없었습니다.
또, 1:1 메탈가공에 대한 노하우도 그리 많지 않은지라 이곳 저곳으로 전화를 돌리면서 정신없는 나날을 보냈는데요, 돌이켜 보면 CAM S/W의 변경은 잘 된 것이었다 생각됩니다.
한편, 이번 리뷰를 통해 깊이 깨닫게 된 점이라면, 모든 것을 기계가 대신해 주시는 못한다는 것이었습니다. 고가의 비용을 들여 장비를 설치하기만 하면 모든 부분을 기계로 대체할 수 있다는 생각, 절대 오산입니다.
현장의 오퍼레이터들이 입을 모아 말하는 것이 있습니다. '하드웨어'적인 장비보다 '소프트웨어'가 더욱 중요하다. 그리고 사용자의 연구와 개선요구가 더욱 더 중요하다.
이제는 사용하는 소재에 따라 다양한 디지털 장비를 준비해야 하는 시대가 다가오고 있습니다. 메탈가공을 위한 습식 밀링머신, 지르코니아를 위한 건식 밀링머신, 레진과 교정장치에 사용되는 3D프린터와 즉시보철에 필요한 Oral Scanner, 더 나아가 대량생산을 위한 레이저 프린터등등...
지금도 손에 꼽지 못할 정도의 많은 장비들이 쏟아져 나오고 있으며 앞으로는 더욱 더 많은 장비들이 소개되고 도입될 것입니다. 이중 여러대를 구입해 사용해야 할 시기가 다가오고 있습니다.
하지만 좋은 장비는 저절로 만들어지는 것이 아닐 것입니다. 사용자의 부단없는 연구와 응용, 그리고 치열한 개선요구만이 그것을 가능하게 할 것입니다.
끝으로, 며칠씩 밤샘작업을 해가면서 장비를 테스트해 주신 무암치과기공소 박정기 소장님, 정신없이 바쁜 일과시간에도 흔쾌히 도움을 주신 대구덴탈의 김병찬 CAD팀장님과 최욱창 개발팀장님께 감사의 말씀 전합니다.
태림메디텍(주)
054-461-8232
010-7157-7524
DIRECTOR 신창재 PHOTO, VIDEO 신창재, 이상철
PHOTO,VIDEO EDITOR & WRITER 이상철
디지털 리뷰센터는 치과기공관련 장비와 재료 및 기타 제품들을
엄선하여 리뷰하고 있습니다. 회원님들의 많은 관심 부탁드리며
장비와 재료의 리뷰를 원하는 업체는 언제든지 요청 바랍니다.