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Journal of Technologic Dentistry 2023; 45(2): 48-53

Published online June 30, 2023

https://doi.org/10.14347/jtd.2023.45.2.48

© Korean Academy of Dental Technology

치과용 바렐연마를 이용한 치과용 합금의 부피와 무게의 변화율 관찰

고현정, 박유진, 최성민

부산가톨릭대학교 치기공학과

Received: June 5, 2023; Revised: June 12, 2023; Accepted: June 13, 2023

Observation of the change rate of volume and weight of dental alloy using dental barrel finishing

Hyeon-Jeong Ko , Yu-Jin Park , Sung-Min Choi

Department of Dental Laboratory Science, Catholic University of Pusan, Busan, Korea

Correspondence to :
Sung-Min Choi
Department of Dental Laboratory Science, Catholic University of Pusan, 57 Oryundaero, Geumjeong-gu, Busan 46252, Korea
E-mail: smchoi@cup.ac.kr
https://orcid.org/0000-0001-6083-7732

Received: June 5, 2023; Revised: June 12, 2023; Accepted: June 13, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Purpose: This study aimed to provide the basic data for dental barrel finishing by observing the abrasiveness of the metal body according to the time of the barrel finishing.
Methods: This study included three types of Co-Cr alloys. The specimens were manufactured by casting method using 10-mm diameter wax spheres (n=10). The cast alloys were polished for 60 minutes at intervals of 5 minutes in barrel finishing. The weight and volume of the specimens were measured, and the rate of change was calculated. The data obtained from the three groups (α=0.05) were compared and analyzed using one-way ANOVA.
Results: As a result, the overall volume and weight of the group decreased after grinding compared with the control group.
Conclusion: When grinding dental barrel finishing, no difference was observed in the processing rate depending on the type of alloy and the processing rate of the alloy body is within 30 minutes; hence, dental barrel finishing can be effectively used for grinding.

Keywords: Barrel finishing, Co-Cr alloy, Grinding time, Volume, Weight

금속을 이용하여 제작되는 치과보철물은 crown, bridge, metal framework, porcelain fused to metal 하부구조물 등이 있다[1]. 대부분의 금속구조물은 주조방법을 이용하여 제작되었으나 최근에는 디지털 산업의 발전으로 치과용 CAD/CAM (computer-aided design/computer-aided manufacturing) system을 활용하여 효율적이고 단순화된 방법으로 제작되고 있다[2].

그로 인해 치과보철물의 제작 공정은 디지털화되었으나, 금속보철물 제작의 마무리 단계인 연마공정은 금속의 기계적 강도가 높아 가공 시 많은 시간이 소요되며 연마가 어려워 낮은 생산성을 가지는 문제가 있다[3,4]. 이에 치과보철물 금속구조물의 품질의 균일성과 연마 작업시간의 단축을 위하여 치과용 바렐연마를 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다[5].

바렐연마(barrel finishing)란 연마조(barrel)에 물과, 연마재(polishing media), 컴파운드(polishing compound)와 가공물을 혼합하여 넣은 후 연마조의 회전 시 가공물과 연마재의 마찰력과 중력에 의해 생기는 힘의 상대 운동력의 차이에 의해 과잉부(fin)의 제거와 표면의 거칠기를 향상시키는 가공법을 말한다[6].

바렐연마는 절삭연마와 광택연마를 포함하여 산업 공정의 마무리 단계로 활발히 사용되고 있다[7]. 이는 정교하게 제작된 제품의 마무리 공정으로 제작물의 재료와 사용되는 연마재 재료의 제한이 없으며 자동차 부품, 시계 부품, 의료용 치과기구 등 제품의 다양한 크기와 복잡한 형상 연마 작업에 효과적으로 사용된다[8]. 최근 치과용으로 연구되고 있는 금속 바렐연마기는 표면거칠기의 감소에 효과적이며 임상적으로 경제성과 효율성이 있다고 보고된 바 있다[5].

금속 바렐연마 시 본체 상태, 연마재, 컴파운드와 물과의 상관관계, 연마재의 종류, 가공물의 혼합 비율, 바렐의 회전속도, 가공물과 연마재의 접촉 면적 등이 표면거칠기에 영향을 미친다[8]. 바렐의 회전 속도의 경우 Petersen 등[9]은 회전 속도가 낮을 경우 연마재의 움직임과 시편에 작용하는 힘이 적어 가공물의 변화를 얻을 수 없다고 하였다. 그리고 Khorasani 등[10]은 바렐의 회전 속도가 절삭력과 표면거칠기에 영향을 미치며, 회전 속도가 120 rpm에서 140 rpm으로 속도가 증가되었을 경우 표면조도가 개선된다고 하였다.

금속 가공물과 연마재, 물, 컴파운드의 혼합물이 연마조의 60% 이상 채워졌을 경우, 혼합물의 비율이 적절하지 않아 가공물과 연마재의 접촉 면적이 짧아져 표면거칠기는 감소하지 않고 연마재의 마모만 증가한다고 하였다[11]. Jeong [5]과 Ko 등[12]은 바렐연마 시 사용시간의 증가에 따라 표면거칠기 감소에 효과가 있었다고 하였다. 따라서 금속 바렐연마 시 다양한 연마조건에 따라 결과물에 영향 미치므로 최적의 연마 조건을 선택해야 한다[13].

위와 같이 선행연구를 조사한 결과 금속 바렐연마 시 연마재와 연마속도의 조건에 대한 연구들이 대부분이며, 연마조건에 따른 가공체의 가공률에 대한 연구는 부족한 것으로 판단된다.

본 연구에서는 연구자가 선행연구에서 설정한 바렐연마 조건에 따라 합금체의 가공률을 관찰하고자 한다. 연구결과는 금속 바렐연마 공정의 표준화를 위한 기초 연구자료로 활용하고자 한다.

1. 실험재료

치과용 바렐연마를 이용한 합금체의 가공률 관찰을 위하여 다음과 같은 실험장비와 소재를 사용하였다. 바렐연마에 사용된 실험장비는 Snow barrel (DK Mungyo)을 이용하였다. 실험에 사용된 Co-Cr 합금은 국소의치용으로 사용되는 합금 3종(Vera PDI; Aalbadent, BC-Cast R; Bukwang, GM 800+; Dentaurum)을 사용하였다(Table 1).

Table 1 . Alloy and their composition (wt%)

Product nameGroupManufacturerCoCrMoFeSiOtherVickers
hardness (Hv)
Vera PDIVSAalbadent63.527.05.52.0<1.0Balance359
BC-Cast RBSBukwang65.028.05.5Balance350
GM 800+GSDentaurum58.332.06.51.0Balance370


2. 시편 제작

부피 및 무게 변화측정에 사용된 시편은 지름 10 mm의 구 형태의 납형으로 제작하였다. 3종의 합금을 고주파주조기(Fornax T; BEGO)를 이용하여 주조 후 매몰재와 주입선을 제거하고, 표면을 sandblasting 후 초음파 세척하였다. 시편의 연마는 치과용 바렐연마기(Snow barrel)의 연마조에 3:1의 비율로 혼합된 연마재 CRF (DK Mungyo)와 Sintermorundum SR (DK Mungyo) 150 g, 물 200 g, 컴파운드 5 g을 혼합하여 넣은 후 450 rpm의 회전속도로 연마하였다. Sandblasting 처리한 시편을 대조군으로 설정하였고, 실험군은 연마시간이 5분 경과한 후부터 60분까지 측정을 시작하였다. 시편은 각각 10개씩 제작하였으며 Table 2와 같이 분류하였다.

Table 2 . Classifications of specimens (N=10)

Procedures time (min)Grinding

VSBSGS
CONVSCBSCGSC
5VS5BS5GS5
10VS10BS10GS10
15VS15BS15GS15
20VS20BS20GS20
25VS25BS25GS25
30VS30BS30GS30
35VS35BS35GS35
40VS40BS40GS40
45VS45BS45GS45
50VS50BS50GS50
55VS55BS55GS55
60VS60BS60GS60

CON: control, VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.



3. 부피 및 무게 변화 측정실험

치과용 바렐연마기의 부피 및 무게의 변화율을 관찰하기 위해 Co-Cr 합금의 무게와 부피변화를 측정하였다. Micro balance (AS 82/220.R2; RADWAG)를 이용하여 무게를 측정하고 Digital vernier calipers (Mitutoyo)를 사용해 x, y, z 축의 기준을 정하여 지름을 측정 후 부피를 산출하였다(Fig. 1). 이후 무게와 부피의 변화율을 산출하였다.

Fig. 1.Volume measurement diameter.

4. 통계분석

부피 및 무게 변화 관찰 결과의 유의차 검증을 위하여 IBM SPSS Statistics ver. 26.0 (IBM)을 이용하여 일원배치분산분석(one-way ANOVA)을 시행하였으며, Scheffé’s test로 다중비교 하여 95% 유의 수준에서 사후 검정을 실시하였다.

1. 부피 및 무게 변화 측정실험 결과

치과용 바렐연마기를 이용한 Co-Cr 합금의 연마시간에 따른 3종 금속의 부피와 무게의 변화를 측정하였다. 측정결과를 이용하여 산출한 부피변화율은 Fig. 2와 같은 결과를 얻었다. 무게변화율은 Fig. 3와 같은 결과를 얻었다.

Fig. 2.Result of volume measurement. VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.

Fig. 3.Result of weight measurement. VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.

2. 통계분석

치과용 바렐연마 시간에 따른 3종 금속의 부피와 무게의 변화율을 각 시편군별로 일원배치분산분석과 Scheffé’s test 분석을 이용하여 사후검정을 실시하였다. 부피 변화율 관찰 결과 모든 실험군에서 통계적 유의차가 나타나지 않았다(p>0.05; Table 3). 무게 변화율 관찰 결과 25분 이상의 실험군에서 통계적 유의차가 나타났다(p<0.05; Table 4).

Table 3 . Volume rate analysis of specimens, as analyzed by one-way ANOVA

SpecimenSum of squaresdfMSFSignificance
VS
Between group0.008120.0010.5330.889
Within group0.1401170.001
Total0.147129
BS
Between group0.009120.0010.4680.930
Within group0.1781170.002
Total0.186129
GS
Between group0.005120.0000.3660.973
Within group0.1401170.001
Total0.145129

VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.



Table 4 . Weight rate analysis of specimens, as analyzed by one-way ANOVA

SpecimenSum of squaresdfMSFSignificance
VS
Between group0.003120.00053.274<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.004129
BS
Between group0.003120.00027.172<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.005129
GS
Between group0.003120.00041.559<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.004129

VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.


본 연구에서는 치과용 바렐연마기를 이용한 연마시간에 따른 금속체의 가공률을 관찰하기 위해 부피와 무게의 변화를 측정하여 가공률을 살펴보고 바렐연마 공정의 표준화를 위한 기초 자료로 사용하고자 하였다. 치과용 바렐연마기는 금속보철물의 생산속도 증진을 위해 연마공정을 단순화시킬 수 있어, 임상적으로 경제성과 효율성이 있다고 소개되었다[5].

바렐연마 공정 시 바렐의 회전속도와 가공물 및 연마재의 접촉 면적은 보철물의 결과에 영향 미치므로 최적의 연마 조건을 채택해야 한다[12,13]. 치과용 바렐연마기의 연마시간과 조건에 대한 선행연구는 존재하지만, 조건에 따른 바렐연마 시 합금체의 가공률에 대한 연구는 부족하여 부피와 무게의 변화를 측정해 가공률을 확인하고자 하였다.

선행연구에서 바렐연마 시간을 Jeong [5]은 30분, Ko 등[12]은 35분으로 설정하였으나, 연장된 바렐연마 시간이 가공도에 미치는 영향이 있는지 확인하기 위하여 연마시간을 60분으로 증가시켜 실험을 진행하였다[14]. 그리고 Ko [14]는 Lee [6]가 제안한 저속의 원심연마를 실시하였을 경우 연마량이 부족하다고 보고하였으며, Wang 등[15]은 바렐의 회전 속도가 증가함에 따라 금속체의 연마량이 증가한다고 보고하였다. 본 실험에서는 바렐연마기의 제조사에서 제안하는 450 rpm의 회전 속도를 유지하여 실험을 진행하였다.

Ho 등[16]은 선행연구에서 금속체의 가공정도를 관찰하기 위해 아르키메데스의 원리를 사용하였다. 그러나 선행연구의 방법으로 실험하였을 경우 시편의 주조 기포로 인해 내부로 물이 유입될 가능성이 있어 측정이 부정확할 것으로 판단하였다. 따라서 시편의 지름 측정 후 무게의 변화와 외부 직경의 변화를 Fig. 1에 따라 측정하여 부피변화를 계산하였다.

Lee [6]는 선행연구에서 바렐연마 시 가공체의 형태 부위에 따라 가공도가 다르다고 하였다. 그리고 Boschetto 등[17]은 바렐연마 시 복잡한 형상의 가공체에 대해 외부 표면과 내부 함몰부위에 따라 차이가 나타난다고 하였다. 그러나 본 연구에서는 변화를 최소화하고 정확한 측정을 위해 구 형태로 시편을 제작하였다.

본 연구에서 대조군에 대한 시편의 부피 변화율을 측정한 결과 Vera PDI (VS) 시편군과 BC-Cast R (BS) 시편군은 25분까지 부피 변화율이 크게 나타났고 이후에는 큰 변화를 보이지 않았다. 그러나 GM 800+ (GS) 시편군은 연마 시작 10분 후 급격한 부피 변화율을 나타냈고, 이후에도 부피가 감소하였으나 급격한 변화를 나타내지 않았다. Lee [6]는 바렐연마 시 연마시간을 10~25분 이내로 제안하였다. 변화율을 관찰한 결과 연마시간이 증가할수록 미세한 양이지만 지속적으로 부피 및 무게 변화율이 감소하였으며 이는 선행논문의 연구결과와 일치하였다.

대조군과 실험군의 무게의 변화율을 측정한 결과, VS 시편군에서 무게 변화율은 30분까지 증가 후 큰 변화를 보이지 않았다. BS 시편군의 무게 변화율은 25분까지 증가하다 큰 변화를 보이지 않았다(p<0.05). GS 시편군에서 무게 변화율은 25분에서 증가 후 큰 변화를 보이지 않았다. 이는 Singh과 Singh [18]의 연구에서 연마시간이 20분에서 40분으로 증가할수록 시편의 삭제량이 높아진다고 한 연구결과와 일치하였다.

본 연구에서는 연마재의 종류를 제한하여 절삭용 연마재를 이용하여 연마시간에 따른 부피 및 무게의 변화율을 관찰하였다. 하지만 치과보철물의 제작에 적용하기 위해서는 연마재의 종류와 특성을 고려하여 선택하고, 혼합비율, 연마 속도 등과 같은 다양한 조건의 연마공정의 설계를 위한 연구가 지속되어야 할 것이다.

본 연구에서는 치과용 금속 바렐연마기의 효율적 적용을 위해 Co-Cr 합금의 연마시간에 따른 가공률을 관찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 치과용 금속 바렐연마 시 합금의 종류에 따른 가공률의 차이는 나타나지 않는 것으로 판단되며, 합금체의 가공률은 30분 이내에서 치과용 바렐연마를 실시하는 것이 효율적으로 판단된다.

  1. Kim NJ, Hwang KS, Park YD. A comparison of marginal fitness by dental alloys. J Korean Acad Dent Technol. 2003;25:29-40.
  2. Jeong SJ, Cho HW, Jung JH, Kim JM, Kim YL. Comparative evaluation of marginal and internal fit of metal copings fabricated by various CAD/CAM methods. J Korean Acad Prosthodont. 2019;57:211-218.
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  3. Park JM, Kim WC. Effect of surface modification by heat treatment of Co-Cr alloy. J Korean Soc Heat Treat. 2010;23:137-141.
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  7. Petersen N, Wiese B, Hort N. Barrel finishing of magnesium alloys. In: Barela S, Leonard A, Maier P, Neelameggham NR, Miller VM, eds. Magnesium technology 2023. Springer, 2023. p.101-106.
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    CrossRef

Article

Original Article

Journal of Technologic Dentistry 2023; 45(2): 48-53

Published online June 30, 2023 https://doi.org/10.14347/jtd.2023.45.2.48

Copyright © Korean Academy of Dental Technology.

치과용 바렐연마를 이용한 치과용 합금의 부피와 무게의 변화율 관찰

고현정, 박유진, 최성민

부산가톨릭대학교 치기공학과

Received: June 5, 2023; Revised: June 12, 2023; Accepted: June 13, 2023

Observation of the change rate of volume and weight of dental alloy using dental barrel finishing

Hyeon-Jeong Ko , Yu-Jin Park , Sung-Min Choi

Department of Dental Laboratory Science, Catholic University of Pusan, Busan, Korea

Correspondence to:Sung-Min Choi
Department of Dental Laboratory Science, Catholic University of Pusan, 57 Oryundaero, Geumjeong-gu, Busan 46252, Korea
E-mail: smchoi@cup.ac.kr
https://orcid.org/0000-0001-6083-7732

Received: June 5, 2023; Revised: June 12, 2023; Accepted: June 13, 2023

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Purpose: This study aimed to provide the basic data for dental barrel finishing by observing the abrasiveness of the metal body according to the time of the barrel finishing.
Methods: This study included three types of Co-Cr alloys. The specimens were manufactured by casting method using 10-mm diameter wax spheres (n=10). The cast alloys were polished for 60 minutes at intervals of 5 minutes in barrel finishing. The weight and volume of the specimens were measured, and the rate of change was calculated. The data obtained from the three groups (α=0.05) were compared and analyzed using one-way ANOVA.
Results: As a result, the overall volume and weight of the group decreased after grinding compared with the control group.
Conclusion: When grinding dental barrel finishing, no difference was observed in the processing rate depending on the type of alloy and the processing rate of the alloy body is within 30 minutes; hence, dental barrel finishing can be effectively used for grinding.

Keywords: Barrel finishing, Co-Cr alloy, Grinding time, Volume, Weight

INTRODUCTION

금속을 이용하여 제작되는 치과보철물은 crown, bridge, metal framework, porcelain fused to metal 하부구조물 등이 있다[1]. 대부분의 금속구조물은 주조방법을 이용하여 제작되었으나 최근에는 디지털 산업의 발전으로 치과용 CAD/CAM (computer-aided design/computer-aided manufacturing) system을 활용하여 효율적이고 단순화된 방법으로 제작되고 있다[2].

그로 인해 치과보철물의 제작 공정은 디지털화되었으나, 금속보철물 제작의 마무리 단계인 연마공정은 금속의 기계적 강도가 높아 가공 시 많은 시간이 소요되며 연마가 어려워 낮은 생산성을 가지는 문제가 있다[3,4]. 이에 치과보철물 금속구조물의 품질의 균일성과 연마 작업시간의 단축을 위하여 치과용 바렐연마를 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다[5].

바렐연마(barrel finishing)란 연마조(barrel)에 물과, 연마재(polishing media), 컴파운드(polishing compound)와 가공물을 혼합하여 넣은 후 연마조의 회전 시 가공물과 연마재의 마찰력과 중력에 의해 생기는 힘의 상대 운동력의 차이에 의해 과잉부(fin)의 제거와 표면의 거칠기를 향상시키는 가공법을 말한다[6].

바렐연마는 절삭연마와 광택연마를 포함하여 산업 공정의 마무리 단계로 활발히 사용되고 있다[7]. 이는 정교하게 제작된 제품의 마무리 공정으로 제작물의 재료와 사용되는 연마재 재료의 제한이 없으며 자동차 부품, 시계 부품, 의료용 치과기구 등 제품의 다양한 크기와 복잡한 형상 연마 작업에 효과적으로 사용된다[8]. 최근 치과용으로 연구되고 있는 금속 바렐연마기는 표면거칠기의 감소에 효과적이며 임상적으로 경제성과 효율성이 있다고 보고된 바 있다[5].

금속 바렐연마 시 본체 상태, 연마재, 컴파운드와 물과의 상관관계, 연마재의 종류, 가공물의 혼합 비율, 바렐의 회전속도, 가공물과 연마재의 접촉 면적 등이 표면거칠기에 영향을 미친다[8]. 바렐의 회전 속도의 경우 Petersen 등[9]은 회전 속도가 낮을 경우 연마재의 움직임과 시편에 작용하는 힘이 적어 가공물의 변화를 얻을 수 없다고 하였다. 그리고 Khorasani 등[10]은 바렐의 회전 속도가 절삭력과 표면거칠기에 영향을 미치며, 회전 속도가 120 rpm에서 140 rpm으로 속도가 증가되었을 경우 표면조도가 개선된다고 하였다.

금속 가공물과 연마재, 물, 컴파운드의 혼합물이 연마조의 60% 이상 채워졌을 경우, 혼합물의 비율이 적절하지 않아 가공물과 연마재의 접촉 면적이 짧아져 표면거칠기는 감소하지 않고 연마재의 마모만 증가한다고 하였다[11]. Jeong [5]과 Ko 등[12]은 바렐연마 시 사용시간의 증가에 따라 표면거칠기 감소에 효과가 있었다고 하였다. 따라서 금속 바렐연마 시 다양한 연마조건에 따라 결과물에 영향 미치므로 최적의 연마 조건을 선택해야 한다[13].

위와 같이 선행연구를 조사한 결과 금속 바렐연마 시 연마재와 연마속도의 조건에 대한 연구들이 대부분이며, 연마조건에 따른 가공체의 가공률에 대한 연구는 부족한 것으로 판단된다.

본 연구에서는 연구자가 선행연구에서 설정한 바렐연마 조건에 따라 합금체의 가공률을 관찰하고자 한다. 연구결과는 금속 바렐연마 공정의 표준화를 위한 기초 연구자료로 활용하고자 한다.

MATERIALS AND METHODS

1. 실험재료

치과용 바렐연마를 이용한 합금체의 가공률 관찰을 위하여 다음과 같은 실험장비와 소재를 사용하였다. 바렐연마에 사용된 실험장비는 Snow barrel (DK Mungyo)을 이용하였다. 실험에 사용된 Co-Cr 합금은 국소의치용으로 사용되는 합금 3종(Vera PDI; Aalbadent, BC-Cast R; Bukwang, GM 800+; Dentaurum)을 사용하였다(Table 1).

Table 1 . Alloy and their composition (wt%).

Product nameGroupManufacturerCoCrMoFeSiOtherVickers
hardness (Hv)
Vera PDIVSAalbadent63.527.05.52.0<1.0Balance359
BC-Cast RBSBukwang65.028.05.5Balance350
GM 800+GSDentaurum58.332.06.51.0Balance370


2. 시편 제작

부피 및 무게 변화측정에 사용된 시편은 지름 10 mm의 구 형태의 납형으로 제작하였다. 3종의 합금을 고주파주조기(Fornax T; BEGO)를 이용하여 주조 후 매몰재와 주입선을 제거하고, 표면을 sandblasting 후 초음파 세척하였다. 시편의 연마는 치과용 바렐연마기(Snow barrel)의 연마조에 3:1의 비율로 혼합된 연마재 CRF (DK Mungyo)와 Sintermorundum SR (DK Mungyo) 150 g, 물 200 g, 컴파운드 5 g을 혼합하여 넣은 후 450 rpm의 회전속도로 연마하였다. Sandblasting 처리한 시편을 대조군으로 설정하였고, 실험군은 연마시간이 5분 경과한 후부터 60분까지 측정을 시작하였다. 시편은 각각 10개씩 제작하였으며 Table 2와 같이 분류하였다.

Table 2 . Classifications of specimens (N=10).

Procedures time (min)Grinding

VSBSGS
CONVSCBSCGSC
5VS5BS5GS5
10VS10BS10GS10
15VS15BS15GS15
20VS20BS20GS20
25VS25BS25GS25
30VS30BS30GS30
35VS35BS35GS35
40VS40BS40GS40
45VS45BS45GS45
50VS50BS50GS50
55VS55BS55GS55
60VS60BS60GS60

CON: control, VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+..



3. 부피 및 무게 변화 측정실험

치과용 바렐연마기의 부피 및 무게의 변화율을 관찰하기 위해 Co-Cr 합금의 무게와 부피변화를 측정하였다. Micro balance (AS 82/220.R2; RADWAG)를 이용하여 무게를 측정하고 Digital vernier calipers (Mitutoyo)를 사용해 x, y, z 축의 기준을 정하여 지름을 측정 후 부피를 산출하였다(Fig. 1). 이후 무게와 부피의 변화율을 산출하였다.

Figure 1. Volume measurement diameter.

4. 통계분석

부피 및 무게 변화 관찰 결과의 유의차 검증을 위하여 IBM SPSS Statistics ver. 26.0 (IBM)을 이용하여 일원배치분산분석(one-way ANOVA)을 시행하였으며, Scheffé’s test로 다중비교 하여 95% 유의 수준에서 사후 검정을 실시하였다.

RESULTS

1. 부피 및 무게 변화 측정실험 결과

치과용 바렐연마기를 이용한 Co-Cr 합금의 연마시간에 따른 3종 금속의 부피와 무게의 변화를 측정하였다. 측정결과를 이용하여 산출한 부피변화율은 Fig. 2와 같은 결과를 얻었다. 무게변화율은 Fig. 3와 같은 결과를 얻었다.

Figure 2. Result of volume measurement. VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.

Figure 3. Result of weight measurement. VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.

2. 통계분석

치과용 바렐연마 시간에 따른 3종 금속의 부피와 무게의 변화율을 각 시편군별로 일원배치분산분석과 Scheffé’s test 분석을 이용하여 사후검정을 실시하였다. 부피 변화율 관찰 결과 모든 실험군에서 통계적 유의차가 나타나지 않았다(p>0.05; Table 3). 무게 변화율 관찰 결과 25분 이상의 실험군에서 통계적 유의차가 나타났다(p<0.05; Table 4).

Table 3 . Volume rate analysis of specimens, as analyzed by one-way ANOVA.

SpecimenSum of squaresdfMSFSignificance
VS
Between group0.008120.0010.5330.889
Within group0.1401170.001
Total0.147129
BS
Between group0.009120.0010.4680.930
Within group0.1781170.002
Total0.186129
GS
Between group0.005120.0000.3660.973
Within group0.1401170.001
Total0.145129

VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+..



Table 4 . Weight rate analysis of specimens, as analyzed by one-way ANOVA.

SpecimenSum of squaresdfMSFSignificance
VS
Between group0.003120.00053.274<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.004129
BS
Between group0.003120.00027.172<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.005129
GS
Between group0.003120.00041.559<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.004129

VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+..


DISCUSSION

본 연구에서는 치과용 바렐연마기를 이용한 연마시간에 따른 금속체의 가공률을 관찰하기 위해 부피와 무게의 변화를 측정하여 가공률을 살펴보고 바렐연마 공정의 표준화를 위한 기초 자료로 사용하고자 하였다. 치과용 바렐연마기는 금속보철물의 생산속도 증진을 위해 연마공정을 단순화시킬 수 있어, 임상적으로 경제성과 효율성이 있다고 소개되었다[5].

바렐연마 공정 시 바렐의 회전속도와 가공물 및 연마재의 접촉 면적은 보철물의 결과에 영향 미치므로 최적의 연마 조건을 채택해야 한다[12,13]. 치과용 바렐연마기의 연마시간과 조건에 대한 선행연구는 존재하지만, 조건에 따른 바렐연마 시 합금체의 가공률에 대한 연구는 부족하여 부피와 무게의 변화를 측정해 가공률을 확인하고자 하였다.

선행연구에서 바렐연마 시간을 Jeong [5]은 30분, Ko 등[12]은 35분으로 설정하였으나, 연장된 바렐연마 시간이 가공도에 미치는 영향이 있는지 확인하기 위하여 연마시간을 60분으로 증가시켜 실험을 진행하였다[14]. 그리고 Ko [14]는 Lee [6]가 제안한 저속의 원심연마를 실시하였을 경우 연마량이 부족하다고 보고하였으며, Wang 등[15]은 바렐의 회전 속도가 증가함에 따라 금속체의 연마량이 증가한다고 보고하였다. 본 실험에서는 바렐연마기의 제조사에서 제안하는 450 rpm의 회전 속도를 유지하여 실험을 진행하였다.

Ho 등[16]은 선행연구에서 금속체의 가공정도를 관찰하기 위해 아르키메데스의 원리를 사용하였다. 그러나 선행연구의 방법으로 실험하였을 경우 시편의 주조 기포로 인해 내부로 물이 유입될 가능성이 있어 측정이 부정확할 것으로 판단하였다. 따라서 시편의 지름 측정 후 무게의 변화와 외부 직경의 변화를 Fig. 1에 따라 측정하여 부피변화를 계산하였다.

Lee [6]는 선행연구에서 바렐연마 시 가공체의 형태 부위에 따라 가공도가 다르다고 하였다. 그리고 Boschetto 등[17]은 바렐연마 시 복잡한 형상의 가공체에 대해 외부 표면과 내부 함몰부위에 따라 차이가 나타난다고 하였다. 그러나 본 연구에서는 변화를 최소화하고 정확한 측정을 위해 구 형태로 시편을 제작하였다.

본 연구에서 대조군에 대한 시편의 부피 변화율을 측정한 결과 Vera PDI (VS) 시편군과 BC-Cast R (BS) 시편군은 25분까지 부피 변화율이 크게 나타났고 이후에는 큰 변화를 보이지 않았다. 그러나 GM 800+ (GS) 시편군은 연마 시작 10분 후 급격한 부피 변화율을 나타냈고, 이후에도 부피가 감소하였으나 급격한 변화를 나타내지 않았다. Lee [6]는 바렐연마 시 연마시간을 10~25분 이내로 제안하였다. 변화율을 관찰한 결과 연마시간이 증가할수록 미세한 양이지만 지속적으로 부피 및 무게 변화율이 감소하였으며 이는 선행논문의 연구결과와 일치하였다.

대조군과 실험군의 무게의 변화율을 측정한 결과, VS 시편군에서 무게 변화율은 30분까지 증가 후 큰 변화를 보이지 않았다. BS 시편군의 무게 변화율은 25분까지 증가하다 큰 변화를 보이지 않았다(p<0.05). GS 시편군에서 무게 변화율은 25분에서 증가 후 큰 변화를 보이지 않았다. 이는 Singh과 Singh [18]의 연구에서 연마시간이 20분에서 40분으로 증가할수록 시편의 삭제량이 높아진다고 한 연구결과와 일치하였다.

본 연구에서는 연마재의 종류를 제한하여 절삭용 연마재를 이용하여 연마시간에 따른 부피 및 무게의 변화율을 관찰하였다. 하지만 치과보철물의 제작에 적용하기 위해서는 연마재의 종류와 특성을 고려하여 선택하고, 혼합비율, 연마 속도 등과 같은 다양한 조건의 연마공정의 설계를 위한 연구가 지속되어야 할 것이다.

CONCLUSIONS

본 연구에서는 치과용 금속 바렐연마기의 효율적 적용을 위해 Co-Cr 합금의 연마시간에 따른 가공률을 관찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 치과용 금속 바렐연마 시 합금의 종류에 따른 가공률의 차이는 나타나지 않는 것으로 판단되며, 합금체의 가공률은 30분 이내에서 치과용 바렐연마를 실시하는 것이 효율적으로 판단된다.

ACKNOWLEDGEMENTS

None.

FUNDING

None to declare.

Fig 1.

Figure 1.Volume measurement diameter.
Journal of Technologic Dentistry 2023; 45: 48-53https://doi.org/10.14347/jtd.2023.45.2.48

Fig 2.

Figure 2.Result of volume measurement. VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.
Journal of Technologic Dentistry 2023; 45: 48-53https://doi.org/10.14347/jtd.2023.45.2.48

Fig 3.

Figure 3.Result of weight measurement. VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+.
Journal of Technologic Dentistry 2023; 45: 48-53https://doi.org/10.14347/jtd.2023.45.2.48

Table 1 . Alloy and their composition (wt%).

Product nameGroupManufacturerCoCrMoFeSiOtherVickers
hardness (Hv)
Vera PDIVSAalbadent63.527.05.52.0<1.0Balance359
BC-Cast RBSBukwang65.028.05.5Balance350
GM 800+GSDentaurum58.332.06.51.0Balance370

Table 2 . Classifications of specimens (N=10).

Procedures time (min)Grinding

VSBSGS
CONVSCBSCGSC
5VS5BS5GS5
10VS10BS10GS10
15VS15BS15GS15
20VS20BS20GS20
25VS25BS25GS25
30VS30BS30GS30
35VS35BS35GS35
40VS40BS40GS40
45VS45BS45GS45
50VS50BS50GS50
55VS55BS55GS55
60VS60BS60GS60

CON: control, VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+..


Table 3 . Volume rate analysis of specimens, as analyzed by one-way ANOVA.

SpecimenSum of squaresdfMSFSignificance
VS
Between group0.008120.0010.5330.889
Within group0.1401170.001
Total0.147129
BS
Between group0.009120.0010.4680.930
Within group0.1781170.002
Total0.186129
GS
Between group0.005120.0000.3660.973
Within group0.1401170.001
Total0.145129

VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+..


Table 4 . Weight rate analysis of specimens, as analyzed by one-way ANOVA.

SpecimenSum of squaresdfMSFSignificance
VS
Between group0.003120.00053.274<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.004129
BS
Between group0.003120.00027.172<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.005129
GS
Between group0.003120.00041.559<0.001
Within group0.0011170.000
Total0.004129

VS: Vera PDI, BS: BC-Cast R, GS: GM 800+..


References

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    CrossRef

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eISSN 2288-5218
pISSN 1229-3954
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