‘우리 치과 디지털 치과 만들기 구조 잡기 프로젝트’의 지난번 6강좌는 덴탈 캠(CAM)소프트웨어에 대한 주요 특징과 시중에서 많이 사용되는 소프트웨어인 하이퍼덴트(Hyper-Dent), 밀박스(Mill-Box)의 특징에 대해서 이야기 나누었다. 7강좌는 CAM소프트웨어를 통해 STL파일의 계산결과인 G코드를 가공하는 밀링장비에 대해서 이야기 나누고자 한다.
1. 밀링머신 전망 및 시장의 변화
먼저 시대의 흐름에 맞게 4차 산업의 물리적기반이 되는 무인운송수단, 3D프린팅, 로봇공학, 나노 신소재, 대체에너지 등의 생산성이 동반되면서 노동력을 감소시키는 로봇공학은 직교로봇과 다관절로봇이 결합된 형태로의 밀링머신 자동화를 이루어 냈다. 이러한 기계시장은 2019년 이후 시장에 큰 변화를 가져왔으며 또한 큰 시장을 장악하고 있는 현실이다.
전 세계적으로 기계 시장 중 밀링머신의 시장규모는 2019년 224억 달러에서 연평균 4%로 증가하여, 2027년에는 331억 달러에 이를 것으로 전망하고 있다. 그 중 치과시장의 밀링머신 시장은 5%로 추정된다. 2019년 11.2억 달러로 예측되며, 2027년 16.55억 달러(21,374억원)로 추정한다. 현실적으로 눈에 보이지 않지만 매우 큰 시장이라 할 수 있다.
특히 선진국일수록 생산자동화 로봇시장의 의존도가 매우 높다. 이처럼 산업시장(자동차, 항공우주, 철도, 에너지 등) 뿐 아니라 치과시장도 기계의 의존도가 매우 높아지고 있는 현실이다.
2. 밀링머신의 스팩 및 부품
밀링머신을 구성하는 주요구성은 프레임, 안내면, 주축이다. 첫째 밀링머신의 전체를 구성하는데 기초가 되는 골격을 프레임이라 한다. 보철물 가공 시 모든 진동과 구조 강성을 유지하는 기반이 된다. 주요 구성은 베드, 컬럼, 테이블이다. 프레임은 여러 가지 운동체인 부품들이 조립되어지고 가공에 대한 저항력을 받쳐주고 강성을 높이고 진동을 흡수하는 구조/소재로 개발되어야 한다.
극초정밀도를 요구하는 곳은 돌베드를 많이 사용한다. 외부의 진동에 영향을 적게 받기 위해서이다. 하지만 절삭가공을 요구하는 곳은 내부 진동이 발생하기 때문에 진동을 흡수하는 금속 프레임으로 많이 제작하고 있다. 일반적으로 산업시장의 금속절삭기계는 주물구조의 프레임이 대부분이다.
두 번째는 X, Y, Z, A, B축을 이송하는 미끄럼 운동을 하는 기구부로 안내면이다. 기구학적으로 정확한 운동을 하기 위해서 저항에 대한 모멘트의 영향을 덜 받게 구조를 잡는 것이 중요하다. 바로 소위 말하고 있는 축틀림(축의 오차)이라고 한다. 구조도 중요하지만 어떤 부품을 사용하느냐에 따라 정밀도 스팩은 확연하게 달라진다.
일반적으로, 운동하는 방식에 따라서 직선운동 LM, 볼스크류 구조로 이루어 졌으며, 회전운동은 감속베어링을 구조로 만들게 된다.
큰 기계의 경우 안내면은 다양한 종류로 설계된다. 공/유정압베어링, 산형, 드브테이형, 원통형, 평면형 등이다. 이러한 것은 정밀 기계에 응용된다. 저가형 치과 산업의 밀링머신에는 적용되지 않았다.
LM과 볼스크류가 형상은 같지만 정밀도 등급에 따라서 가격 차이가 많이 나기 때문에 구매할 때 꼭 체크해야 할 부분이다.
정밀도가 높을수록 수명이 긴 특징을 가지고 있으며, 요즘 같이 모델리스, 원스텝의 보철물을 제작하기 위해서는 매우 중요하다. 또한, 일반적으로 사용되는 LM과 볼스크류는 마모마찰에 대한 소모부품으로 구성되어 있어 일반적으로 약 5년이상 사용하면 정밀도에 대한 감소가 있다.
스핀들은 보철물의 소재의 종류에 따라서 베어링 모터의 스팩이 완전히 달라진다. 지르코니와 같은 연질의 소재를 가공하는 스핀들은 200W 정도도 충분하지만 금속용은 750W급 이상으로 적용이 되어야 한다. 적절한 소재에 따라 스팩 검토가 매우 중요하다. 스핀들 파워보다 회전 속도가 중요할 수도 있다.
글라스세라믹과 같은 연마는 많은 날을 이용하여 가공하기 때문에 빠른 속도로 연삭가공이 필요하다.
스핀들의 속도는 RPM 단위로 표현하며, 치과시장에서는 30,000RPM~100,000RPM까지 적용하여 사용한다.
스핀들의 베어링 구조는 표면에 가공방향에 따라서 베어링 배열이 매우 중요하다. 치과용 밀링머신은 세라믹볼베어링이 일반적으로 매우 많이 사용된다. 열적인 부분에 주축의 안정성을 유지하기 위해서이다.
물론 베어링 구조로 이뤄진 스핀들은 시간이 지나갈수록 마모마찰을 통해 소모되며, 또한 고속 스핀들은 수명이 짧다.
이에 대한 내용은 이미 많이 알려져 있기에, 미연에 대비하기 위해서 추가 스핀들 장비를 보유하고 있는 치과 및 치과기공소도 있다.
<다음호에 계속>
