의료용 3D 프린팅 기술과 3D 프린터 소개

환자 스캔으로 얻은 데이터를 3D 프린팅하여 제작한 해부학 모형은 오늘날 개인 맞춤형 정밀 의학 분야에서 점점 더 유용한 도구가 되고 있습니다. 일상적인 사례에서 사례가 더 복잡해지고 수술실의 효율성이 더욱 중요해지면서 시각 및 촉각 참조 모형을 이용해 수술 팀과 환자의 이해와 의사 소통을 향상하고 있습니다.

전 세계의 의료 전문가와 병원, 연구 기관이 3D 프린팅 해부학 모형을 참조 도구로 사용하여 수술 전 계획, 수술 중 시각화, 수백 가지 간행물에 문서화되어 있는 일상적이고 고도로 복잡한 절차 모두에서 의료 기기의 크기를 조정하거나 사전 맞춤합니다.

CT 및 MRI 스캔 데이터를 토대로 한 환자별 촉각 참조 모형을 3D 프린팅으로 제작하면 저렴하고 간단하게 할 수 있습니다. 동료 검토 문헌에 따르면 3D 프린팅 참조 모형에서 전에 얻지 못 했던 시각을 얻게 된 의사들은 수술을 더 완벽하게 준비하고 수술실에서 시간과 비용을 크게 줄이는 동시에 환자 만족도는 높이고 불안은 낮춰 회복 시간을 단축하는 것으로 나타났습니다.

수술 전 모델을 제작함으로써 파악하게 되는 사항이 치료 과정에 영향을 줄 수 있습니다. 마이클 임스(Michael Eames) 박사의 실제 경험입니다. 어린 환자의 팔뚝 뼈를 3D 프린팅으로 복제해 본 임스 박사는 부상이 이전에 생각했던 것과 다르다는 것을 깨달았습니다.

박사는 새로운 연조직 시술을 선택했는 데 이 시술은 훨씬 덜 침습적이고 재활 시간이 더 짧으며 흉터가 훨씬 작게 생기는 방법이었습니다. 3D 프린팅으로 제작한 뼈 복제물을 보여주며 어린 환자와 그 부모에게 절차를 안내하고 동의를 얻은 것입니다.

결과가 어땠을까요? 수술 시간이 30 분 이내로 줄었습니다. 처음에 계획했던 3 시간 보다 훨씬 짧은 시간이죠. 수술 시간에서 생긴 이러한 차이가 병원 입장에서는 $5,500에 상당의 절약으로 이어졌고 환자가 수술 후 치료에 소비하는 회복 시간도 더 짧아졌습니다.

벨기에 앤트워프 지역 AZ Monica 병원의 프레데릭 베르슬라겐(Frederik Verstreken) 박사는 손과 손목, 팔뚝 전문 외과의입니다. 박사는 시각화, 디지털 계획, 3D 프린팅 해부학 모형을 결합하면 수술실에서 보내는 시간을 약 30~40%의 시간을 절약할 수 있다고 합니다. 복잡한 절골술 증례의 경우, 해부학적 구조를 복원하는 것이 불가능한 경우도 있었습니다. 그러나 3D 프린팅으로 제작한 수술용 모형을 사용하면 사용하지 않을 때보다 수술을 더 정확하고 편리하게 준비할 수 있고, 방사선을 덜 사용하면서도 정확도는 훨씬 더 높일 수 있어 단 시간 안에 환자의 정상적인 움직임을 회복하고 통증도 줄여줄 수 있습니다.

파인슈타인 의학 연구 연구소(Feinstein Institute for Medical Research)의 임상 강사인 토드 골드스타인(Todd Goldstein) 박사는 담당 부서에서 3D 프린팅 기술이 핵심적인 역할을 하게 된 경위를 명확하게 평가했습니다. 박사는 노스웰(Northwell)이 3D 프린팅 모형을 사용해 10~15%의 환자를 치료한다면 연간 $1,750,000를 절약할 수 있다고 추정했습니다.

수술 가이드는 외과의사가 각 환자의 고유한 해부학적 구조와 병리학을 이해하여 위험을 분석하고 접근 방식을 계획하며 수술실에 들어가기 전에 사례에 더 익숙해지는 데 도움이 됩니다. 탄성과 같은 특정 물성이 있는 재료를 선택하면 외과 의사가 모형을 가지고 치료 방법을 연습할 수 있어 수술 시간이 단축되고 결과가 향상됩니다.

신규 생체적합성 의료용 3D 프린팅 재료를 이용하면 새로운 수술 도구와 기술을 개발하고 명시적 목적인 수술 중 임상 경험 향상도 실현할 수 있었습니다. 기존의 계측 시스템은 발전 속도가 느리고 초기 비용이 상당히 많이 들며, 수술 작업흐름에 합병증을 초래하는 경우가 많습니다. 3D 프린터와 생체적합성 소재를 사용하면 시술별, 환자별 이식재, 수술 기구, 절단 가이드를 더욱 쉽고 비용 효율적으로 제작할 수 있습니다.

3D 프린팅 맞춤형 수술 가이드는 외과의사가 각 환자의 고유한 해부학적 구조와 병리학을 이해하여 위험을 분석하고 접근 방식을 계획하며 수술실에 들어가기 전에 사례에 더 익숙해지는 데 도움이 됩니다. 잘 설계된 절단 가이드는 수술 사례에 필요한 시간과 외과의사가 수술 중 내비게이션 시스템에 소비하는 시간을 줄여줍니다. 환자에게 영향을 미치는 방사선량과 수술실에 머무는 시간이 줄어드는 것과 같은 의미입니다.

3D 프린팅은 처리 시간이 빨라 설계 반복도 빨라졌습니다. 외과의사로부터 피드백을 받을 수 있으며, 이를 신속하게 적용하여 도구나 가이드를 다시 프린팅할 수 있습니다

restor3d는 인체를 치료하고 재건하는 외과의사와 의료 서비스 제공자에게 기술을 제공하여 정밀 수술의 혁신을 주도하는 임무를 수행하고 있습니다. restor3d는 3D 프린팅 기능을 활용하여 시술별, 빈번하게는 환자별 금속 이식재 및 폴리머 장비를 프린팅함으로써 수술 치료를 획기적으로 개선합니다.

3D 프린팅은 restor3D이 수술실에 혁신을 가져오는 선두주자로 자리매김하는 데 도움이 되었습니다. 이들은 수술 전 계획 키트, 매우 정확하고 혁신적인 이식재, 계측 키트 분야에 업계 최고 엔드투엔드 솔루션을 제공하여 병원이 비용을 절감하고 환자 경험을 향상시켰습니다.

3D 프린팅은 사실상 신속 프로토타이핑의 동의어가 되었습니다. 인하우스 3D 프린팅은 사용이 쉽고 비용이 저렴하여 가히 제품 개발의 혁명이라 할 수 있습니다. 인하우스 3D 프린팅으로 새로운 의료 기기 및 수술 기구를 생산하고 있는 의료 기구 제조업체가 많습니다.

상위 50개의 의료 기기 회사 중 90% 이상이 3D 프린팅으로 의료 기기와 지그 , 고정구를 정확한 프로토타입으로 제작해 테스트를 단순화하고 의료 기기를 직접 3D 프린팅합니다.

3D 프린팅을 이용하면 복잡한 설계를 한 주가 아닌 단 하루 만에 반복하여 설계 과정을 가속할 수 있습니다. 코얼레스가 천식 환자의 흡기 흐름 프로파일을 디지털 방식으로 평가할 수 있는 흡입기 장치를 만드는 작업을 수주했을 때 서비스 제공 업체에 아웃소싱했다면 프로토타입을 각 디자인 단계별로 제작하는 동안 리드 타임이 길어졌을 것입니다. 그 과정에서 디자인 파일은 다양하게 반복 제작하고 힘들게 다듬은 후에야 사외로 보내 제작했을 것은 물론입니다.

데스크톱 SLA 3D 프린팅 방식을 선택한 코얼레스는 사외 제작 대신 전체 프로토타이핑 과정을 사내에서 진행할 수 있었습니다. 프로토타입은 임상 연구용으로 사용하기에 적합했고 완제품처럼 보였습니다. 사실, 장치를 선보였을 때 클라이언트는 프로토타입을 최종 제품으로 착각할 정도였습니다.

전체 과정을 인하우스 방식으로 처리하니 프로토타입의 리드 타임을 80~90%까지 크게 단축할 수 있었습니다. 뿐만 아니라 파트 프린팅에 단 8시간이 걸렸고 며칠 만에 완성하여 도색을 완료할 수 있었던 반면 외부 하청 업체를 통해 동일한 프로세스를 수행하는 데는 1~2주가 걸렸습니다.

차비니 페르난도(Shavini Fernando) 씨는 청각 웨어러블 장치이자 활력 징후 모니터링과 비상 경보 기능을 겸비한 액세서리인 OxiWear 개발에 3D 프린팅을 활용했습니다. 팀은 SLA 3D 프린팅으로 장치 프로토타입과 정전기 분산 지그를 제작했습니다.

페르난도 씨는 “이제 막 시작하는 새로운 회사로서 인하우스 3D 프린팅은 우리에게 큰 도움이 되었고 개발 수명 주기 동안 비용을 크게 절감했으며 다양한 프로토타입 디자인을 동시에 테스트할 수 있었습니다. 3D 프린팅을 도입하기 전에는 프로토타입을 아웃소싱해야 할 때마다 비용이 약 $200 들었습니다. 각 장치를 Form 3B로 프린팅하니까 비용은 고작 몇 센트면 충분해요.”

전 세계에서 5천만 명이 넘는 환자가 외상성 원인으로 인해 사지 절단을 겪습니다. 응급 상황에서 회복 중인 환자가 보철물이라는 새로운 세계에 첫발을 내디디는 일은 고통스러울 수 있습니다. 그런 분들은 대체로 자동차를 운전하거나 체육관에서 운동을 하고 집 주변을 청소하는 것과 같은 일상 생활로 돌아가고 싶어합니다. 이들의 소망과는 달리 기존의 의지(의수/의족)는 대체로 조악하고 고가이며 파손되기 쉽습니다. 고급 의수가 필요한 환자의 약 10%가 현재 그 가격을 감당할 수 있습니다.

간단한 보철물은 몇 가지 크기로만 제공되므로 환자가 가장 잘 맞는 것을 선택해야만 하고, 기능을 제어하기 위해 사람의 절단단 근육에 의존하여 실제 팔다리의 움직임과 그립을 모방하도록 설계된 맞춤형 생체 공학 장치는 너무 고가여서 선진국에서도 가장 좋은 건강 보험에 가입한 환자만 이용할 수 있습니다. 이점은 특히 어린이용 의지에 영향을 미칩니다. 아이들은 성장하는 과정에서 필연적으로 의지보다 더 자라게 되므로 비용을 많이 들여 의지를 교체해야 합니다. 어려운 점은 맞춤형 부품을 저렴하게 생산할 수 있는 제조 공정이 없다는 사실입니다. 그러나 자유롭게 디자인할 수 있는 것으로 알려진 3D 프린팅으로 이런 재정적 장벽을 낮추는 보철 제작사가 점점 더 늘어나고 있습니다.

기존 시장을 전복시키려는 기업이 있으니 바로, 싸이오닉(PSYONIC)으로, 어빌리티 핸드(Ability Hand)의 제작사입니다. 하이브리드 제조 방법을 이용해 자체적으로 설계 및 제조하는 어빌리티 핸드는 사용자의 인생과 움직임을 원래대로 되돌려 주겠다고 약속합니다. 싸이오닉은 신속한 프로토타입 제작, 경제성과 접근성 향상, 내구성과 내충격성 소재로 오래 지속되는 최종 사용 부품 제작 과정에서 3D 프린팅을 활용합니다.

e-NABLE 같은 이니셔티브를 이용하면 전 세계 커뮤니티가 3D 프린팅으로 보철물을 제작할 수 있습니다. 그들은 정보와 오픈 소스 디자인을 온라인에서 자유롭게 공유하여 보철물 생산에서 독립적인 움직임을 주도하고 있으며 환자는 단 $50에 자신에게 잘 맞는 맞춤형 보철물을 얻을 수 있습니다.

라이먼 코너(Lyman Connor) 씨 같은 다른 발명가들은 여기서 한 걸음 더 나아갑니다. 라이먼은 4대의 데스크톱 3D 프린터로 구성된 소규모 시설에서 첫 번째 보철물을 완성하여 끼우기까지 했습니다. 그의 궁극적인 목표는 무엇일까요? 맞춤형 완전 생체 공학적 의수를 제작하여 고급 의지의 소매 가격인 수만 달러의 일부에 지나지 않는 저렴한 금액에 판매하는 것입니다.

이 밖에도 MIT의 연구원들은 훨씬 편안한 보철 소켓을 생산할 최적의 수단이 3D 프린팅임을 확인했습니다.

이러한 보철물은 가격이 저렴하고 맞춤형 디자인을 자유자재로 제작할 수 있어 말 할 것도 없이 마치 계시와도 같았습니다. 3D 프린팅으로 제작한 보철물은 단 2주 만에 교체할 수 있으며 기존 보철물보다 훨씬 저렴한 비용으로 시험해 보고 유지 보수할 수 있습니다.

비용이 계속 절감되고 재료의 물성이 개선되면서 3D 프린팅이 이런 의료 분야에서 더 큰 역할을 하리라는 것에는 의심의 여지가 없습니다.

보조기 같은 분야에서도 똑같이 높은 재정적 장벽을 확인할 수 있습니다. 다른 많은 환자 맞춤형 의료 기기와 마찬가지로 맞춤형 보조기는 비용이 많이 들어 접근하기 어렵고 제작하는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸립니다. 3D 프린팅을 사용하면 그렇게 하지 않아도 됩니다.

현재 많은 의료 전문가들이 맞춤형 정형외과 솔루션을 생산하기 위해 3D 프린팅을 채택하고 있습니다. 테스트된 워크플로를 따르면 환자 맞춤형 보조기를 기록적인 시간 안에 생산할 수 있습니다. 3D으로 프린팅 시간과 리소스를 절약할 수 있기 때문입니다.

맞춤형 교정기 제작 디지털 워크플로에는 새로운 디자인, 테스트 및 제조 옵션이 포함되어 맞춤화 비용 절감, 리드 타임축소에 따른 생산 주기 단축, 착용감 개선, 치료 효과 개선 드으이 효과를 거둘 수 있습니다.3D 프린팅 보조기는 빠르고 저렴하게 맞춤화할 수 있는 강력한 솔루션으로 사용할 수 있습니다.

독일 킬에 본사를 둔 정형외과 전문 의료 제공업체, Kriwat GmbH는 숙련된 인력의 부족에 직면했습니다. 여기에 더해 기존의 워크플로은 먼지와 화학 연기로 가득 찬 환경을 만들어냈습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 마스터 정형외과 신발 기술자인 라이스 크리와트(Lais Kriwat) 씨는 두 대의 Fuse 1+ 30W SLS 3D 프린터와 Nylon 11 Powder로 인솔 생산용 디지털 워크플로를 개발했습니다.

디지털 워크플로를 이용하면 재료비와 인건비를 절감할 수 있습니다. 라이스 씨는 3D 프린팅 덕분에 생산 비용이 약 15~17% 감소한 것으로 추정했습니다. 또한 생산 속도를 높여 작업자가 더 많은 환자를 돌볼 수 있게 되었습니다. 라이스 크리와트(Lais Kriwat) 씨는 “이제 우리는 24시간 이내에 환자에게 딱 맞는 교정 장치를 만들 수 있는 역량을 확보했습니다.”라며 만족감을 드러냈습니다. 

SLS 3D 프린팅의 자유로운 설계 덕분에 걷는 동안 압력 재분배, 개인 프리미엄 제품 생산, 전통적인 방법으로는 생산이 불가능한 특정 지지대, 그리고 달리기나 축구와 같은 스포츠에서 발을 최적으로 지지해 주지만 더 얇은 제품에 대한 가능성이 열렸습니다.

마테이(Matej) 씨와 그의 아들 닉(Nik)의 사례는 3D 프린팅 맞춤형 보조기의 힘을 확인할 수 있는 하나의 예시입니다. 2011년에 미숙아로 태어난 닉은 출산 중 어려움을 겪으며 전 세계적으로 거의 2천만 명의 삶에 영향을 미치고 있는 뇌성 마비를 앓게 되었습니다. 마테이는 태생적 한계를 넘어서보려는 아들의 확고한 의지에 영감을 받았지만, 아들에게 적합하지 않고 불편했을 표준형 기성품 보조기와 배송하는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸리고 아이가 성장함에 따라 재빨리 쓸모 없어지는 값비싼 맞춤형 솔루션 사이에서 선택의 기로에 놓이게 되었습니다.

그는 문제를 스스로 해결하기로 하고 이 목표를 성취하기 위해 새로운 솔루션을 찾았습니다. 닉의 물리 치료사와 마테이는 3D 스캐닝과 3D 프린팅을 비롯한 디지털 기술에서 얻은 자유에 힘입어 자유롭게 실험하고 발목 보조기(AFO)를 생산할 수 있는 완전히 새롭고 혁신적인 워크플로를 개발할 수 있었습니다.

그 결과, 제작된 맞춤형 3D 프린팅 보조기는 필요한 부분을 정확하게 받쳐주어 편안하며 교정 기능까지 갖춰 닉은 비로소 처음으로 혼자서 걸음을 떼게 되었습니다. 이 맞춤형 보조기는 고급 보조기의 고도로 조정된 마감을 훨씬 저렴한 가격에 추가 조정 없이 재현하여 제작되었습니다.

3D 프린팅을 사용하면 시간과 자원을 절약하는 간소화된 워크플로로 환자별 보조기를 생산할 수 있습니다. 이런 점이 환자에게 더 적은 예약, 빠른 처리 시간, 향상된 착용감을 얻을 수 있는 정확한 맞춤화를 의미합니다. 기존 제작 방법과 비교해 보면 3D 워크플로를 이용할 때 시간과 자재 자원을 절약하는 동시에 비용을 절감하고 보다 편안한 작업 환경을 조성할 수 있습니다.

3D 바이오 프린팅은 적층 제조 공정으로 바이오 잉크로 알려진 소재를 증착하여 의료 분야에서 사용할 수 있는 조직과 같은 구조를 만드는 작업을 의미합니다. 그런가 하면 조직 공학은 바이오 프린팅 등의 다양한 기술이 진화를 거듭하는 동안 실험실에서 대체 조직 및 장기를 성장시켜 부상 및 질병 치료에 사용하는 연구 분야입니다.

연구자들은 실험실에서 조직과 장기 기관을 배양하여 개발하는 데 바이오프린팅을 활용하고 있습니다. 조직과 기관을 개발하게 되면 궁극적으로 재생 의학 및 안전성 테스트가 발전할 것입니다. 또한, 장기를 바이오 프린팅할 수 있으면 이식 성공 확률이 크게 향상될 수 있습니다. 바이오프린팅은 치료가 필요한 환자로부터 채취한 세포를 사용하기 때문에 면역체계에 의한 거부반응이 생길 가능성이 사라지는 데, 이로써 오늘날 전통적인 장기 이식 치료에서 중요한 문제가 해결되는 셈입니다.

오사카 대학교(Osaka University)의 연구자들은 셀(세포) 기반 잉크와 프린팅 서포트를 활용하여 코를 포함한 특정 형태를 만들었습니다. 일단 프린팅이 끝나면 세포는 최대 2주 동안 생존할 수 있으며, 이 2주가 실험실에서 성장한 장기를 개발하는 작업에서는 중요한 단계입니다.

현재 피부 재생과 상처 치유는 고통스러운 피부 이식을 거쳐야 치료할 수 있습니다. 피부를 프린팅할 수 있으면 피부 재생과 상처 치유를 촉진하는 대안으로 사용할 수 있습니다. 2023년, 웨이크 포레스트 재생 의학 연구소(Wake Forest Institute for Regenerative Medicine)의 연구원들은 전임상 환경에서 이식되었을 때 포괄적으로 피부를 치료할 수 있는 전체 두께 피부를 바이오프린팅하는 데 성공했습니다.

논문의 주요 저자인 아탈라(Atala) 박사는 "이러한 결과는 인간의 생명 공학적 피부 전체 두께를 생성할 수 있으며 더 빠른 치유와 더 자연스럽게 치료 결과를 촉진한다는 점을 시사합니다."라고 설명했습니다.

웨이크 포레스트 재생 의학 연구소의 과학자들은 프린팅용 바이오잉크를 개발하여 골격근 조직의 형성을 향상하는 데 사용했습니다. 궁극적으로 근육 손실이나 부상으로 고통받는 사람들을 돕는 데 이러한 기술을 사용할 수 있기를 바래 봅니다.

3D 프린팅으로 필요한 혈관의 정확한 모양과 크기, 형태를 재현하는 어려움을 해결하여 합성 혈관을 생산하는 문제에 대응할 수 있다는 사실이 입증되었습니다. 솔루션을 환자의 특정 요구에 가깝게 프린팅할 수 있는 점은 가히 섬광 같이 번뜩이는 계시와도 같습니다.

파슈네 탈라 박사는 "[3D 프린팅을 통한 혈관 생성] 덕분에 향상된 수술 옵션과 환자에게 맞는 혈관 디자인의 가능성을 확인했습니다. 고도로 정밀하고 저렴한 3D 프린팅 기술이 없었다면 이러한 형태는 만들 수 없었을 것입니다.”라고 밝혔습니다.

연구자들이 불가능의 한계를 뛰어넘으면서 바이오프린팅은 빠르게 진화하고 있습니다. 뼈와 혈액에서 피부와 근육에 이르기까지 바이오프린팅의 발전 덕분에 환자 치료의 향후 개선을 위한 발판이 마련되고 있습니다.

SLA 3D 프린터는 레이저를 사용한 광중합(photopolymerization) 과정을 거쳐 액체 레진을 경화 플라스틱으로 만듭니다. SLA는 높은 해상도와 정밀도, 재료의 다양성 덕분에 전문가들 사이에서 가장 인기 있는 프로세스 중 하나입니다.

SLA의 장점

모든 플라스틱 3D 프린팅 기술 중에서 SLA로 프린팅했을 때 정확도와 해상도가 가장 높고 디테일이 선명하며 표면 마감이 가장 매끄러운 파트를 얻을 수 있습니다. 그러나 SLA의 가장 큰 이점은 다양성에 있습니다. SLA 레진을 배합하면 표준용, 엔지니어링용, 산업용 열가소성 플라스틱의 특성과 일치하는 광범위한 광학적, 기계적, 열적 특성을 얻을 수 있습니다.

SLA는 고도로 정교한 해부학 모형, 엄격한 공차와 매끄러운 표면 마감이 필요한 의료 기기 프로토타입 뿐만 아니라 금형, 툴링, 패턴과 기능하는 최종품을 제작하기에 최적인 선택지입니다. SLA 방식을 채택하면 또한 피부나 점막 접촉이 필요한 수술 도구 및 의료 장비와 같은 치과 및 의료 응용 분야를 위한 가장 광범위한 생체 적합성 재료를 활용할 수 있습니다.

SLA의 단점

SLA의 광범위한 다용성을 이용하려면 비록 FDM에 비해 비용을 많이 들여야 하지만 다른 모든 3D 프린팅 프로세스보다는 여전히 저렴합니다. 게다가 SLA 레진 파트는 프린팅 후 파트 세척과 후경화가 포함된 후처리도 해야 합니다.

SLS 3D 프린터는 고출력 레이저를 사용하여 폴리머 파우더의 작은 입자를 용융합니다. 융합되지 않은 파우더가 프린트하는 내내 파트를 지지하여 전용 서포트 구조가 필요하지 않으므로 SLS는 복잡한 기계 부품을 제작하는 데 특히 효과적입니다.

우수한 기계적 특성을 지닌 부품을 생산할 수 있는 능력 덕분에 SLS는 산업 응용 분야에서 가장 일반적인 폴리머 적층 제조 기술이 되었습니다. SLS 파트는 재료에 따라 생체적합성과 멸균 가능성을 보유할 수 있으므로 의료 기기, 프로토타입, 수술 가이드, 웨어러블, 교정 장치를 제작하기에 제격입니다.

SLS의 장점

SLS 프린팅에는 전용 서포트 구조가 필요하지 않아 내부에 구성 요소가 있는 형태, 언더컷, 박벽, 안쪽으로 함몰된 형태를 포함하여 복잡한 형상을 제작하는 데 제격입니다. SLS 프린팅으로 생산된 파트는 기계적 특성이 우수하고 강도는 사출 성형 파트와 유사합니다.

파트당 저렴한 비용, 높은 생산성, 기존의 재료를 사용할 수 있는 점, 그리고 생체적합성이 한데 모인 SLS는 기능하는 프로토타입을 제작하려는 의료 기기 개발 업체 사이에서 인기 있는 제조 방식이 되었습니다.

SLS의 단점

SLS 3D 프린터 이용 가능한 소재가 많지만 SLS 방식용 소재 선택은 SLA 방식보다 제한적입니다. 프린터에서 나온 파트는 표면 마감이 약간 거치므로 표면을 매끄럽게 하고 싶다면 미디어 블라스팅 과정 같은 후처리 공정을 거쳐야 합니다.

융합 필라멘트 제조(Fused Filament Fabrication, FFF)라고도 하는 FDM 프린팅은 열가소성 필라멘트를 용융 및 압출하여 파트를 제작하는 3D 프린팅 방법으로, 프린터 노즐이 빌드 영역을 한층씩 증착합니다.

FDM은 취미용 3D 프린터의 등장에 힘입어 소비자 수준에서 가장 널리 사용되는 3D 프린팅 기술이 되었습니다. 그렇지만 산업용 FDM 프린터는 전문가들 사이에서도 인기가 좋습니다.

FDM의 장점

FDM 방식에는 ABS, PLA 및 그 혼합물 같은 표준 열가소성 플라스틱을 재료로 쓸 수 있습니다. 그 덕에 진입 비용이 저렴해졌습니다. FDM은 기본적인 컨셉 검증 모델 제작과 프로토타입을 저렴한 비용에 제작하기에 가장 좋습니다. 일부 FDM 소재에는 생체적합성도 있습니다.

FDM의 단점

FDM 방식으로 제작한 파트는 SLA나 SLS 같은 다른 플라스틱용 3D 프린팅 기술과 비교했을 때 해상도와 정확도가 가장 낮고 이는 복잡한 디자인이나 해부학 모형 같이 정교한 형태의 파트를 생산하기에 가장 좋은 선택은 아니라는 의미입니다. 고품질 마감이 필요한 경우 노동 집약적이고 오래 걸리는 화학 및 기계 연마 과정을 거쳐야 합니다. 산업용 FDM 3D 프린터는 이러한 문제를 완화하기 위해 수용성 지지대를 사용하고 좀 더 다양한 엔지니어링 열가소성 레진을 제공하지만 가격이 만만치 않습니다. 규모가 큰 파트를 제작할 경우에도 FDM 프린팅은 SLA 또는 SLS보다 느려지는 경향이 있습니다.

직접 금속 레이저 소결 방식(DMLS) 및 선택적 레이저 용융 방식(SLM) 3D 프린터는 SLS 프린터와 유사하게 작동하지만 레이저로 폴리머를 융합하는 대신 금속 파우더 입자를 층별로 융합합니다.

DMLS 및 SLM 3D 프린터는 강력하고 정확하며 복잡한 금속 제품을 제작할 수 있으므로 다양한 의료 응용 분야에 이상적으로 적용할 수 있는 제작 방식입니다.

DMLS와 SLM의 장점

DMLS 및 SLM 3D 프린터는 금속으로 고성능 최종품 의료 기기 및 구성 요소를 생산할 수 있으므로 이 방식의 가장 큰 장점은 분명히 재료에 있습니다. 이러한 프로세스는 복잡한 형상을 재현할 수 있으며 완성된 제품은 강하고 내구성이 있으며 생체 적합성 또한 갖추게 됩니다. 일반 임플란트(엉덩이, 무릎, 척추 임플란트 등), 암 또는 외상 치료용 맞춤 임플란트, 의치, 의료 및 정형외과 기술 제품을 제조하는 데 사용할 수 있습니다.

DMLS와 SLM의 단점

200,000~1백만 달러에 육박하던 금속 3D 프린터 가격이 많이 하락하기는 했으나, 금속 3D 프린터 시스템은 여전히 기업 대부분이 구비하기에는 부담스러운 가격입니다. 금속 3D 프린팅 프로세스는 워크플로 조차 복잡하고 번거롭습니다.

대안인 SLA 3D 프린팅은 기존 방법보다 더 짧은 시간에 자유자재로 디자인할 수 있고, 주조 워크플로와 조합하면 더 저렴한 비용으로 금속 파트를 생산해낼 수 있습니다.

SLA 방식은 엔지니어링, 제조, 의료 서비스 등 다양한 응용 분야에서 활용할 수 있습니다. Formlabs은 SLA용 레진이 탄성, 내구성, 생체적합성 등 특수한 물성을 갖추도록 개발해 왔습니다.

의료 분야 전문가라면 의료 등급 소재인 Formlabs BioMed Resins을 성능과 생체적합성이 중요한 다양한 의료 분야에 사용할 수 있습니다. BioMed Resin 제품군에 속한 소재는 ISO 13485 인증을 획득한 시설에서 개발 및 제조되었고 일반적인 방법으로 소독하고 멸균할 수 있습니다.

적합한 레진을 선택하려면 응용 분야, 기계적 요구 사항, 사용 사례를 고려해야 합니다. Formlabs의 BioMed 레진에는 장기 피부 접촉이나 점막 접촉이 가능한 경질과 탄성 옵션이 있습니다.

또한, 치의료 분야 전문가의 필요를 충족하도록 구체적이고 특수한 소재를 다수 개발해오고 있습니다. 레진에는 의치를 직접 프린팅할 수 있는 Premium Teeth Resin과 교합 안정장치용 Dental LT Comfort Resin이 있습니다. 소재가 모두 수록된 카탈로그와 Formlabs의 치의료용 레진의 17+ 응용분야 정보는 Formlabs Dental에서 확인해 주세요

의료용 레진이 다양해지면 의료 분야 전문가들이 의료 기기 제작, 수술 과정 계획, 맞춤형 이식재 개발, 연구 등 중요한 작업을 처리하는 데 도움이 됩니다. BioMed 계열 레진을 이용하는 의료 서비스 전문가들은 소재 선택의 폭을 넓히고 3D 프린팅 역량을 확장할 수 있습니다. 다음 표에서 Formlabs의 BioMed 계열 레진의 물성과 응용분야를 확인할 수 있습니다.

SLS 분말은 생체적합성, 피부 안전성, 멸균 가능성을 갖추고 있으며 미세한 디테일을 구현하고 박벽을 제작할 수 있습니다. 이런 물성 덕분에 의료 기기, 프로토타입, 보철물, 수술 도구, 보조기 등 의료 응용 분야에 적격합니다.

SLS 방식에서 가장 흔히 사용하는 재료는 나일론으로, 기계적 특성이 우수하여 인기 있는 엔지니어링 열가소성 플라스틱입니다. 나일론은 가볍고 튼튼하며 유연할 뿐만 아니라 충격, 화학 물질, 열, 자외선, 수분, 먼지에도 강합니다. 3D 프린팅 나일론 파트는 생체적합성이 있지만 반응성은 없는데, 이는 또한 파트를 바로 착용할 수 있고 다양한 상황에서 사용해도 안전함을 의미합니다.

Nylon 12 Powder는 강도와 50 MPa의 인장강도를 비롯한 다른 세부 사항이 균형을 이루는 소재입니다. 우수한 환경 안정성을 겸비한 복잡한 어셈블리와 내구성 좋은 파트를 생산할 수 있는 Nylon 12 Powder는 고성능 프로토타입 제작, 소량 생산, 영구용 지그, 고정구, 툴링 제작에 적격합니다. Nylon 12 Powder 파트는 생체적합성을 갖추고 멸균할 수 있어 수술용 가이드 등 의료용 응용 분야에서 활용할 수 있습니다.

Nylon 11 Powder는 인솔 쉘 등 연성과 장기 안정성이 우수하고 질긴 보조기를 제작하기에 좋은 소재입니다. 성능 분석에서 소재의 내구성을 알아보세요.

순정 Polypropylene Powder는 기능을 갖춘 프로토타입과 내구성 좋은 최종 사용 파트를 생산하는 데 활용할 수 있습니다. 연성이 우수하여 내구성이 유지되면서 반복적인 굽힘과 굴곡에도 잘 손상되지 않습니다. Polypropylene Powder로 프린팅한 파트는 내화학성이 있고 용접이 가능하며 수밀성이 있어 보조기, 보철물, 고정구, 공구, 지그 제작에 사용할 수 있습니다.

TPU 90A Powder는 고무 소재의 우수한 인열 강도와 파단 신율을 SLS 3D 프린팅의 설계 자유도와 안전성을 결합할 수 있는 유연한 엘라스토머입니다. TPU, 즉 열가소성 폴리우레탄은 흔히 사용되는 탄성 열가소성 플라스틱입니다. 보조기 분야에서는 이 피부 안전 소재를 의료 기기 프로토타입과 최종 사용 의료 기기 및 컴포넌트, 보조기용 패드 및 보철 라이너, 부목, 두상교정모, 운동 및 교정용 인솔에 흔히 사용합니다.

다음 표에 Formlabs SLS 분말의 소재 물성과 응용 분야를 분류해두었습니다.

파트 디자인과 제조 과정에 따라 특성이 다른 소재를 선택할 수 있습니다. 프린팅된 부품의 사용 적합성을 확인하는 것은 제조업체의 책임입니다.