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[헵시바 3D프린팅 임상] 4편. 적합한 치과용 3D프린터의 검토방안②
강찬구 기자  |  zero@dentalzero.com
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승인 2019.01.02  15:49:28
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치과계에 디지털화가 진행됨에 따라 3D프린터 및 관련 기술에 대한 관심은 높아지고 있지만 현재로서는 정보를 얻기 힘든 것도 사실이다. 변화하는 상황에 맞춰 새로운 먹거리 발굴 내지 정보 획득이 시급한 기공계인 만큼 이번호부터는 치과계 디지털화로 인해 가장 기대되는 분야 중 하나인 3D프린팅에 대한 정보를 헵시바주식회사(Veltz3D)로부터 전달받아 시리즈로 소개한다.

   
김성복 헵시바㈜
범정부 3D프린팅 전략기술로드맵 수립위원(2014)
과학기술정보통신부 3D프린팅 기술평가전문위원(2018-2023)
대한메디컬 3D프린팅학회 학술위원(현)
산자부 장비연계형 3D프린팅소재개발 컨소시엄 총괄책임(2015-2018)
헵시바주식회사(Veltz3D)

<지난호에 이어>

5-2. 임시치아
임시치아는 허가소재(식약처 2등급)인지 확인해야 한다.

   
▲그림17. DT-1 소재 활용한 임시치아 A2 Shade의 폴리싱 결과

인증소재이어도 수 주간 구강 내에 적용 시 강도는 다소 저하되게 된다. 그 때문에 수분흡수율에 대한 충분한 시험과 임상이 된 믿을만한 소재인지 확인해야 한다.
임시치아는 일정 수준의 저작기능에 문제가 없어야 하기 때문에 높은 굴곡강도가 요구된다.

   
▲그림18. 임시치아 굴곡시험

3D프린팅 된 직후 임시치아의 강도는 매우 낮다. 이것은 후경화를 거치면서 높은 강도를 갖게 된다. 해외에서는 인증 시 소재와 장비에 맞는 경화기까지 지정하고 있다. 하지만, 국내에서는 후경화기 사양은 명기되어 있지 않다. 따라서 제조사에서 인증 시 사용한 후경화기를 동일하게 사용해야 원하는 강도를 얻을 수 있다는 점을 간과해서는 안 된다.
한편 임시치아 소재는 쉐이드 선택이 몇 가지나 가능한지도 구매 전 확인해 볼 사항이다. 후경화를 통한 쉐이드의 변화가 경미하게 일어나지만 의도적으로 후경화시간이나 강도를 조절하는 것은 오히려 임시치아 강도의 약화를 초래하므로 추천하지 않는다.

   
▲그림19. 임시치아 Shade 비교

5-3. 임플란트가이드
3D프린팅으로 제작하기에 매우 난해한 소재가 임플란트가이드이다.
임플란트가이드에 있는 드릴링 홀의 크기가 매우 정밀해야 임상에서 문제없이 사용이 가능 하다.
이것은 3D프린터의 성능과 매우 밀접한 관계가 있어서 잘 따져보아야 할 부분이다.
광중합레진의 특성상 빛에 민감할 수 밖에 없다. 그렇기 때문에 레진에 쏘는 광에너지가 얼마나 균일한지에 따라 치수의 정확도가 결정되기 때문이다.
과경화가 일어나면 홀은 작아지고 미경화가 일어나면 홀은 커지게 된다.
기울기가 큰 홀의 경우 진원도가 낮아지게 되는 문제가 발생한다.
이러한 현상을 검증하기 위해서는 3D프린터의 출력크기 전체에 동일한 편측 수술가이드를 골고루 배치하여 여러 개를 출력해서 홀의 크기를 비교해보는 것이다.

   
▲그림20. Veltz Build Processor 1.5 소프트웨어를 활용한 측정용 수술가이드 배열

DLP 3D프린터에서 바로 DLP[광학엔진]의 성능이 중요한 것은 이러한 광균일도 문제가 정확도와 정밀도에 영향을 주기 때문이다.

   
▲그림21. 광학엔진 광조형전달 모식도

또 한 가지 문제점은 가이드의 특성상 투명한 소재를 사용하기 때문에 빛이 투과와 확산된다는 점이다. 이미 만들어진 레이어에도 빛이 영향을 주기 때문에 과경화나 성장부(growth)가 발생하게 되는 경우가 많다.
이것이 정확도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 특히 홀크기 문제나 구강 내 삽입 시 내면적합도 문제는 임플란트에서는 중요한 문제이다.

6. 후경화기
위에서 언급했던 대로 후경화기는 3D프린터만큼이나 중요하다.
일반적으로는 단단하게 만드는 역할로 알고 있는 경우가 많다.
실제로는 소재의 물리적 특성을 부여하고 잔류 모노머가 구강 내에서 용출되지 않도록 함으로써 위험요소를 제거하여 인증소재의 규격에 도달하도록 해주는 장비다.

   
▲그림22. MP100 후경화기

따라서 인증 시 제조된 방법과 동일한 후경화기를 사용해야 성능을 보장받을 수 있는 것은 당연하다.
일부에서 뷰티샵에서 사용하는 매니큐어용 자외선 경화기를 사용하기도 하는데, 임시치아나 수술가이드와 같은 인증소재에서 사용한다면 원하는 물성치에 도달하지 못할 가능성이 높다. 왜냐면 일반적으로 이러한 저가의 경화기는 LED램프를 사용하기 때문에 커버할 수 있는 파장대역이 좁고 에너지가 약하기 때문이다. 확인된 해외의 인증소재들은 모두 메탈램프 경화기를 사용하고 있다.

   
▲그림23. 후경화중인 수술가이드

최근에는 소재별로 모드를 지원하여 소재에 최적화시킨 후경화기의 가격도 매우 저렴해졌기 때문에 우수한 사양의 후경화기를 갖추는 것이 품질에 있어서는 3D프린터 못지않게 중요하다.

7. 3D프린터
7-1. 광학엔진
DLP 3D프린터의 경우 기본성능은 광학엔진에서 결정되기 때문에 광학엔진이 일반 빔프로젝트에 사용되는 상업용인지 전용으로 제작된 산업용인지 확인이 된다면 장비의 등급을 가늠해 볼 수 있다. 전편에서 다뤘던 대로 광에너지의 균일도가 잘 보정되어야 출력정확도가 높고, 광학엔진의 발열에 대비가 잘 된 제품이어야 시간에 따른 성능저하나 수명도 좋다.

   
▲그림24. 고성능 산업용 UV광학엔진

7-2. 교정(Calibration)
제품에서는 무엇보다도 사용편의성이 중요한데 그 중에서도 교정이 아주 간편해야 한다. DLP 방식에서 교정은 여러 의미로 사용되고 있는데, 주로 출력베드와 Vat간의 평행을 맞추는 ‘옵셋세팅’과 ‘광학엔진세팅’이 있다.
옵셋세팅은 소비자가 필요한 경우 한 번씩 해야 하기 때문에 간편하면서도 견고해야 하며, 한 번 맞추면 잘 틀어지지 않고 오래 유지되어야 한다.
고가제품에서도 장비와 연계된 반자동방식이 일반적이다. 일부 제품에서 마지막 과정에 A4 용지를 끼워 넣고 옵셋을 맞추기도 하는데 치과용 장비에서는 추천하지 않는다.

   
▲그림25. D2 옵셋세팅장면

일부 제품은 Vat을 교환할 때마다 또 새로 출력을 할 때마다 설정하게 되는데 이것은 기구 적으로 안정성이 좋지 못하기 때문으로도 볼 수 있다.
광학엔진세팅은 다시 몇 가지로 나뉘는데 대부분 공장에서 출고 전 교정되기 때문에 소비자가 접근해서 다뤄야 할 부분은 없는 것이 원칙이다. 하지만 균일하지 않은 광량문제를 해결하기 위해 광에너지를 측정하여 보정을 하는 경우가 발생하기도 한다.
이것은 마스킹을 제어하는 것으로써 측정지점이 최소 수십개소 이상 되지 않을 경우, 오히려 영역별 계단현상을 일으킬 수 있기 때문에 좋은 방법이 아니다.
광학엔진의 제조사는 Full-HD의 경우 약 150 개 지점을 동일한 조건에서 정밀급 센서로 측정하게 된다.
센싱되지 않은 구간은 소프트웨어로 정밀하게 보간하여 광학엔진 개별로 마스킹을 생성하기 때문에 이것을 현장에서 계측기로 몇 점을 찍어서는 신뢰할 만한 세팅이 불가능하다.
즉, 광학엔진 세팅은 제조사에서 완벽하게 세팅되어 나오는 제품을 추천한다.

7-3. 소모품
DLP방식에서는 Vat이라고 부르는 트레이가 소재와 함께 소모품에 해당된다.
Vat은 출력물에 의해 표면이 손상되면 교체해야 하므로 스크래치가 잘 나지 않고 오래 쓸 수 있는 것이 좋다. 소재 종류별로 따로 사용하는 것이 오래 쓰는 방법이다. 왜냐면 소재가 강하지 않으면 Vat을 오래 쓸 수 있기 때문이기도 하고, 장비에 Vat만 교체하면 되는 소재교환이 간편하기 때문이다.

7-4. 사용환경
기본적으로 광중합레진은 온도에 따라 점도가 변하기 때문에 일반적으로 사람이 거주하기에도 쾌적한 20~25도 정도에서는 문제가 없다. 하지만 겨울철에는 출력이 잘 안 되는 경우가 많은데, 소재나 장비에서 문제가 있을 수 있다.

   
▲그림26. 디지털기공실

전기적인 환경도 영향을 준다. 투시영상에 노이즈가 유입되면 그것이 출력물에 바로 나타나기 때문에 전자파나 노이즈에 잘 대비된 장비를 선택해야 한다.
특히, 외부에서 PC를 연결해서 써야 하는 제품은 모니터의 설정이나 주변 환경을 잘 점검해야 한다.

7-5. 출력소프트웨어
3D프린터 제조사가 번들로 공급해주는 소프트 웨어를 주로 사용하게 되는데, 필요한 기능들이 있는지 외부 타 소프트웨어도 사용할 수 있는지 확인해 볼 필요가 있다.
외부 소프트웨어를 별도로 구입해야하는 경우도 연간 라이센스는 없는지 확인해야 한다. 소프트웨어의 기능에서는 오리엔테이션(배치편의성), 서포트생성, 슬라이싱 속도 등이 검토해 볼 항목이다.

   
▲그림27. VeltzBP 서포트 생성 캡처

8. 결론 요약
먼저는 용도에 맞게 3D프린터와 소재를 모두 살펴보아야 한다.
구매검토 시 샘플출력을 통해 충분한 성능검토를 해보고 구매해야 한다.
기본적인 출력성능도 중요하지만 부품사양, 소모품, 제조사 규모, A/S 등도 고려할 사항이다. 특히 대학병원 기공실에서 사용하는 장비 정보나 사용중인 지인들의 사용후기를 확인해보는 것도 하나의 방법이다.
다시 강조하지만 후경화기의 선택이 매우 중요하다. 아무리 잘 출력한 보철물도 제 기능을 못 하게 되기 때문이다.
3D프린터를 처음에는 단순 목적으로 구매하더라도 장기적으로 다양하게 활용할 목적이 예상 된다면, 도입 비용이 조금 높아도 다양한 보철물제작에 전반적으로 고른 결과를 얻을 수 있는 밸런싱 좋은 장비를 선택하는 편이 나은 동시에 추후 중복투자를 줄일 수 있는 방법이다. 어떤 장비를 사용하더라도 사용자의 열정과 자질에 따라서 결과물은 달라질 수 있기 때문에 무엇보다도 사용자의 관심이 중요할 것이다.

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