지난 1월호에서는 3D 프린터 장비를 중심으로 구매 이유와 그 기준에 대해 알아보았다.
다양한 업체들이 관련 제품을 선보이고 있음을 확인할 수 있었다.
이번 제로 2월호에서는 소재, 소프트웨어, 후경화기를 중심으로 3D 프린팅에 대해 살펴봤다.
강찬구 기자 zero@dentalzero.com
‘3D 프린터’에 활용되는 소재는 분말과 덩어리 형식의 고체, 액체 등 크게 3가지로 나눠진다. 고체의 경우 고온가열이나 고에너지 방출을 통해 녹여서 적층하거나 접착제를 통해 결합하는 방식으로 출력물을 생산하게 된다. 액체는 광경화와 열경화를 통해 소재를 굳혀서 제품을 출력하게 된다.
고체 재료 중 SLS 방식의 경우 금속 분말을 사용하는데, 기공수가에서 메탈을 활용한 보철물의 가격이 높지 않다는 점과 고가의 장비와 재료 등으로 인해 아직 주목받지는 못하고 있다. 단 이전의 가격대 높았던 장비들이 점차 가격을 낮춰가는 점과 다른 산업에서 높은 활용도를 점차 인정받는 만큼 향후 활용도가 변화될 가능성도 남겨두고 있다.
반면에 FDM의 경우 플라스틱 필라멘트를 주로 사용해 출력하게 되며 특히 기공분야에서는 모델 생산이 용이해 주목을 받고 있다. 주로 사용되는 소재는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene)와 PLA(Poly Lactic Acid) 등이 있다. ABS는 아크릴로 나이트릴(Acrylonitrile), 뷰타다이엔(Butadiene), 스타이렌(Styrene)이 결합한 소재로 도색, 접합 등의 후가공이 용이하지만 PLA보다 고온이 필요하고 수축 현상으로 인해 고려할 점이 많다.
PLA는 옥수수와 사탕수수를 원료로 한 생분해성 소재로 ABS에 비해 균열과 수축이 적지만 상대적으로 비싼 가격과 후가공이 어렵다는 것이 단점으로 꼽힌다. 언뜻 보기에 단점이 많아 보이지만 타 소재들에 비해 저렴한 가격과 관리의 용이성으로 덴탈 뿐만이 아닌 기존 업계에서도 꾸준히 많은 사랑을 받고 있는 제품이다.
액체 재료에서는 빛에너지를 받아 가교 및 경화하는 광경화성 수지가 많이 활용된다.
그중 기공 쪽에서는 전자선(Electron Beam)보다는 자외선(Ultraviolet, UV)을 활용한 재료가 주로 사용된다.
UV는 가시광선보다 파장이 짧은 10~400㎚ 영역의 전자파이며 발생시킬 수 있는 광원은 다양하다.
태양광을 활용한 자연건조도 가능하지만 확실한 경화를 하기 위해서는 인공적인 UV 광원을 활용하는 것이 시간과 제품 완성도 측면에서 더 나은 결과를 제공할 수 있다. 일반적으로 자외선 경화에 사용되는 파장은 200~400㎚ 등이 사용된다.
올리고머 혹은 베이스 수지로 불리는 이 물질은 수지의 물성을 결정하게 된다.
중합 반응에 따라 고분자 결합을 형성해 경화 피막을 이루며, 골격 분자 구조에 따라 폴리에스테르, 에폭시, 우레탄, 폴리에테르, 폴리아크릴 계열의 아크레이트로 분류한다.
모노머는 반응성 희석제로 반응성 올리고머의 희석제 내지 가교제 역할을 하며 중합 과정을 통해 경화 피막을 형성하게 한다.
광중합 개시제는 자외선 흡수를 통해 라디칼 또는 양이온을 생성시켜 중합을 가능하게 하며 단독으로 사용하거나 비슷한 종류의 제품을 섞어서 사용한다. 제품마다 다르지만 0.1~5%가량 들어감에도 불구하고 자외선 에너지를 흡수해 중합 반응을 일으키게 하는 만큼 중요한 역할을 담당하게 된다.
첨가제는 광증감제, 착색제, 증점제, 중합 금지제 등이 해당하며 산업에서 요구하는 기준 및 사용자의 요구사항에 따라 변동이 가능한 부분이다.
이런 과정을 거쳐 레진이 생산되는 만큼 사용과 보관에도 주의가 필요하다. 제품을 사용할 때는 22~25℃ 사이의 실온에서 출력해야 실패율이 낮아지며, 저온에 놔둘 경우 충분히 흔들어서 분리된 용액을 다시 섞어야 한다. 반대로 고온일 경우에는 제품에 변화가 발생할 수 있으며, 항상 빛에 닿지 않도록 밀폐해서 보관해야 한다.
고품질 출력물 위한 소프트웨어와 후경화기
지난달의 3D 프린터 장비에 이어 이번에는 소재를 알아봤다. 하지만 3D 프린터로 출력하는 과정에 있어 중요한 것은 2가지만 있는 것이 아니며 소프트웨어와 후가공기에 대한 정보도 필요하다.
3D 프린터용 소프트웨어를 과정별로 구분하면 4가지 정도로 나눌 수 있다.
출력물을 모델링할 소프트웨어, 3D 모델을 레이어 별로 자르는 슬라이스 소프트웨어, 슬라이싱된 파일을 프린터로 전송하는 소프트웨어, 프린터에 내장된 소프트웨어 등이 있다.
단 소비자들에게 제공될 때는 하나의 제품으로 구성돼 쉽게 사용할 수 있다.
일반적으로 3D 프린터를 생산하는 회사의 경우 자체 소프트웨어를 보유하는 경우가 많으며 그렇지 않을 경우 매직스(Magics) 등과 같은 소프트웨어를 사용하게 된다.
기존 3D 프린터 소프트웨어의 경우 원래는 다른 산업군에서 온 만큼 다양한 기능을 갖췄지만 편의성은 부족할 수도 있다.
단 현재의 경우 덴탈용 소프트웨어가 출시되거나 개발되고 있는 만큼 사용자 편의성은 증대될 것으로 보인다.
후가공기의 경우 3D 프린터로 출력한 출력물을 사용하기 전 보완하는 역할을 담당한다.
Polyjet 프린터의 경우 후가공기를 통해 서포터를 제거할 수 있다.
DLP나 SLA 프린터의 경우 후가공을 위한 후경화기가 존재한다. 레진 소재의 활용범위에 따라 다르지만 후경화를 통해 출력물의 강도와 색상 등이 변화된다. 특히 소재에 따라 목표하는 출력물의 성질이 다르고 프린터만으로 완전경화가 이뤄지기는 힘들기 때문에 대개의 경우 후경화 과정을 거쳐야 한다. 후경화기를 살펴보면 가격에 비해 싸 보이는 구조로 유저를 당혹하게 할 수 있다.
특히 간단한 구조와 생김새로 손톱 경화기에 비유하는 경우가 많은데 실제로 제품을 사용함에 있어서 조사하는 자외선 에너지의 양과 램프의 파장이 중요하다.
면적 단위당 조사받는 자외선 에너지의 양에 따라 경화속도가 달라지고 완전 경화를 위해서는 파장의 분광분포도가 사용하는 레진소재가 맞아야 한다. 일반적으로 흔히 쓰이는 파장의 분광분포도는 405㎚이며 385㎚일 경우도 있다.
이번에도 이것만은 확인하자
3D 프린터 소재와 소프트웨어, 후경화기에 대해 알아봤다. 3D 프린터 장비 뿐만이 아니라 소재, 소프트웨어, 후경화기 등 전체 시스템이 어우러져야 출력물 제작의 완성도가 높아질 수 있다. 여러 업체의 방대한 제품을 시장에서 확인할 수 있는 만큼 기공사들이 짚고 넘어가야 할 부분에 대해 소개 한다.
다른 프린터 장비와 달리 DLP나 SLA의 경우 동일한 회사의 소재가 아닌 이상 같은 출력 방식이라도 혼용이 힘든 편이다. 현재 시장을 볼 때 다양한 레진 소재 제품을 확인할 수 있는데 제품마다 서로 다른 특성을 가졌다는 것 또한 흥미로운 점이라고 할 수 있다.
제조사 별로 레진을 제조함에 있어 경화 파장대, 색상 등 다양한 부분을 고려해 제품을 제작하고, 장비 및 후경화기도 이에 맞춰 만드는 경우가 많으므로 이를 파악하고 구매해야 한다.
② 구강 내에 사용할 경우 레진 등급을 확인하자
3D 프린터 출력물은 구강 내의 접촉 여부에 따라 크게 2가지로 나눌 수 있다.
구강과 접촉하지 않는 출력물의 경우 어느 제품을 사용하든 문제가 없다.
하지만 구강과 접촉해야 할 경우 출력물을 사용하기 위해서는 식약처에서 2등급 허가를 받은 제품을 써야 한다.
현재 템포러리, 서지컬 가이드 등은 각 회사별로 허가를 받거나 진행 중에 있는 만큼, 구매자가 해당 파트에 사용하기 위해 사전 확인은 필수이다. 특히 향후 3D 프린터를 활용함에 있어 허가 사항 자체가 활용도를 결정짓는 만큼 구매 전, 제조사에 소재에 대한 허가 진행사항 및 계획에 대해 확인해 봐야 한다.
③ 소프트웨어 잘 선택하면 출력도 용이
3D 프린터는 3차원으로 출력물을 생산하는 만큼 하나의 면을 일일이 쌓는 적층 방식을 활용한다. 그런 만큼 슬라이싱된 면을 사용자가 확인할 수 있어야 서포터의 유무와 정상출력 유무를 프린팅 전에 미리 체크해 볼 수 있다.
또한 사용유저가 편하게 사용할 수 있는 인터페이스도 중요하다.
제품마다 서포터를 다는 기본적인 과정에서 차이가 발생할 수 있는 만큼 자신이 제대로 활용할 수 있는 소프트웨어인지에 대해 미리 사용해 보고 결정해야 한다.
④ 후경화기 단순해 보이지만 복잡한 장비
후경화기 작업 여부에 따라 출력물의 결과도 바뀔 수 있다. 출력물 용도에 따라 필요 없는 제품도 있지만 일반적으로 활용하는 것이 좋으므로 정해진 제품을 구매하는 것이 좋다. 경화에 있어서는 한면만 조사되는 것보다는 전체 면에 고르게 조사되는 것이 중요하며, 파장이 강할 경우 빠른 시간 내 작업이 가능하지만 변형 가능성도 크다.
⑤ 잘 뽑은 만큼 잘 닦자
프린터로 출력하게 되면 레진 소재가 출력물에 그대로 붙어있는 경우가 많다.
제대로 세척하지 않고 경화를 진행할 경우 잔여레진으로 인한 출력물의 변화가 발생하기 때문에 세척 과정 또한 중요하다.
경화되지 않은 레진을 제거하기 위해서는 알코올을 사용해 씻어야 하는데 제조사에 따라 이소프로필알코올(Isopropyl Alcohol,IPA) 내지 고순도의 에탄올을 권장하고 있다.
고순도의 제품은 잔여 레진을 쉽게 제거할 수 있지만 반대로 출력물에 영향을 끼칠 수 있으므로 판매사에서 권하는 시간에 맞춰 작업하는 편이 좋다. 또한 손 세척시 꼼꼼하게 작업이 안 되는 경우가 있어 초음파 세척기를 제조사에서 권할 수도 있으니 참고하는 것이 좋다.
향후가 더 기대되는 3D 프린터
지금까지 3D 프린터 장비, 소재, 소프트웨어, 후경화기에 대해서 알아봤다. 현재 프린터 업계는 총성 없는 전쟁 중이라고 해도 과언이 아니다. 광경화성 레진의 경우 허가받은 업체를 제외하고 다른 업체들 모두 금년 상반기에 허가 결과가 나오며, 지금 이 시간에도 유저를 고려한 다양한 제품들이 속속들 이 나오고 있다.
한 기공소장은 “3D 프린터에 대해서 단순히 잘되고 안되고를 예측하는 것은 옳지않다”라며 “실제로 사용했을 때 예상치 못한 문제점을 만날 수 있지만 반대로 해결점을 찾을 수 있다. 많이 써보고 공부할수록 더 많은 것을 얻을 수 있는 분야이기 때문에 단순하게 접근하기 보다는 신중하게 접근하길 바란다”고 말했다.
