[헵시바 3D프린팅 임상] 5편. 3D프린터 최적출력방안
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[헵시바 3D프린팅 임상] 5편. 3D프린터 최적출력방안
  • 제로 편집팀
  • 승인 2019.02.01 09:55
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<지난호에 이어>

지난 호까지는 3D프린터의 선택에 있어서 알아야할 중요한 장비와 소재의 검토사항에 대해서 설명했다. 3D프린터의 선택이 잘 되면 모든 출력물이 잘 출력될까?
결과적으로는 그렇지 않다.

 
그 이유는 폴리머소재가 갖는 태생적인 수축문제로 치수안정성의 확보가 쉽지 않기 때문이다. 다행히도 3D프린팅 할 부품의 위치와 출력방향에 따라서 우수한 품질을 얻어낼 수 있다.

아래 사진은 3D프린팅 된 보철물들이다. 각기 다른 각도로 다양하게 출력되어 있는 것을 볼 수 있다.

 
소재와 출력물의 종류, 형태에 따라서 최적의 출력조건이 있기 때문에 이처럼 다양하게 출력각도를 볼 수 있다.

그래서 이번 호 부터는 폴리머소재를 사용하는 3D프린터에서 대부분 공통적으로 적용될 수 있는 최적의 출력방법을 제안한다.

 
동일한 3D프린터를 사용하더라도 장비사용자에 따라서 품질의 차이가 크게 날 수 있는 것이 3D프린팅 기술이다.

그래서 모든 산업의 영역에서 3D프린터를 전문으로 다루는 오퍼레이터의 역할이 중요해지고 있다. 그러한 역할을 새로운 직업군으로 애플리케이션 엔지니어라고 부르기도 한다.

치과보철물의 3D프린팅에서는 소재와 보철물의 종류가 정해져 있기 때문에 몇가지의 팁을 이해하면 쉽게 우수한 보철물을 만들 수 있다.

지난 2편에서 설명했던대로 3D프린팅 순서에서는 파일을 불러와서 3D프린터의 출력판에 프린팅 될 위치를 컴퓨터상에서 결정하고 배치를 하게 되는데 정해야 이것을 오리엔테이션이라고 한다.

출력판에서의 위치를 잡기 전에 출력물의 방향과 각도를 조절할 수 있는데 이것에 따라서 출력품질은 현저하게 차이가 날 수 있기 때문에 오리엔테이션 과정은 매우 중요하다.

 

위 그림과 같이 3D프린터용 소프트웨어는 진행순서대로 아이콘이 정렬되어 있는 것이 일반적이다. 오리엔테이션은 위치, 크기, 각도 등을 조절할 수 있게 되어있다.

오리엔테이션이 마치고 나면 캐드상에서 필요에 따라 서포트(지지대)를 달아주게 된다.

이러한 작업은 별도의 치과용 디자인소프트웨어에서 하는 것이 아니라, 3D프린터를 구매할 때 같이 제공되는 3D프린팅용 소프트웨어에서 하는 작업이기 때문에 별도의 소프트웨어 구매비용은 없다.

 
 

지금부터는 소재별로 최적의 오리엔테이션 방안을 설명한다. 먼저 기공소에서 주로 사용하는 작업모델을 출력하는 경우이다. 불러온 모델을 있는 그대로 출력베드에 평행하게 해서 바닥에 딱 붙여서 출력하기 때문에 대부분의 경우 서포트를 만들 필요가 없고 단순하다.

경우에 따라서 바닥이 평평하게 준비되지 않은 경우, 보철작업에 필요가 없는 바닥면을 일부 평평하게 잘라내는 방법이 간편하고 좋다.

 
바닥을 잘라낼 수 없는 경우는 서포트를 튼튼하고 충분히 달아주는 것이 좋다.

풀아치 모델의 경우, 속이 꽉 찬 넓은 단면형상이 많기 때문에 출력과 박리과정에서 출력물이 출력베드에서 탈락되지 않도록 하기위함이다.

 
작업모델은 일부 구강스캐너 제조사들이 장점으로 말하는 모델리스방식(작업모델없이 캐드디자인으로만 제작하는방법)에 따르면 전혀 필요가 없을 것 같지만 3본브릿지 이상에서는 시적을 해보아야 하기 때문에 현실상 완전한 모델리스는 어렵다.

또한 빌드업을 해야하는 기공소에서 작업용 모델은 필수적이다.
그 외에도 임플란트를 위해서 랩아날로그나 스캔바디를 적용하기 위한 모델이 필요하게 되는데 치수형합을 확인하기 위한 정밀한 모델이 필요하다.

단, 랩아날로그와의 적합도를 맞추기 위해서는 소재수축률이 반영되어야 하기 때문에 디자인용 소프트웨어에서 공차입력을 위해 출력물을 통해 한 번정도의 조정은 필요하다.

 
 
다음으로는 크라운을 위한 3D프린팅이다.
임시치아와 매탈캐스트용 크라운은 출력형태가 유사하기 때문에 소재와 상관없이 동일한 방법의 오리엔테이션을 적용한다.
 
내면적합도가 중요하기 때문에 방향은 위와 같이 잡는것이 일반적이다. 내면과 마진라인에 서포트가 생성되지 않도록 위로 향하게 하는것이다.

이렇게 하면 마진라인을 깨끗하게 얻어낼 수 있지만, 대신 교두부에 서포트가 생성되게 되고 나중에 이를 제거해야 한다. 서포트 제거를 위해 쉽게 손으로 부러뜨릴 경우 치아부분을 파먹으면서 떨어져 나갈 수 있기 때문에 치아에 인접한 부분을 잘라 서포트를 조금 남겨둔 후 갈아내는 방법을 추천한다.

위에서 언급했듯이 태생적으로 수축율을 가진 폴리머이기 때문에 두께가 급격히 변화하는 구간에서는 수축에 의한 비정상적인 휨이 발생할 수 있다. 특히 크라운에서 가장 중요한 마진라인의 얇은 끝단이 바깥쪽으로 미세하게 휘는 경향이 나타나기도 한다.
이것을 막기위한 출력팁은 아래와 같다.

 
 
마진라인에서 높은 만곡부가 가능하면 서로 수평이 되도록 회전을 시키는 것이다.
여러개의 치아가 다를 경우, 비교적 마진라인이 얇은 치아를 선택하는 것이 좋다.

이렇게 하면 프린팅 과정에서 박리력의 균형이 잡히면서 휨을 줄이는데 효과가 있다.

소프트웨어에서는 오리엔테이션을 위한 회전기능이 있으며 각도를 기입하거나 직관적으로 작업할 수 있는 짐벌(화살표)을 사용할 수도 있다. 일반 캐드툴과 달리 출력소프트웨어에서는 회전은 있지만 미러(Mirror)는 없다. 디자인을 마친 보철물들의 출력실패를 막기 위함이다.

오리엔테이션을 마치고 나면 서포트를 생성하게 된다. 아래는 Veltz3D의 소프트웨어Veltz BP(Build Processor)에서의 시연이다.
 

서포트의 생성은 자동, 수동을 일반적으로 모두 지원하지만 일반적으로는 자동을 우선적으로 적용한 후 필요한 위치에 추가나 제거를 하는 방향을 추천한다.

자동으로 시작하는 것은 출력실패를 방지하기 위해 생성점들을 놓치지 않기 위함이지만, 그 이외에 작업의 용이성이나 중요하게 생각하는 부분에 따라 작업자의 의도를 반영하기 위함이다.

서포트는 보철물에 붙어있기 때문에 크기가 너무 크지 않아야 좋다.

서포트를 튼튼하게 하더라도 보철물에 접촉되는 팁 부분은 0.7mm~0.9mm 범위내에서 사용할 것을 추천한다.

간격과 크기를 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 사용을 하면서 기공소에 맞는 더 좋은 값을 만들어 갈 수도 있다.

3프린팅에는 ‘원리오차’라는 것이 있다.

적층기술(Addtive Manufacturing)이 태생적으로 갖고 있는 적층두께에 대한 것이다.

한 층씩 쌓아올리기 때문에 두께를 결정해야 하는데 필요한 형태가 그 두께의 중간 영역에 걸릴경우, 정해진 로직에 따라 그 형상은 살려질 수도 버려질 수도 있게 되는 것이다.
아래 사진을 살펴보자.

 
사진의 11, 21번 치아의 마지막 출력된 부분을 확대해보면 이렇게 등고선처럼 평면구간이 확인된다.

실제로 치아는 평면구간이 없지만 3D프린팅은 층별로 슬라이싱해서 적층하기 때문에 이런 문제가 나타난다. 이것이 원리오차를 발생시킨다. 위 출력물은 100micron(0.1mm)두께로 적층한 것이다. 만약 50micron으로 출력하면 더 부드럽게 만들어 낼 수 있다.

보통의 모델은 수평으로 출력하지만 투명교정모델과 같이 많은 양을 출력할 경우, 이렇게 세워서 출력을 하게된다. 투명교정을 해상도가 비교적 낮은FDM방식의 3D프린터를 사용하는 곳이 있는것처럼 셋업모델은 100micron으로 출력해도 문제가 없다.

하지만 전치부가 위를 향하게 하는 세로출력은 치아형태가 완만하게 수평을 이룰경우, 이러한 원리오차가 심각한 문제를 만든다.

위 사진은 최종면의 크기를 작게 하기 위해서 많이 기울인 상태다.
만약 수직으로 세워서 출력했다면 평면구간은 몇 배 더 크게 나왔을 것이다.
 

따라서 교정모델을 세워서 출력하는 경우에는 전치부가 출력면과 수평이 잘 맞을 경우, 오히려 각도를 주어 기울여 주는것이 최종레이어의 원리오차를 최소화 할 수 있는 방법이다.
위 사진 소프트웨어에서는 7~8도 정도를 기울여 배치한 것이다.
이렇게 각도조절만 해도 50micron으로 출력한 것과 임상적으로 큰 차이가 없다.

 
다음호에는 최근 가장 이슈가 되고 있는 수술가이드의 매탈슬리브 여부에 따른 최적출력방안과 평가에 대해서 설명할 예정이다.


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