급속한 3D프린터의 보급으로 장비에 집중되어 있던 관심이 소재와 후가공 장비에게도 돌아가고 있는 추세이다. 다양한 소재들이 치과 보철물 제작에 사용되고 있는만큼 3D 프린팅을 통해 그 소재들을 얼마나 잘 쌓고 사람의 입으로 들어가는 보철물로 잘 만들어내느냐가 중요한 이슈가 됐다. 이 과정에서 필요한 것이 후경화이다. 3D프린터 보급과 같이 갈 후경화 시장과 앞으로의 예측에 대해 알아봤다.
김민경 기자 zero@dentalzero.com
3D프린터 시장의 성장 경화기의 성장
글로벌 3D프린터 시장 규모는 매해 평균적으로 25% 정도씩 성장해 지난해 140억 달러 규모를 달성했다. 그리고 2028년까지 연평균성장 21%대를 예상하고 있다. 덴탈용 3D프린터의 글로벌 시장규모는 2019년 3억 3200만 달러에서 2025년 4억 7800만 달러까지 연평균 9.5%의 성장률을 보일 것으로 예상되고 있다.
덴탈 분야에 요구되는 3D 프린팅 출력물 퀄리티에 대한 유저들의 눈높이가 높아지면서 전용 경화기와 세척기에 대한 관심과 중요성 또한 높아지고 있다. 이 때문에 한동안 3D프린터의 수요 증가에 따라 경화기 수요 증가 또한 예상되고 있으며 그동안 단순히 경화만을 목적으로 두던 것에서 나아가 경화를 통한 보철물의 퀄리티를 유지 혹은 상승하는 것에 관심이 쏠리고 있다.
3D프린터 출력물, 결국 경화 과정 통해 완성
3D 프린터에 활용되는 소재는 분말과 덩어리 형식으로 만들어진 고체와 소재를 굳혀서 출력하는 액체로 이루어진다.
덴탈 분야에서는 고체 재료를 활용하는 FDM, SLS 방식과 액체를 사용하는 DLP, SLA, 폴리젯 타입 등이 많이 쓰이고 있다. 각 방식으로 3D프린터에서 보철물이 출력되고 나면 그 이후에는 후가공 과정이 필요한데 이때 거치는 과정이 세척과 경화이다.
보철물을 3D 프린터에서 출력한 이후에는 가지고 있는 물성을 완성하고 보철물에 적합한 쉐이드와 강도를 만들어내야 하는데 적층만으로는 원하는 수준을 얻어낼 수 없다. 3D프린터의 구조상 각 레이어층을 완전히 경화시켜 적층하다 보면 다음 층과 박리되는 현상이 일어나는데 이를 보완하기 위해서는 경화기를 통한 후경화 과정이 꼭 필요하다.
일반적으로 경화는 빛 에너지를 받아 경화하는 광경화가 많이 이루어진다. 전자선(Electron Beam)보다는 자외선(Ultraviolet, UV)을 활용한 경화가 이루어지고 있다. UV는 가시광선보다 파장이 짧은 10~400nm 영역의 전자파이며 발생시킬 수 있는 광원은 다양하다.
태양광을 활용한 자연건조도 가능하지만 출력물의 확실한 경화를 위해서 인공적인 UV 광원을 활용하는 것이 일반적이며 이 과정을 통해 보철물 제작의 시간을 줄이고 퀄리티를 높일 수 있다.
특히 광경화성 수지의 물성을 100% 발휘하기 위해서는 단위면적 당 직접 에너지를 최대한 부여해야 하는데 이 과정을 제대로 거치지 않는다면 소재가 가지고 있는 물성을 100% 발휘할 수 없게 되고 강도와 쉐이드 면에서도 퀄리티가 떨어질 수 밖에 없다.
출력물의 모든 면을 얼마나 균일한 광원이 도달해 경화될 수 있는가, 그리고 그런 경화 과정이 얼마나 빠르게 진행될 수 있는가가 경화기에 있어서 중요한 부분이 된다.
빠르게 제작되는 임시 보철물의 경우 환자가 체어에서 빠르게 받을 수 있도록 빠른 출력과 경화 작업이 중요하고 일반 보철물들의 경우 짧게는 5년 길게는 평생을 환자의 인체에 착용하는 것이기 때문에 경화 단계를 통해 보철물의 퀄리티가 유지되지 못한다면 보철물의 수명 역시 짧아질 수 밖에 없다.
또한 경화가 완벽하게 이뤄지지 않았을 시 출력 결과물에서 환자가 입 속에서 느낄 수 있는 쓴 맛이 나는 현상 등은 보철물을 직접 쓰는 환자들 입장에서 직접적으로 느낄 수 있는 부분이라 예민할 수 밖에 없다.
또한 경화가 완벽하게 이뤄지지 않았을 시 출력 결과물에서 쓴 맛이 나기도 하는데 이는 보철물을 사용하는 환자가 직접적으로 불편함을 느끼는 상황이 발생할 수 있어 예민한 부분이다.
유저들도 경화 중요성 인식 높아져
초기 덴탈 3D프린터의 경우 출력이 빠른 시간내에 효과적으로 잘 되는지에 대한 관심도가 높았다. 디지털화의 궁극적 목표는 생산성을 높이는 것이고 3D프린터가 그에 부합하는 장비인가에 대한 관심도였다.
하지만 3D프린터가 빠른 속도로 보급되고 외산 뿐만 아니라 국내 많은 업체들도 장비를 생산하면서 장비에 대한 정보 공유도 넓어지고 장비 또한 상향 평준화 되면서 속도뿐만 아니라 정밀도, 사용자 편의성, 안정성 등에 대한 관심도가 높아졌다.
경화기의 경우도 강한 UV 파워, 빠른 경화 시간 등에 대해 관심이 맞춰져 있었다면 유저들이 경화의 중요성을 인식하면서 UV 광 균일도, 사용자 친화적으로 시스템된 UI 등 다양한 부분을 중점으로 체크하기 시작했다.
3D프린터 도입 시기에는 장비에 집중했다면 소재에서 후가공 마무리까지 중요성이 높아져가고 있는 것이다. 3D프린터에 쓰이는 레진의 소재가 너무나 다양해 각각의 특성에 맞게 가공 후 보철물을 마무리하는 후가공 과정이 중요하다.
그래피 윤석준 이사는 “3D 프린팅을 통해 얻어지는 출력물은 덴탈분야의 특성상 물성강도(표면경도, 인장&굴곡강도, 신율 등)뿐 아니라 경화 완료 후 색상(shade), 물 흡수도, 유해물질 잔류성 등 높은 품질 기준을 충족해야 하고, 일반 산업용 소재와 다르게 의료기기 인허가를 취득해야하는 생체적합성 테스트를 거쳐야 한다”고 말했다. 특히 치과용의 경우 일반 산업용과 비교했을 때 더욱 높은 강도를 요구되는 소재들이 많은데 이 소재들은 분자량이 많아 이 분자들의 고리 형태의 연결구조를 끊어내기 위해 상당한 에너지가 필요하다.
실제 유저들과 업계 관계자들은 경화가 출력 결과물에 미치는 영향을 최소 30%에서 50% 이상으로 여기는 경우가 많았다.
3D프린터로 출력을 했지만 출력 결과물이 원하는 물성, 그리고 쉐이드를 얻기 위해서는 적절한 시간 동안 고루게 노출된 후경화 작업이 필수인 것을 갈수록 인지하고 있다.
자신이 원하는 쉐이드 매칭 스스로 찾아야
3D프린터의 보급 다양한 장비의 경험, 새로운 재료의 등장 등으로 아직은 과도기적인 3D프린팅 보철물 시장에 있어 경화기 역시 절대 강자를 가리기는 어려운 상황이다. 대게 사용하는 3D프린터와 1:1 매칭으로 경화기를 구입하는 경우가 많다.
각 경화기의 사양에 따라 광 파장과 여러 사항들이 다르고 현재 국내에 판매 되고 있는 레진들의 특성이 굉장히 다양해 경화에 대한 스탠다드를 형성하지는 못하고 있다. 현재 판매 중인 제품들은 대게 5~10분 사이의 경화 시간을 거친다. 덴탈용 경화기들은 높은 광원은 사용하는 경우가 많기 때문에 긴 시간 사용을 지양하고 실제로 장비 내에 쿨링시스템 등을 통해 그런 상황들을 막는다. 실제 장시간 경화를 진행할 경우 덴탈에서 민감할 수밖에 없는 쉐이드가 갈변하는 현상이 발생하기 때문에 적절한 경화를 진행하는 것이 중요하다.
장비와 소재의 춘추전국시대이니만큼 후경화 시간과 정도에 대해 아직 정확한 기준을 정립할 수는 없는 상황이다. 이 때문에 스스로 경험을 통해 본인에게 맞는 쉐이드를 잡아가는 것이 중요하다.
유저 요구 다양화로 경화기도 여러 시도 중
초기 국내 유저들은 광경화를 통해 원하는 쉐이드를 얻는 것에 집중했다면 조금씩 경화가 물성과 강도에 주는 영향들에 대해 인식하고 경화 과정을 통해 더 높은 퀄리티의 결과물을 만들어내기 위해 경화기에 다양한 시도들을 하는 단계에 있다.
메디파이브 조성찬 팀장은 “초기 장비에 대해서는 빛만 제대로 나오면 유저들이 크게 신경 쓰지 않았으니 3D프린팅을 경험하면서 경화의 중요성을 인식하면서 경화기에 대한 다양한 요구도 나오고 있는 상황이다. 유저들의 요구에 맞춰 새로운 쪽으로 계속해서 개발해나가가고 있어 갈수록 다양화된 경화기가 나올 것으로 보인다”라고 시장을 예측했다.
현재 경화기에 대한 유저들의 요구 중 하나가 경화기 내부를 질소로 유지하거나 혹은 진공 상태를 만드는 것이다. 몇몇 테스트들을 통해 경화기 내부를 진공 상태로 만드는 것이 출력한 결과물의 강도를 높일 수 있다는 것을 결과로 최근 출시되는 경화기들은 진공 상태 혹은 질소 충전 등이 가능한 경우도 있다.
생산량을 늘리기 위해 경화할 수 있는 보철물의 양을 늘리기 위해 경화기 크기를 크게 만드는 움직임도 있었으나 경화기가 커질수록 내부를 진공상태로 유지하는데는 더 높은 기술력이 들어가기 때문에 현재는 진공 상태 혹은 질소 가스 충전 쪽으로 관심이 쏠리고 있는 상황이다.
또한 경화기와 함께 3D프린터 출력물의 후가공 역할을 하는 세척 과정도 중요해 단순히 세척의 개념이 아니라 세척 단계에서 출력물에 변형 가능성에도 신경을 쓰고 있는 상황이다.
덴탈 분야에 3D프린터의 보급이 급속도로 이루어지며 많은 치과기공사들이 여러 시행착오를 거쳐 자신만의 노하우를 쌓아가고 있다.
단순히 좋은 장비만을 구입하는 것으로는 원하는 결과물을 얻을 수 없고 좋은 장비와 자신이 원하는 물성을 가진 재료, 그리고 그것을 잘 어우러지게 하는 경화 등의 후가공 작업을 통해 디지털화에 한발자국 더 나아가길 기대한다.
