전문 기술적 지원 및 정보제공의 부재는 치과 임상에서의 활용이 원활하지 못했던 가장 큰 원인이기도 하다. 이런 이유에서 치과의사와 치과기공사의 관점에서 본다면 임상에서의 활용이 절실히 필요하게 되었다.
과거 덴탈 분야에서의 3D Printer의 도입과 활용은 이미 오래 전 진행되었고 최근에는 Intra oral Scanning Process의 보편화로 Digital Dentistry의 중요한 부분으로 자리잡고 있다. 아울러 그 활용 범위 또한 점차 확대되고 있어 임시치아나 모델 등의 기본적인 보철물 또는 보철물 제작을 위한 프린팅 결과물은 물론 구강내 바로 적용할 수 있는 Permanent 보철물의 확대로 그 양상과 관심이 더욱 높아지고 있다.
이번 3D Printing Total Solution 연재를 통해 ‘우리 기공소 3D Printer 쉽게 활용하기’라는 목표를 가지고 전문적인 정보와 기술력 그리고 임상에서의 도입과 활용을 위한 방법 및 정보공유의 기회를 갖고자 한다.

 

 

 

 

 

Dental 3D Printer 알고 시작하기 
현재 Dental 분야에서 Digital Dentistry의 최대 관심사이자 반드시 필요한 아이템이 있다. 바로 3D Printer이다.
3D Printer가 국내 치과 및 치과기공 분야에 도입된 것은 약 15년전이다. 하지만 사용할 수 있는 재료의 제약과 3D Printer에 대한 정확하고 충분한 정보의 부족으로 인해 많은 시행착오와 함께 3D Printer는 어렵고 임상에서 보편적으로 사용하기 부족하다는 인식이 있었다. 하지만 현 시점에 출시되어 상용화 된 소재들은 점점 치과시장에 바로 적용할 수 있는 기준에 부합하는 소재들이 개발되고 있으며 실제 임상에 적용되고 있다. 수년 전에 비해 많은 발전을 이룬 것이 사실이다.
그 첫번째 과정으로 3D Printer 및 Printing Materials의 정확한 정보가 시장에 전달되야 한다고 생각한다. 3D Printer에 대한 오랜 경험과 노하우를 가지고 치과 임상에서 활용 가능한 부분을 정보화하여 함께 공유하는 것이 중요한 부분이다. 

1. 3D Printer 도입 기준제시
임상에서 치과용 3D Printer를 도입 시 가장 먼저 고민하는 부분이 몇 가지 있다. 현재 치과 분야에 사용할 수 있는 많은 종류의 장비들이 소개되고 있기 때문이다. 기존에 도입을 결정하고 나면 사용 전 임상현장에서 판단 할 수 있는 프린터의 선택 기준은 주변의 평가가 가장 중요한 부분이었기 때문일 것이다.
현재 시장에 소개되고 있는 액상 3D Printer는 크게 DLP제품과 LCD제품으로 나누어진다. 이에 DLP와 LCD 방식의 3D Printer에 대해서 먼저 알아보는 것이 가장 중요하다.
DLP(Digital Light Process), LCD(Liquid Crystal Display) 방식 Printer의 공통점은 광경화성수지를 UV의 광원을 이용 이미지를 한층씩 적층(Layering) 하는 방식이다. 치과 임상에서는 DLP는 “고가”이며 LCD는 상대적으로 “저가” 제품이라고 알려져 있다. 이는 단순한 판매가격에 대한 기준일 뿐이다. 정확한 차이점은 바로 빛이 투과되는 경로를 살펴보아야 한다. 중요한 것은 각각의 빛의 경로에 따라서 세팅과 관리 모든 것이 달라진다는 것이다.
DLP 방식의 Printer는 약 20여년전 독일의 ENVISIONTEC社에서 쥬얼리 디자인 패턴을 제작하기 위한 용도로 개발된 3D Printer의 한 종류이다. 이 방식은 기존에 이미 산업 파트에서 사용하던 FDM, SLS, Polyjet 방식에 비해서 소형파트(출력물)를 정밀하게 표현하거나 높은 해상도를 요구하는 시장의 수요에 의해 개발된 방식이다. 약 15년전부터 해외에서 먼저 Medical & Dental 분야에서 사용되기 시작한 방식이다.

 

DLP방식은 초기 쥬얼리 시장과 소형정밀 전자부품시장 그리고 Dental 분야에서 사용되면서 장점과 단점이 함께 드러나기 시작했다. 장점은 높은 해상도와 표현력이 가능하다는 것과 초기 개발 컨셉에 맞는 다양한 소재를 출력가능 하도록 상대적으로 넓은 범위의 높은 광원이 나온다는 것이다.
하지만 분명 단점도 존재한다. 바로 출력을 위한 빛의 왜곡현상(Light Distortion Phenomenon)이다. 바로 그림 3에서 보는 것과 같이 빛의 경로에서 렌즈(Lens)를 통한다는 것이 부분이 바로 빛의 왜곡현상을 발생시키는 것이다. 

DLP 방식의 3D Printer는 빛의 왜곡현상을 보정하기 위해서 마스크 세팅(그림3) 및 빛의 전체면의 파워(그림4)를 일괄적으로 해주는 정밀 Setting이 반드시 필요하며 특히, 출력물의 정확성(The Accuracy of Printed Part)을 위한 부분에서 매우 중요한 작업이다.

DLP 방식의 3D Printer에는 DMD칩이라는 고가의 부품이 들어가게 된다. 이것을 사용하는 Projector의 경우 추후 고가의 유지보수비용이 발생할 수 있으며 특히, 먼지와 열에 취약한 점을 반드시 생각한다면 장비의 관리면에서도 주의가 필요하다. 실제 장비를 주로 사용하는 장소인 치과기공소 또는 치과기공실에서 발생되는 다양한 분진의 침투를 막고, 프린터 자체에서 발생하는 열의 빠른 냉각 또는 순환에 신경을 쓰지 못한다면 유저가 사용 중에 DMD칩에 큰 손상을 줄 수 있는 부분이 이미 오래전에 확인되었다. 따라서 프린터 장비의 안정적인 유지 관리를 위해 술자가 3D Printer를 설치하고 사용하는 곳의 환경이 매우 중요한 부분이며 이는 설치 시 반드시 고려 해야 하는 부분이다.
LCD방식의 3D Printer는 LCD 패널을 주요 광원경로로 사용하는 방식을 취하고 있다. 일반적으로 동일하거나 유사한 사양에서 DLP 방식의 3D Printer보다 상대적으로 저렴한 장비이다. 하지만 가격이 저렴하기 때문에 품질도 낮을 거라고 생각해서는 안 된다. DLP방식 3D Printer에 사용하는 DMD칩을 사용하지 않고, 여러 전자제품에서 그 사용이 보편화된 주요 부품인 LCD 패널을 사용하여 장비가격 및 유지보수 가격을 합리적으로 생산 및 유통해서 기존 DLP 방식의 3D Printer보다 더욱 정밀한 표현 및 높은 해상도를 유지하는 방식이다. 
초기 LCD방식의 프린터에서 다소 약점으로 지적되었던 임상 도입 시 가격 부분을 개선한 방식이다.

여기에 빛이 투과되는 경로가 단면의 패널을 사용하기 때문에 빛의 왜곡현상이 현저하게 줄어들었다는 장점이 있어 일정한 Quality의 3D Printed Parts를 얻는데 매우 유리한 부분으로 확인되고 있다.

하지만 LCD방식의 프린터의 약점으로 지적되는 부분도 있다. 바로 DLP에 비해서 상대적으로 낮은 광원의 파워다. 특히 LCD 2K 타입의 경우 Dental 분야에서 사용되는 소재가 요구하는 광원의 파워에 비해 낮은 파워를 갖고 있다. 임상 치과와 치과기공소에서 필요로 하는 품질의 출력을 위한 정밀 세팅에 제약이 있었다. 하지만 최근 나온 4K 광원을 사용하는 3D Printer에서는 2K와 비교했을 때 부족하지 않은 충분한 광원파워를 내고 있다. 
이런 관점에서 본다면 현재 보편적으로 사용되는 4K광원의 LCD방식의 Dental 3D Printer와 DLP방식의 프린터와 비교했을 때 단점으로 지적하기에는 무리가 있다. 여기에 앞으로 출시될 고 사양 LCD방식도 주목할 필요가 있다.
또한 LCD방식의 프린터에서 임상 사용 중, 다른 단점으로 언급되는 부분이 바로 LCD패널의 수명 부분이다.
LCD패널의 경우 여러 가지 주의 요인 중에서 특히 열에 약한 특성을 갖고 있다. 3D Printer가 작동하는 동안 LCD패널은 출력광원으로 인해 지속적인 열에 노출되어 있다. 따라서 LCD 패널의 수명은 상대적으로 짧은 부분이 발생하게 된다. 세팅 및 관리 환경에 따라 차이가 발생하지만 평균 18개월의 수명을 가진다.

 DLP방식의 고가 프로젝터 부품의 유지보수 비용과 비교했을 때, LCD방식의 3D 프린터 패널의 유지비용은 LCD방식의 개발된 주요 배경처럼 합리적인 부분으로 발현된다.
위와 같은 이유로 최근 전 세계적인 3D Printer 관련 글로벌 기업들도 이제는 액상 3D Printer 시장에서 DLP방식의 프린터에서 LCD방식의 프린터로 바뀌고 있으며 이미 일반 산업분야에서는 수년 전부터 액상 LCD방식의 3D Printer를 사용해 왔다. 특히 4K 이상의 광원에서는 치과용 또는 의료용 프린팅 소재를 원하는 정도로 중합하는데 문제가 없음을 보여주는 부분이기도 하다. 
따라서 치과 분야 활용의 액상 3D Printer의 흐름으로 자리잡아가고 있는 LCD방식의 프린터 사용에서 중요한 요소가 3D Printer의 Setting 부분이다. 2K에서 4K이상의 높은 광원으로 업그레이드되었고 더 나아가 6K, 8K 광원으로 지속적인 개발과 연구가 진행되고 있다. 하지만 동일 사양의 DLP방식 프린터에 비해 상대적으로 다소 낮은 광파워의 특징을 고려해야 한다.  
이 부분에서 위에 언급한 LCD방식의 3D Printer의 컨디션 특히 안정적이고 사용 소재의 광중합을 위한 광원 파악 및 이에 따른 프린터 정밀 세팅이 중요한 부분으로 인식되는 것은 매우 자연스러운 부분이다.   이와 관련된 내용은 추후 진행될 연재 내용에서 자세히 설명하고자 한다. 
Dental 분야에서 3D Printer 도입 시 우선 검토해야 할 2가지 방식에 대해서 정리하였다. 3D Printer 장비를 도입하는데 가장 중요한 기준은 되는 부분은 글로벌 Dental 시장에서의 3D Printer & Printing Materials의 기술적 발전과 가까운 미래로의 트렌드이다.

오랜 3D Printing Technology의 경험을 바탕으로 Dental 3D Printer 도입과 설치와 관련된 내용을 아래와 같이 정리할 수 있을 것이다.

위에 언급한 Dental 3D Printer의 도입과 특징 그리고 기본적인 정보의 공유 부분을 놓치지 않고 확인한다면 Digital Dentistry Workflow에서 Dental 3D Printer는 임상활용 분야에 든든한 지원군이 되는 중요한 아이템으로 자리 잡아갈 것이다.