티타늄 코발트크롬 등 다품종 금속소재로 3D 프린팅 가능
신 상 완
신상완치과의원 원장
고려대 명예교수
임상치의학연구소 소장
우리나라 치의학분야 국가의 관련 중심연구기관이 없고, 의과대학에 비해서 치과대학의 교수나 연구원의 숫자가 턱없이 적은 편이며, 관련 회사를 제외하고 연구분야 인력이 거의 없다. 그래서 정부 관련 부처의 국책 R&D 연구과제를 기획에 참여하는 교수나 연구원의 숫자가 타 분야에 비해 적어 정부과제의 기획 및 개발이 다른 분야에 비해 수적으로 한계가 있다. 치의학 분야의 산발적이고 지엽적인 연구로는 한계가 있고 한국치의학연구원의 설립이 필요한 이유라고 말할 수 있겠다.
그러나 우리나라 의료기기분야에서 4000개가 넘는 의료기기 업체 중 연간 생산실적, 시장점유율이나 해외수출 실적 등을 고려해 본다면 우리 치과 임플란트 및 디지털기기 관련 기업의 역할은 전체 의료기기 분야에서 가장 우수한 분야이며, 이제까지의 실적 또한 괄목할 만하고 미래의 전망도 밝다. 향후 세계 치과의료기기 시장 규모 연평균 6%이상 성장할 것으로 내다보며, 우리의 치과의료기기 수출실적이 연평균 20% 증가 추세를 이어 갈 것으로 전망하고 있다고 한다, 이러한 실적과 4차 산업 혁명시대를 대비해서 정부나 관련 부처 사람들에게 이해시켜 우리 치의학 분야의 정부 지원이 확대되도록 해야 한다. 그리고 우리가 관심을 가져야 하는 정부 부처는 보건복지부 뿐만 아니라 통상산업자원부, 미래부, 교과부, 정보통신부, 농림수산부등 전 분야의 정부기관으로 우리의 시야를 확대해야 한다.
지난 2018년부터 2022년까지 (2단게 5년 과제) 산업통상자원부(산업기술평가원) 국책과제인 “유망 의료용 3D (치과용 세라믹, 메탈) 프린팅 소재ㆍ장비 및 S/W 기술의 자립화 및 사업화”에 노력을 하고 있는 일예를 소개하고자 한다.
덴티움㈜ 은 현재 헵시바(주), 한국생산기술연구원, 서울대, 연세대, 고려대, ㈜제노스, 3DII㈜등과 10기관이 함께 참여하여 “개인맞춤형 세라믹(지르코니아) 크라운 및 치근형 임플란트 모듈 개발”이라는 과제를 수행 중에 있다.
의료분야 중 하나인 치과용 세라믹과 메탈 소재를 대상으로 각각의 3D프린팅용 소재 및 장비와 SW개발을 위하여 해당 과제는 2개의 세부로 나누어져 있으며,
<1세부>는 고투광성/고인성의 3D프린팅용 세라믹 소재 개발 및 이를 이용한 세라믹 크라운 제작이 가능한 3D프린팅 장비 및 기술개발과 사업화,
<2세부>는 고강도/내피로의 3D프린팅용 금속 소재 개발 및 이를 이용한 치근형 임플란트 제작이 가능한 3D 프린팅 장비 및 기술개발과 사업화를 하는 것을 목표로 하고 있다.
특히 해당 과제는 해당 3D프린팅 의료기기 상용화를 위해 기술개발부터 전임상 검증까지 지원하는 과제로 5년간 약160억원이 투입되는 과제이다.
 |
| 현재 (주)헵시바에서 개발 중인 치과용 세라믹 3D 프린터 프로토타입 |
 |
| 환자 치아의 색상데이터를 취득하여, 3D 프린팅으로 구현하는 모식도 |
세라믹 프린터의 경우 소재의 특이성으로 말미암아 깨지기 쉬워 3D 프린팅 부분에서도 완성도가 높은 프린팅 장비를 생산하고 있는 업체가 세계적으로도 드문 상태이다. 현재 헵시바(주)에서 연구중인 세라믹 3D 프린팅의 경우, 기존 세라믹 3D프린팅 기술과 다르게 각 층마다 색상을 다르게 출력할 수 있는 기술을 고려대, 서울대와 공동 연구하여 차별화된 장비를 개발 중에 있다(그림1, 2). 이 기술을 통해 기존의 3D프린팅 기술로는 구현하기 어려운 치아의 색상을 실제와 유사하게 제작함으로써 심미성이 향상된 치아모형을 제작할 수 있다. 또한 고점성의 세라믹 소재도 출력 가능한 장비 로써, 현재 진행중인 지르코니아 소재 뿐만 아니라, 다양한 고점성 소재에도 사용이 가능하다. 최근 소재동향을 볼 때, 고기능성 소재의 경우 고점도를 갖는 소재가 다양하게 개발되고 있어, 다양한 분야에 활용이 가능할 것으로 보여진다.
 |
| 현재 상용화 되어 판매 및 수출중인 치과용 임플란트의 주 재료인 티타늄(Titanium) 소재 까지 3D프린팅이 가능한 메탈 3D 프린터 (덴티움(주), Rainbow™ Metal Printer) |
현재 상용화 되어 판매중인 Rainbow™ Metal Printer는 레이저를 광원으로 하는 Powder Bed Fusion(PBF) 방식으로, 메탈 소재 중 티타늄(Titanium)까지 프린팅이 가능하다. 티타늄(Titanium)은 강철보다 강도가 높지만 무게는 절반 수준으로, 내식성이 뛰어나고 생체 적합성이 뛰어나 인체 내 손상된 뼈를 대체하는 정형용 임플란트 등에도 각광받고 있는 소재이다. 그러나 기존 절삭이나 주조 등의 방식으로는 가공이 어려워, 제조 원가가 높은 단점이 있으나, 덴티움(주)에서 개발된 3D 프린터의 경우 프린팅이 어려웠던 티타늄도 원하는 형태로 제작이 가능하게 되며, 의료분야 및 다른 산업 분야로 활용도가 높아지고 있다. 티타늄 금속 프린팅이 적용가능한 산업용으로는 임펠러, 공구척 등 경량화와 강도가 필요한 분야에 적용할 수 있다. 재료의 특성을 활용, 자전거 프레임이나 자동차 휠, 우주항공 분야에까지 적용이 가능하다. 특히, 우주항공 분야에서는 경량화가 연비에 직결되므로, 가볍고 높은 강도와 내식성을 가지는 타이타늄 부품에 대한 연구와 적용이 높아지고 있다.
해당 프린터는 티타늄 이외에도 코발트크롬(CoCr) 분말을 사용할 수 있어, 치과용 임플란트 뿐만 아니라 크라운, 브릿지, RPD 등 다양한 치과용 보철물 제작에 활용할 수 있는 등 다품종의 금속소재를 3D프린팅 할 수 있는 장비이다. 그에 따라 치과 이외 에도 척추 케이지, 무릎 재건용 임플란트 등 다양한 정형외과 분야에도 확장 적용할 수 있다. 해당 3D 프린터를 이용하면 금속소재의 환자 맞춤형 인공기관 제작이 필요할 부위에, 일반 제조 공정으로는 구현이 어려운 중공구조의 뼈를 재현할 수 있고, 가볍고 높은 강도의 인공 뼈를 제작이 가능하여 흉곽, 골반, 안악면, 두개골 등의 결손부위를 보호할 수 있는 소재를 출력할 수 있다. 따라서, 해당 금속 3D프린터의 경우 치과 이외의 다른 의료분야 및 우주항공분야를 포함한 기타 산업분야에도 적용 가능하다는 점에서 다목적 금속 3D 프린터로 보급을 통한 고부가가치 산업군으로의 판매시장 확대적용이 가능하다.
 |
| Titanium Printing 활용처 |
세계시장동향 전문보고서(출처: BRIC View, 의료용 3D 프린팅 기술 동향)에 따르면 전 세계 3D 프린팅 시장은 2018년 99억 달러에서 연평균 23.2% 성장하여, 2024년 348억 달러에 이를 것으로 전망되었다. 그중, 치과 및 의료 분야를 포함한 헬스케어 3D 프린팅 시장은 2018년 5.8억 달러의 시장 규모에서 연평균 21.2% 성장하여 2024년 22억 달러에 달할 것으로 추산되어 향후 성장 중심이 되는 4차산업의 산업분야 중 하나로 예상 되고 있다.
 |
| 전 세계 3D 프린팅 및 헬스케어 3D 프린팅 시장. (출처: BRIC View, 의료용 3D 프린팅 기술 동향, https://www.ibric.org/myboard/read.php?Board=report&id=3624) |
3D 프린팅 사업의 경우 그동안 묶여있었던 핵심 기술들의 특허권이 점차 만료되면서 기업들이 도전할 수 있는 영역도 늘고 있으나, 한편으로는 기존 프린터에 대한 가격경쟁도 치열하게 벌어지고 있다. 이런 경쟁은 자연스럽게 산업현장이 원하는 3D 프린팅용 재료 개발의 중요성을 높이는 결과를 가져오게 되었다.
앞으로 4차 산업시대에 치의학 분야의 R&D가 많은 회사 및 연구자들의 참여로 할성화되어 국내는 물론 세계시장을 주도해나가는 치의학 산업발전을 기대해본다
http://www.chihak.co.kr/news/15837
기사에 대한 독자의견
독자의견 (총 0건)
Powered by Newsbuilder
