적층제조 통합 소프트웨어 3D엑스퍼트의 활용

3D엑스퍼트(3DXpert)는 적층제조(AM) 기법을 사용하여 3D CAD 모델을 준비, 최적화, 제조하는 올인원 통합 소프트웨어이다. 3D엑스퍼트는 디자인부터 후처리까지 적층 제조 워크플로 각 단계를 지원하기 때문에 3D 모델에서 완벽하게 프린팅된 부품으로 신속하고 효율적으로 전환하는 프로세스를 간소화하였다.
이번 호에서는 외과 의료 분야에서 3D엑스퍼트를 통해 3D 프린팅을 활용할 수 있는 방법을 소개한다.

◼︎ 자료 제공 : 3D 시스템즈 코리아, www.3dsystems.com

1. 외과 의료 분야의 3D 프린팅
외과 의료 산업에서 3D 프린팅으로 만든 티타늄 임플란트는 고관절 대치술(대규모 골반 뼈 골절 치료)에 있어 혁명이라고 부를 만큼 괄목할 만한 성과를 보여주었다.
대량 생산으로 기성품 임플란트를 제조하는 현재의 방식은 개인화된 3D 프린팅 제조 방식으로 전환되기 직전에 있다. 하지만 이러한 변화와 함께 3D 프린팅 임플란트의 성능과 안전성에 대한 예측 가능한 검증된 데이터들의 중요성이 대두되고 있다. 이를 위해 3D 프린팅 최적화 디자인과 함께 다양한 관련 변수들이 고려돼야 한다.
제조 측면에서 3D 프린팅은 다공성 구조(lattice)에 대한 제어가 어려운 기존의 제조 방식과 달리 복잡한 다공성 구조물까지 제조할 수 있다. 또한, 3D 프린팅으로 제조하여 임플란트의 사용자화를 보다 쉽게 할 수 있다.
 

기존에 대량 생산된 임플란트는 사람마다 다른 복잡한 골반 골절 형상 및 대사성 뼈 질환, 낮은 골밀도 등의 다양한 요소들로 인해 발생하는 임플란트의 뼈에 대한 약한 고정력이 지속해서 문제로 언급되어 왔다. 또한, 대퇴골두 하단부의 낮은 표면적으로 인해 적절한 혈액공급에 실패해 대퇴골두의 괴사를 발생시켜 고관절 골괴사증을 포함한 다양한 질병의 위험에 노출되어 있었다.
반면에 3D 프린팅 임플란트는 이러한 기존의 커다란 문제점을 극복할 수 있다.
3D 프린팅 임플란트는 강력한 고정력을 가지면서도 높은 다공성을 지닌 구조를 만들 수 있어서, 환자의 뼈 특성에 맞추어 탄성(영의 계수) 및 마찰 계수를 최적화하여 응력 차폐 효과를 최소화할 수 있다. 이러한 해면골과 유사한 구조와 특성은 임플란트의 안정성과 골 유착 및 성장에 긍정적인 영향을 이끌어낼 수 있다.
공학적인 측면으로는 소재 소비가 약 25% 이상 줄어든다는 장점이 있으며, 현재는 소량 생산에서만 생산성을 보여주지만 기술이 발전함에 따라 생산성은 비약적으로 증가할 예정이다.