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3D프린터, 이렇게 출력된다!출력-세척-경화-마무리까지, 1시간 50분 만에 가이드 완성!
류재청  |  denfoline@denfoline.co.kr
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승인 2018.12.04  16:12:06
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구강스캐너가 입력장치라면, 밀링기와 3D프린터는 대표적인 출력장치다. 최근의 화두는 단연 3D프린터다. 장비 가격이 내려가고, 다양한 3D프린터용 소재가 개발되면서 용도와 사용법에 대한 관심도 부쩍 늘었다. 이에 본지에서는 관념적으로 막연히 알고 있던 ‘3D프린터로 출력한다’라는 개념이 실제 어떤 세부 단계를 거쳐 어떻게 진행되는지 알아보기로 했다. 인상채득-디자인-출력-세척-경화-최종 완성에 이르기까지의 실제 과정을 순서대로 구성했다.
이번 기획은 헵시바주식회사와 ㈜명문덴탈의 도움을 받아 진행됐다.

진행 | 류재청 기자 denfoline@denfoline.co.kr


사용된 3D프린터 : Veltz3D D2(헵시바주식회사)
출력 방식 : DLP 방식
출력물 유형 : 임플란트 가이드
출력 소요시간 : 1시간 11분
사용된 소재 : 3D-Polymer(㈜명문덴탈)
기술지원 및 장소 협조 : ㈜명문덴탈 기술연구소 www.mdentallab.com
도움말 및 진행 협조 : 헵시바주식회사 www.hebsiba.co.kr


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인상 채득

   
 

‘디지털 덴티스트리’의 출발은 구강스캐너로부터 시작된다. ‘구강스캐너’가 갖는 의미가 여럿 있지만, 그중 가장 중요한 것은 채득한 정보가 임프레션이나 석고모델 같은 ‘실물’이 아니라 ‘데이터’라는 점이다. 구강스캐너로 직접 채득하거나, 기존 방식대로 채득해 이를 스캔해 데이터화하거나, 석고모델을 스캔해 이를 데이터화하는 방법 등이 있다. 구강 정보가 데이터화 되면 정보의 균일성, 저장성, 신속성, 균일성, 영속성 등을 기대할 수 있다.
사진은 각각 서울프라임치과 정유석 원장이 3shape의 트리오스3를 이용해 인상을 채득하는 장면 이가편한치과 최수호 원장이 ㈜메디트의 i500을 이용해 인상을 채득하는 장면 아산포유치과 조인준 원장이 기존 방식대로 채득한 실물 임프레션을 iSERIES(덴탈윙)를 이용해 스캔하는 장면이다.
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플래닝 및 디자인

   
 

채득한 구강 정보는 용도에 맞게 데이터를 가공하고 디자인하는 단계를 거치게 된다. 보철 분야에선 엑소캐드, 3shape 등이 대표적이며, 교정 분야에선 마에스트로3D와 한국 기업이 만든 오토라인 등이 있다. 이 외에 일부 구강스캐너 및 3D프린터 회사에서는 핵심 기능만 탑재한 별도의 보철 및 교정용 소프트웨어를 함께 제공하기도 한다. 이번 시연에 사용된 소프트웨어는 3shape이며, 이를 이용해 임플란트 가이드를 디자인했다.
사진은 각각 명문덴탈 실무 담당자가 3shape 소프트웨어를 이용해 가이드를 플래닝하고 디자인하는 장면 구강스캐너로 채득한 환자의 구강 정보와 CT 정보를 분석하고 중첩시켜 식립 위치와 깊이, 각도 등을 계산한다. 이 과정을 ‘플래닝’이라고 한다. 디자인까지 마무리된 완성 직전 단계의 가이드 모습이다.
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출력 준비

   
 

디자인이 완료된 최종 출력 파일은 stl파일로 저장돼 3D프린터로 보내져 출력이 진행된다. 이번 기획은 헵시바주식회사와 ㈜명문덴탈의 도움을 받아 진행됐으며, 헵시바주식회사의 3D프린터를 이용해 대구 소재의 ㈜명문덴탈 기술연구소에서 진행됐다.
사용된 3D프린터는 헵시바주식회사의 Veltz3D ‘D2-120’ 모델(DLP 방식)이다. 출력이 진행될 내부 모습. 아래 수조(초록색 부분)에 수지 형태의 소재가 부어지고, 상부 출력판이 내려와 출력이 진행된다. 수조는 Vat 또는 트레이라고 부르기도 하며 소재가 부어지는 공간이다 이번에 사용된 소재는 ‘3D-Polymer’라는 가이드 전용 소재로 ㈜명문덴탈 제품이다. 소재 색깔은 투명색이었으나, 출력 유형에 따라 색상이 다양하게 구분돼 있으며, 임시 보철물의 경우엔 미세한 쉐이드까지 선택해 출력할 수 있다고 한다.
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출력 시작

   
 

가이드 전용 소재가 수조에 부어지고, 데이터가 3D프린터로 전송되면 출력을 위한 준비는 모두 끝났다. 데이터를 3D프린터로 전송하는 방법은 브랜드 및 기종에 따라 유무선으로 컴퓨터에서 직접 전송하거나 USB에 담아 옮겨지게 된다.
이번에는 USB에 담아 3D프린터로 옮겨졌다. USB를 3D프린터에 꽂은 뒤엔, 사무실에서 사용하는 보통의 종이 출력 프린터 정도의 간단한 작동만으로 출력이 시작됐다.
❶3D프린터가 USB를 인식하는 동시에 USB에 담긴 여러 파일이 LCD 창에 나타난다. ❷출력할 파일을 선택하고 나면, 이어서 소재를 선택할 수 있는 창이 뜬다. 가이드나 임시치아, 모델 등 용도에 따라 터치해 선택할 수 있다. ❸스타트 버튼을 터치하면 출력이 시작된다.
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출력 완료

   
 

출력이 시작됐다. 먼지 등의 이물질이 유입될 수 있어 도어를 내리는(닫는) 것이 좋다고 한다. 대신, 모든 진행 정보가 외부 패널을 통해 다양한 형태로 알기 쉽게 제공되었다.
❶스타트 버튼을 누르면 상부에 있던 출력판이 아래로 내려와 소재가 담긴 수조에 잠기면서 출력이 시작된다. 화면엔 보이지 않지만 수조 아래 부분에서는 광조사가 진행 중이다 ❷출력 초기 화면으로 선택된 파일명이 보여지고 오른쪽 상단에는 시간 정보도 표시된다. 총 1시간 11분이 소요될 예정인 가운데 현재 8분이 지난 상태다. 그 아래로는 총 261개 층이 쌓일 예정인 가운데, 현재 19개 층이 쌓였음을 보여주고 있다. 점으로 표시된 부분은 출력이 진행되는 정도를 시각적으로 보여주는 장면으로 가이드를 지지하는 서포트(지지대)가 출력 중인 상태다. ❸1시간 11분 뒤 모든 출력이 완료됐다.
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세척

   
 

이번 가이드 출력에는 1시간 11분이 소요됐지만, 임시 보철물이나 인상용 모델, 교정용 셋업 모델 등 용도와 소재, 출력물의 물리적 높이에 따라 출력시간은 달라진다. 물론 더 큰 단위 개념에서 보면 업체별 3D프린트의 기능별 차이와 그에 따른 소재의 차이에 따라서도 달라질 수 있다. 출력이 끝난 뒤엔 간단한 세척 과정을 거치게 되는데, 표면에 묻어 남아있는 재료를 알코올로 제거해 주었다.
❶출력이 완료되면, 수조에 잠겼던 출력판이 다시 상부로 복귀한다. 출력판에 출력된 가이드가 거꾸로 매달려 있다 ❷출력판을 3D프린터에서 떼어 낸 모습 ❸출력판으로부터 출력된 가이드를 떼어내 간단한 세척 과정을 거친다. 알코올이 담긴 분무기로 표면을 세척한 다음, 추가로 알코올이 담기 용기에 가이드를 ‘풍덩’ 담가두는 과정(5분 정도)을 거쳤다.
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후경화

   
 
세척을 끝낸 가이드는 ‘후경화’ 과정을 거치게 된다. 이미 출력 과정에서 1차 경화가 이뤄졌기 때문에 이 단계를 ‘후경화’ 또는 ‘최종 경화’라고 부른다. ‘후경화’를 통해 비로소 목표했던 최종 강도 및 경도에 이르게 되는데 이번 가이드의 후경화 시간은 10분이었다. 후경화의 또 다른 목적은 혹시 존재할지 모를 유해 성분을 완전히 결합시켜 구강 내에서 용출되지 않도록 하는 역할도 포함돼 있다고 한다.
❶헵시바주식회사의 MP100 모델이다. UV램프를 광원으로 사용하고, 넓은 파장대를 제공해 다양한 소재의 출력물을 경화시킬 수 있다고 한다 ❷용도에 따라 일반모드(P1-일반적인 출력), 쿨링모드(P2-수축율 최소 출력), 히팅모드(P3-임시치아 등 높은 강도가 요구될 때 출력) 중 선택할 수 있고, 10분 단위로 시간을 조절할 수 있었다 ❸후경화가 진행 중인 내부 모습.
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최종 완성

   
 

후경화 과정은 10분이 소요됐고, 후경화를 끝낸 후엔 도구를 이용해 서포트(지지대)를 제거했다. 잘린 부분이나 모서리 부분 등 날카로운 부분 등은 마지막 연마 과정을 거쳐 미려하게 다듬고, 메탈 슬리브를 장착해 최종 완성했다. 3D프린터의 ‘시작 버튼’을 눌러 출력(70분), 세척(10분), 경화(10분), 최종 마무리(20분)에 이르기까지 총 1시간 50분이 소요됐다. 과정 간의 전환 시간을 포함하면 실제는 2시간 30분 정도가 소요된 것으로 나타났다.
❶10분 간의 후경화 과정을 거친 가이드 모습. 애초 투명한 상태에서 유백색의 반투명 상태로 변했다 ❷지지하던 서포트를 제거하자 온전한 형태의 9홀짜리 가이드가 모습을 드러냈다. 길게 튀어나온 부분은 가이드를 안정적으로 고정시켜 줄 앵커 자리다. ❸메탈 슬리브를 장착함으로써 임플란트 가이드가 최종 완성됐다.
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