3D 프린터는 다양한 출력 방식이 있다. 이중 FDM 방식은 필라멘트 형태의 소재를 이용, 실처럼 한 층 한 층 쌓아올리는 방식이다. 이 분야에서 다양한 임상 경험을 보유한 송도 OK치과 오철교 원장을 만나 3D 프린터에 대한 생각을 들어봤다.
FDM 방식 3D 프린터의 재발견
“3D 프린터를 사용한 지는 3~4년 정도 됐다. 첫 출발은 투명교정을 해보고자 원내 출력용으로 3D 프린터중 가장 경제적이라고 알려진 FDM 방식중 그나마 출력 품질이 낫다는 국산 프린터를 선택하여 사용했다.
일반 모형과 달리 치과에서 필요한 투명교정 모델이나 IDB(InDirect Bonding) 트레이 같은 출력물은 가늘고 복잡해서 필라멘트를 녹여 적층하는 FDM의 특성상 표면 불규칙이나 흘러나오는 재료들로 깔끔하지 못했다. 당시만 해도 정밀도에 대한 평가는 데이터보다 육안으로 보고 깔끔한 정도만 평가할 수 있었던 시절이라 첫 FDM 체험 시대는 말할 수 없을 정도로 불안한 시작이었다. 그래서 FDM 방식으로 좀 더 완성도 있는 출력물을 만들고자 디지털 연구를 시작했다.”
가성비 좋으나 시행착오 겪던 FDM 방식
치과용 석고모형은 기본적으로 10~30㎛ 정도의 정확도를 가지고 있지만, 현존하는 거의 대부분의 3D프린터는 아직 그 정도 수준에는 도달하지 못했다. 치과에서 요구하는 3D 프린팅 출력물의 정확도 오차 범위는 0.1mm 내에서 80% 정도가 돼야 한다. 기존 FDM의 경우 가성비가 좋고 사용이 편리하지만, 0.4~0.8mm 정도 오차범위로 출력된다. 원인은 장비 자체의 흔들림과 수많은 출력 설정값을 최적으로 이끌어내지 못하기 때문이다.
당시 IDB 트레이를 해보고 싶어 계속 실험하다 보니 어느 순간 원하는 정도로 깔끔한 출력물을 얻을 수 있었고 그 경험을 다른 유저들과 공유했다. 큐비콘에서 이야기를 듣고 장비를 평가해 달라며 찾아왔다. 처음에는 시큰둥하게 큰 관심을 두지 않았는데 큐비콘 장비를 테스트해보며 굉장하다고 느꼈다.
FDM 큐비콘의 전도사 자임
우선 기본 테스트로 한쪽 면을 모두 쌓아 출력해 보니 오차없이 반듯하게 올라가는 것을 보고 출력 설정값인 프로파일을 잘 조합해서 정밀도를 높일 수 있었다. 다른 방식과는 차원이 다른 정밀도가 구현됐다.
재료 수축 보상과 장비의 정확도를 높여가면서 이를 객관적으로 평가해보고 싶어 몇 년 전에는 3D 프린팅 종합 콘테스트에 참여한 적도 있다. 당시 2백만 원이 채 안 된 큐비콘이 FDM 방식의 대표주자로 참가해서 1억 5천만 원 이상되는 고가의 3D 프린터들을 뛰어넘는 정확도를 보여 주목받았다.
가성비, 정밀도, 간편성 3박자의 3D프린터
큐비콘의 치과용 FDM 방식 3D 프린터(A15D)는 우선 장비와 재료비가 상대적으로 저렴하다. 가격대는 200만 원대 중반으로 어떤 방식보다 경제성을 자랑한다. 그리고 정밀하다. 디지털 투명교정은 3D 프린터의 정확도에 따라 치아의 세밀한 움직임이 큰 영향을 받으므로 제작 모델의 정확도가 중요하다. 큐비콘 프린터(A15D)는 정확도가 높아 투명교정을 좀 더 쉽게 만들 수 있다. 특히 중요한 치아 사이의 정밀도는 여타 프린터가 따라 오지 못할 정도이다. 일반적인 FDM 프린터보다 출력 품질과 정확도가 훨씬 앞선다는 광중합형 레진 프린터조차도 200㎛을 넘는 경우가 대부분이다. 이런 큰 오차에도 임상에서 사용가능한 이유는 마치 우리가 작은 신발은 신지 못해도 큰 신발은 신을 수 있는 원리와 같다. 이에 비해 큐비콘 FDM 프린터는 정확도 100㎛ 이내로 출력함으로써 더 잘 맞는 신발을 신게 해준다.
치과용 큐비콘 프린터의 출력물은 광중합형 레진 프린터로 출력한 모형으로 오해할 만큼 매끈하다. 높은 출력 품질에도 불구하고 광중합형 레진 프린터처럼 후처리가 따로 필요하지 않아 간편하다. 특히 출력 프로그램은 치과에서 주로 사용하는 재료와 모형 종류에 맞게 수백 가지의 설정이 미리 되어있어 한번의 클릭만으로 손쉽게 출력할 수 있다. 사용자를 위해 큐비콘에서 꾸준히 업데이트하므로 출력 품질 개선과 다양한 재료들도 추가될 수 있다. 혼자 문제에 부딪히면 힘들지만 옆에서 해결해가는 과정을 서로 대화하며 해결법을 찾고 케이스별로 저장해서 바로 올리다 보니 디지털에 익숙하지 않은 분도 특별한 노력과 어려움 없이 쉽게 접근할 수 있다.
3D 프린팅 유저들이 궁금해하는 것
최근 3D 프린팅을 사용하는 유저들이 가장 많이 하는 질문은 정확도, 출력 속도 그리고 사용가능한 인허가 재료 문제들이다.
출력물은 기존의 석고 모형에는 아직 못 미치지만 수십 마이크론 이내로 근접할 만큼 정확도는 높다. 3D 프린터 중에서는 탑 클래스일 것이다. 그리고 또 다른 문제는 출력 속도 문제다. 선으로 출력하는 FDM 방식 특성상 면으로 출력하는 일부 광중합형 레진 프린터에 비해 출력 속도는 많이 떨어진다. 보통 악당 2시간 정도 소요되는데, 대량으로 출력할 일이 없는 치과에서는 이 정도 속도로도 충분히 지지고 볶고 할 수 있다.
FDM 방식으로 출력할 수 있는 구강내 소재들이 식약처 인증 과정이 진행중이어서 현재는 주로 각종 장치나 보철을 위한 베이스 모형과 투명교정 장치를 위한 모델 제작이 중심이다. 임시 보철물 같은 경우는 3D 프린팅으로 인덱스를 출력해서 기존 재료를 충전하는 절충형으로 사용 가능하다. 인허가가 완료되면 FDM 방식으로도 서지칼 가이드, 덴쳐 등 치과에서 필요한 3D 프린트 출력물들을 훌륭하게 제작할 수 있을 것으로 기대된다.
한 가지 고려할 점은 FDM 방식의 경우 투명한 재료라 할지라도 출력물에 공기 중의 미세한 기포가 함입되어 약간 뿌옇게 출력된다. 높은 투명도가 요구되는 경우는 액상의 레진 프린터가 유리하다. 이러한 투명성, 출력 속도나 재료의 인허가 문제를 제외하면 큐비콘의 치과용 FDM 프린터는 정확도, 편리성, 경제성 등 많은 면에서 장점을 가지고 있다. 특히 3D프린터를 새로 시작하거나 교정치료를 하고자 하는 원장님에게는 첫 번째 고려사항이 될 수 있다.
