[246호] [SPECIAL REPORT] 2022년 3D 프린터 원년시대 개막하나?
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[246호] [SPECIAL REPORT] 2022년 3D 프린터 원년시대 개막하나?
  • 김영명 기자
  • 승인 2022.02.01 14:04
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다양한 출력방식, 유저 유형에 따른 선택 중요

치과에서의 ‘디지털 덴티스트리’는 3D 프린터와 덴탈 인더스트리의 융합속도가 빨라지며 3D 프린터는 ‘디지털 덴티스트리’에서 점차 중심축으로 자리잡아 가고 있다. 최근 국내·외의 수많은 덴탈 장비 제조사는 다양한 방식의 3D 프린터를 선보이고 있으며 이에 맞는 치과용 전용 레진의 선택 폭도 넓어졌다. 이번 달 덴포라인은 2022년의 3D 프린터 시장을 중심으로, 다음 호에서는 3D 프린팅 레진 소재를 중심으로 치과시장에서의 3D 프린팅 현황을 살펴본다.
 

국내 덴탈용 3D 프린터 시장은 한 편에서는 ‘가능성이 아직 펼쳐지지 않은 블루오션’으로 평가하기도 하고, 또 다른 한편에서는 ‘아직 미성숙된 레드오션’으로도 바라보고 있다. 그만큼 업계는 시장의 미래 성장과 변화에 큰 기대와 우려를 동시에 갖고 있는 것이다. 즉, 급격한 디지털화가 가져올 시장 상황 변화도 늘 염두에 두고 있다. 치과의 구강스캐너 보급과 디지털 워크플로에 연계된 시스템이 갖춰질수록 3D 프린팅 시대는 더 가까이 다가오고 있다.

전 세계 덴탈용 3D 프린팅 시장은 연평균 성장률(CAGR) 28.8%로 2020년 18억 달러에서 2025년 65억 달러에 이를 것으로 예상되고 있다. 덴탈용 3D 프린팅 의료기기 시장은 주로 우식 및 기타 치과질환의 높은 발병률, 심미치료에 대한 수요 증가, 대학병원과 개인 치과 내 디지털 덴티스트리의 확대로 인한 덴탈용 3D 프린터의 채택 증가와 같은 여러 요인에 의해 주도되고 있다.

미국의 주요 시장분석 조사기관인 Envision Inteligence의 리포트에 따르면 전 세계 치과용 3D 프린팅 시장 규모는 2019~2025년을 예측했을 때 연평균 성장률(CAGR)은 24.86%로 2025년 말까지 79억 8000만 달러에 이를 것으로 예상된다고 밝혔다. 이 같은 수치는 인구 고령화와 병·의원 내 덴탈용 3D 프린터의 채택 증가, 심미치과 진료를 포함한 각종 치과 질환의 높은 발병률 그리고 전 세계 개발도상국가들의 의료건강에 대한 관심과 소득 증가, 국가정책등 의료서비스 산업의 성장세와도 궤를 같이한다. 또한 디지털 덴티스트리의 첨병인 CAD/CAM의 임상 적용 확대와 구강스캐너 등 치과 내 연동 가능한 디지털 기술의 보급으로 덴탈 시장의 3D 프린팅에 대한 수요가 증가함에 따라 3D 프린팅 분야는 향후 치과계의 의료 기술을 선도하는 또 다른 주요 분야가 될 것으로 기대된다.
 

치과용 3D 프린터 시장 전망
전반적으로 2020년에는 아시아태평양 지역의 치과용 3D 프린터 시장은 전 지역의 치과 지출 감소로 인해 시장도 함께 축소했다. 하지만 이러한 감소는 일시적이며 시장은 2022년까지 정상적인 판매 대수 예측으로 돌아갈 것으로 예측하고 있다. 예측 기간의 나머지 기간에는 아시아태평양 지역의 치과용 3D 프린터 시장은 급격하게 성장할 것으로 예측되며, 치과의 디지털화는 더욱 더 확대되고 임상에 적용가능한 보다 다양한 소재들이 인허가를 받으며 수요가 증가할 것으로 예상된다. (그림1)
 

그림 1. 아시아태평양, 미국, 유럽의 덴탈용 3D 프린터 시장 성장 전망(Image: iData)
그림 1. 아시아태평양, 미국, 유럽의 덴탈용 3D 프린터 시장 성장 전망(Image: iData)

 

코로나 시대의 디지털 시장 변화
전 세계 치과 시장은 코로나 대유행으로 큰 영향을 받았으며 아시아 태평양도 예외는 아니다. 일차적으로 감염우려로 인한 내원 감소가 가장 큰 원인으로 CAD/CAM 장치 및 재료뿐만 아니라 치과보철 시장은 이 같은 영향을 받고 있으며 2022년은 서서히 완만한 회복세를 나타낼 것으로 예상된다. 치과보철의 전체 시장 가치는 내원과정 및 치료 절차의 선택적 특성과 많은 치과의 폐쇄로 이어지는 엄격한 규제로 인해 전년도에 비해 급격히 감소했다. 특히 가격 부담으로 프리미엄 시장이 가장 큰 영향을 받았다. 전체 시장은 2021년말에 회복된 이래 완만한 속도로 계속 성장세를 유지할 것으로 예상되고 있다. 

한편 2020년 국내 3D 프린팅 산업의 응용산업별 매출 비중을 살펴보면 중앙부처, 지자체, 학교, 연구기관 등이 포함된 공공기관의 매출이 29.7%로 가장 높게 나타난 가운데 자동차 15.2%, 의료/치과 12.8%, 기계 10.5%, 생활소비재 6.4% 순으로 나타났다.(그림 2)
 

그림 2. 2020년 국내 3D 프린팅 응용산업별 매출비중
그림 2. 2020년 국내 3D 프린팅 응용산업별 매출비중


3D 프린터의 선택 기준
덴탈용으로 선보인 3D 프린터의 출력방식은 DLP, SLA, FDM, SLS, LCD, PBF, Polyjet 등 다양하다. 처음 3D 프린터를 구매하려는 원장들이 가장 먼저 고민하는 것은 어떤 출력물을 제작할 것인가 그리고 그에 따른 예산이다. 즉, 사용 목적을 명확히 하고, 재료의 선택과 함께 그에 따른 출력방식의 제품을 선택하는 것이 중요하다.

DLP(Digital Light Processing) 방식은 광경화성 리퀴드 레진에 프로젝터를 이용해 면 단위로 빛을 쏘아 경화시키는 3D 프린터 방식이다. 면 단위의 경화방식으로 SLA 방식에 비해 출력 속도가 빠르지만, 파트가 커질수록 해상도가 떨어지면서 치수 정밀성의 한계성이 있다.

SLA(StereoLithography Apparatus) 방식은 자외선(UV) 스캐닝 레이저를 사용해 액체 포토폴리머 수지층을 순차적으로 경화시키는 방식이다. 최초의 3D 프린팅 기술이자 가장 많이 사용되고 있는 방식이기도 하다. 출력물의 강도가 우수하고 미세한 형상의 구현이 우수하다.

FDM(Fused Deposition Modeling) 방식은 길고 가는 실 형태의 열가소성 플라스틱을 녹여 적층하는 3D 프린팅 방식이다. 저렴하고 강도가 높은 장점이 있는 반면, 출력 품질과 출력 후 가공성이 떨어지는 단점도 있다.

SLS(Selective Laser Sintering) 방식은 분말형태의 소재에 레이저를 조사하고 선택적으로 용융, 적층하는 방식이다. 파우더 재료가 서포터 역할을 해 출력 형상에 제한이 없지만, 표면 조도가 낮다는 단점이 있다.

LCD 타입의 3D 프린터는 타 출력방식과 비교해 정밀도가 우수한 편이며 출력 속도도 매우 빠르다. 따라서 환자가 치과를 방문하는 횟수를 줄여 주고 불필요한 중간 스탭을 없애줘 술자의 편의성도 끌어올리며 원데이 보철 작업을 가능하게 한다.
 

치과 분야에서 사용되는 레진용 3D 프린팅 기술의 특성(※ 출처 : '3D Printing in Digital Prosthetic Dentistry: An Overview of Recent Developments in Additive Manufacturing', 2021.10)
치과 분야에서 사용되는 레진용 3D 프린팅 기술의 특성(※ 출처 : '3D Printing in Digital Prosthetic Dentistry: An Overview of Recent Developments in Additive Manufacturing', 2021.10)


폴리젯 방식인 스트라타시스 제품을 유통하는 최선규 메디코디 대표는 “보통 치과에서 생각하는 보급형 3D 프린터는 1천만원 미만을 보급형이라고 하지만 스트라타시스 제품은 5천만원대가 제일 엔트리 모델이다”라며 “폴리젯 방식은 출력 속도가 빠르고 정밀도가 높아 3D 프린터를 활용해 전문적인 비즈니스를 하거나 대량생산을 필요로 하는 분들에게 적합하다”라고 이야기했다.

레이의 레이덴트 제품을 4년 넘게 사용하고 있는 전인성 서울H치과 원장은 “3D 프린터가 치과에 더욱 확산되기 위해서는 러닝 커브가 짧은 게 중요하다”라며 “3D 프린터의 소프트웨어와 3D 프린터 본체, 3D 프린터에 사용되는 액체 레진의 삼박자가 잘 맞아야 제대로 사용할 수 있다”고 강조했다. 전인성 원장은 “치과의사를 힘들게 하는 3D 프린터는 전혀 의미 없다”고 말하며 “디지털이라는 건 모든 사람의 레벨을 비슷하게 만들어주는 장점이 있기 때문에 퇴근할 때 퇴근하고 3D 프린터 사용은 간편하게 사용이 가능한 제품을 찾는 것이 중요하다”고도 덧붙였다. 


3D 프린터, 알아야 보인다
3D 프린터의 사용과정은 크게 스캔-디자인-프린팅의 3단계로 나눌 수 있다. 임상 현장에서 원하는 출력물 가공과 사용 시 불편함이 없으려면 구강 스캔과 보철물 디자인, 치과용 수복재료 가공 등 각각의 단계에서 매뉴얼대로 정확하게 사용하는 중요하다. 각 단계에서 오차나 오류의 가능성을 최소화해야 최종 단계에서 원하는 정확한 결과물을 얻을 수 있기 때문이다.

다양한 3D 프린터 중 원내에서 사용하고자 하는 목적에 맞는 최적의 방식을 선택하고 쉽고 빠르게 사용할 수 있는 제품을 선택하는 것이 중요하다. 소프트웨어의 사용이 어렵고 복잡하거나, 소재를 관리하기 힘들고, 제품의 사용이 어렵다면 꺼리게 된다. 

아울러 3D 프린터를 사용하기 위해서는 교육과 훈련이 중요하다. 장비를 선택하는 것은 얼마만큼의 완성도 있는 결과물을 만들어내느냐가 관건이다. 첫 번째로 주로 출력하려는 소재가 어떤 종류인지를 파악하는 것이 중요하고, 향후에 다양한 소재를 사용할 수 있는 확장성도 꼼꼼하게 따지는 것도 필요하다. 두 번째는 소재와 소모품의 원활한 공급과 애프터서비스(A/S) 부분도 확인해야 한다. 제품 보증기간 항목도 꼼꼼하게 살펴보는 것이 제품을 구매한 이후 안정적으로 사용할 수 있는 중요한 요건 중 하나가 될 것이다.
 

그림 3. 가트너에서 발표한 3D 프린팅의 치과내 적용 기간
그림 3. 가트너에서 발표한 3D 프린팅의 치과내 적용 기간


DLP, LCD 타입 제품의 성장 가파르게 올라
3D 프린터는 다양한 방식의 가성비를 추구하는 제품들이 다수 출시되고 있으며 대부분 원내에서 사용 가능한 DLP와 LCD 제품들의 출시가 지속되고 있다. 이에 따라 치과의사들의 선택 폭이 넓어지고 있으며, 특히 다양한 재료를 적용할 수 있도록 재료에 따른 제품의 출시도 이어지고 있다.

치아모델 출력이 주요 목적이라면 DLP나 속도가 느린 SLA 방식을 선택할 필요는 없다. 모델을 대량으로 생산해야 하는 경우에는 Polyjet 방식의 제품을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.

원내에 3D 프린터를 두고 임시치아와 서지컬 가이드 등 다양한 보철물을 자주 출력한다면 DLP 혹은 LCD 제품 선택도 눈여겨볼만하다. DLP와 LCD 방식의 3D 프린터는 임시치아 및 서지컬 가이드 외에도 다양한 재료와의 호환이 가능해 원내에서 손쉽게 사용하기에 유리하다.

LCD 타입의 3D 프린터는 출력속도가 DLP, SLA 등 다른 출력방식과 다르게 매우 빠르다. 따라서 원내에서 작업하는 시간이 빨라 술자의 시술 시간도 줄어들고, 환자 측면에서도 치과에 내원하는 횟수를 줄여줘 인기를 끌고 있다.

최근 국내·외 많은 회사들이 덴탈 관련 장비와 소재를 출시하고 있다. 기존 장비의 치과용 레진을 개발해 내놓는 경우도 있고, 정밀도를 개선하는 등 덴탈에 특화시킨 장비들도 많이 출시되고 있다. 특히 레진(소재) 부분에서 다양한 레진이 출시되면서 유저의 선택의 폭이 점점 더 넓어지는 추세다. 

아울러 3D 프린팅 출력물의 경우, 후가공 공정에 따라 출력물의 완성도도 영향을 받게 된다. 따라서 출력 전·후의 공정과정에 대한 이해와 오류를 줄일 수 있는 정보를 숙지하는 것도 중요하다. 

특히, 3D 프린터로 제품을 출력하면 출력물이 올라가 있는 플레이트 위에서 곧바로 구강 내 삽입이 가능하게끔 추가 작업을 하는 것을 선호한다. 하지만 석고 모델에 레진을 바로 부은 다음 뽑아낼 때 석고 모델과 레진 출력물이 달라붙게 되고, 이를 분리하기 위해 시간과 노력이 추가로 소요된다. 

이와 같은 번거로움을 해결하기 위해 플레이트에 레진 분리제를 도포하는 방법도 선보였다. 레진 분리제를 사용하면 석고체와 출력물이 달라붙지 않아 시간이 절약되고 술자의 사용 편의성도 더욱 향상될 수 있다. 하지만 아직 레진 분리제가 유저들이 충분히 만족할 만큼 우수한 기능의 제품으로 출시되지는 못하고 있는 상황이다. 레진 분리제를 제대로 만들어낸다면 전반적인 덴탈 분야와 3D 프린터 시장과의 접목은 시너지 효과를 발휘해 더욱 디지털로의 전환이 빠를 것이다.
 

3D 프린터, 유저에 특성에 따른 서비스 차별화 필요
국내 3D 프린팅 시장은 지속적으로 성장하고 있다. 2020~21년 코로나로 인해 일시적인 축소가 있었지만, 큰 흐름 안에선 지속적인 성장세를 이어오고 있다. 3D 프린팅 기술은 다품종 및 소량 생산에 적합한 특징을 가지고 있기 때문에 개개인의 특성의 따라 차별화된 서비스가 요구되는 의료 분야에서의 역할이 더 중요해지고 있고 의료용 맞춤형 제품의 임상 효용성이 크게 부각 되면서 의료산업은 3D 프린팅 시장에서 빠르게 성장할 것으로 전망한다. 

2021년 9월 독일에서 열린 IDS 쾰른 치과기자재전시회(IDS 2021)에서 가장 주목받는 제품 라인은 디지털 분야 중에서도 3D 프린터와 프린터 소재였다. 또한 국내 대한디지털치의학회에서도 여러 차례 3D 프린터만을 주요 주제로 삼을 만큼 치과 시장에서 3D 프린터에 대한 관심도는 점점 더 가속화되고 있다. 

보철과 교정, 외과 영역에서도 활용도가 점점 높아지고 있으며, 디지털을 기반으로 술자가 치과 임상에 디지털을 더욱 적극적으로 접목하며 디자인하고, 그 결과물을 3D 프린팅으로 신속하게 출력한다면 가까운 미래애 임상 술식과정의 필수요소로 자리잡는 데는 무리가 없을 것이다.

학술논문 발행기관인 스위스 MDPI가 발행하는 <Journal of Clinical Medicine>에 따르면 미국의 IT 산업 리서치 업체인 가트너는 2014년에 <디지털 보철 치과의 3D 프린팅: 적층 제조의 최근 개발 개요>라는 보고서에서 3D 프린팅이 치과 원내에서 완전히 채택될 때까지는 10~15년이 걸릴 것으로 예측한 보고서를 내기도 했다. (출처 : <3D Printing in Digital Prosthetic Dentistry: An Overview of Recent Developments in Additive Manufacturing>, 2021.10) 

산업 전반에서 사용되고 있는 CAD/CAM과 3D 프린터는 이미 디지털 덴티스트리의 중심에 있고 계속 정교화, 고도화되고 있다. 절삭 가공기에 비해 적층 방식의 프린터는 언더컷이 없어 재료의 손실과 결과물 적합도 측면에서 절삭 가공기 보다 앞설 것으로 기대하고 지속적으로 치과 산업에 적용 및 개발될 것으로 예상한다. 

기공소-치과-환자 3자가 쉽고 빠르고 정확하게 데이터를 주고받아 얼마나 빠른 시간에 고객이 만족하는 결과물을 만들어 낼 것인가가 주요 화두가 될 것으로 보인다. 또한 3D 프린터 소프트웨어의 접근 및 사용 용이성, 출력물의 정확도 향상, 출력 후 처리과정 단순·간편화 등의 개선으로 전체 출력 시간을 단축하는 노력도 함께 이어져야 할 것이다. 

국내도 덴티스, 디오, 레이, 신원덴탈, 헵시바를 포함한 치과전문 기업 외에도 캐리마, 신도리코 등 산업 분야에서 진입한 전문 기업들이 다양한 치과의료 현장에서 필요한 새로운 기능을 구현할 수 있는 가성비 우수한 덴탈 전용 3D 프린터를 향한 기술과 소재 개발 역량을 강화하고 있다. 이 같은 재료의 업그레이드와 시너지 효과를 통해 향후에는 임시치아가 아닌 영구치(세라믹과 비슷한 재료)를 제작할 수 있는 재료의 개발도 머지않을 것이라는 희망 섞인 기대를 가져볼 수 있을 것이다. 



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