ETRI 웹진 Vol.203, Preview 의료분야와 3D프린팅 기술의 결합 www.etri.re.kr
의료 분야와 3D 프린팅 기술의 결합 3D 프린터는 절삭, 조립 등의 방법이 아닌 적층 가공법(Additive Manufacturing)을 활용해 3차원 물체를 제조하는 장치다.최근 3D 프린팅 기술은 전자기기, 자동차, 항공, 건축, 의료기기, 산업기기 등 전 산업 분야에서 활발하게 적용되고 있다.
의료 분야와 3D 프린팅 기술의 결합 3D 프린터는 절삭, 조립 등의 방법이 아닌 적층 가공법(Additive Manufacturing)을 활용해 3차원 물체를 제조하는 장치다.최근 3D 프린팅 기술은 전자기기, 자동차, 항공, 건축, 의료기기, 산업기기 등 전 산업 분야에서 활발하게 적용되고 있다.
인기글
의료 분야에서 3D프린팅 최근의 인구 고령화 경향이 늘고 건강에 대한 인식과 관심이 높아지면서 의료 기기 산업의 수요가 늘고 있다. 특히 의료 기기 산업은 제4차 산업의 발달로 전반적인 생산 구조가 변화하고 있는 시점에서 의료 기기는 물론 적층 제조 분야와 관련된 의료 산업이 주목된다.3D프린팅 기술은 다품종 소량 생산이 가능하고 환자 맞춤형 제작에 적합하기 때문에 의료 분야에서 활용성이 매우 크다. 3D프린터의 FDM(Fused Deposition Modeling)기술은 열 가소성 생체 적합 고분자를 이용한 의료용 지지 단체의 직접 제작이 가능하고 생체 의공학 분야에서 본격적으로 활용되기 시작했다.의료 3D프린팅은 의료 기기 산업의 특징인 소형이면서 고가, 고도의 맞춤화 공정 납기·재고 관리 단축의 효율성 부상 등의 의료 산업 제조 혁신이 가능하다는 장점이 있다. 또 기존의 의료 기기 제조 공정을 3D프린팅 제조 기술을 향상시키고 개선을 통해서 기존 기술로 설계가 불가능한 의료 기기와 관련 기기 제작이 가능하다.
의료 분야에서의 3D 프린팅 최근 인구 고령화 추세가 늘어나고 건강에 대한 인식과 관심이 높아지면서 의료기기 산업에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히 의료기기 산업은 4차 산업의 발달에 따라 전반적인 생산구조가 변화하고 있는 시점에서 의료기기는 물론 적층 제조 분야와 관련된 의료산업이 주목받고 있다.3D 프린팅 기술은 다품종 소량 생산이 가능하고 환자 맞춤형 제작에 적합해 의료 분야에서의 활용성이 매우 크다. 3D프린터 FDM(Fused Deposition Modeling) 기술은 열가소성 생체적합 고분자를 이용한 의료용 지지체 직접 제작이 가능해지면서 생체의공학 분야에서 본격 활용되기 시작했다.의료 3D 프린팅은 의료기기 산업의 특징인 소형이면서도 고가, 고도의 맞춤화, 공정납기·재고관리 단축 효율성 부각 등 의료산업 제조 혁신이 가능하다는 장점이 있다. 또한 기존 의료기기 제조공정을 3D 프린팅 제조기술로 향상시키고 개선을 통해 기존 기술로 설계가 불가능한 의료기기와 관련 기기 제작이 가능하다.
의료 3D프린팅의 활용 의료 기기, 바이오 분야의 3D프린팅 적응 때문에 가장 중요한 부분은 인체에 적용 가능하며, 3D프린팅으로 제조 가능한 의료용 소재이다. 의료용 소재는 의료 삽입물과 조직 지지 단체, 세포가 포함된 조직 지지 단체 등으로 분류할 수 있다. 의료용 소재는 의료 기기는 아니지만 3D프린팅 제작을 통해서 최종 결과물이 의료 기기에 포함될 가능성이 있어 소재에 대한 안전성을 파악해야 한다.임플란트, 보철 개념으로 3D프린팅 적용이 가장 기대되는 시장은 의료 삽입물이다. 의료 삽입물은 기계적 강도를 요구하는 뼈 이식재, 뼈 지지체, 인공 관절, 치과 보철물 등에 활용되고 있다. 특히 치과용 보철물 같은 기공물은 이미 치과에서 사용된 이 3D스캐닝 기술과 연동하고 환자 맞춤형 치아 보철물 제조 과정의 단축과 치료 만족도 향상에 기대되고 있지만 소재 한계와 제작물의 정도 보완이 요구된다.정형 외과 신경 외과 성형 외과 등에 활용되는 골절 합판, 골 지체, 인공 관절 등은 CT, MRI 같은 영상 진단 장치의 이미지를 3D로 변환한 뒤 맞춤형으로 설계하고 적용하고 있다. 이 때문에 기계적·생물학적 안전성 보안을 위한 연구가 지속적으로 추진되고 있다.의료 3D프린팅 활용 의료기기, 바이오 분야 3D프린팅 적용을 위해 가장 중요한 부분은 인체에 적용 가능하며 3D프린팅으로 제조 가능한 의료용 소재다. 의료용 소재는 의료 삽입물과 조직 지지체, 세포가 포함된 조직 지지체 등으로 분류할 수 있다. 의료용 소재는 의료기기가 아니지만 3D 프린팅 제작을 통해 최종 결과물이 의료기기에 포함될 수 있어 소재에 대한 안전성을 파악할 수 있어야 한다.임플란트, 보철 개념으로 3D 프린팅 적용이 가장 기대되는 시장은 의료삽입물이다. 의료삽입물은 기계적 강도를 요구하는 골이식재, 골지지체, 인공관절, 치과보철물 등에 활용되고 있다. 특히 치과용 보철물과 같은 기공물은 이미 치과에서 사용되고 있는 치아 3D 스캐닝 기술과 연동해 환자 맞춤형 치보철물 제조과정 단축과 치료 만족도 향상에 기대되고 있으나 소재 한계와 제작물의 정확도 보완이 요구되고 있다.정형외과, 신경외과, 정형외과 등에 활용되는 골절합판, 골지체, 인공관절 등은 CT, MRI와 같은 영상진단장치 이미지를 3D로 변환한 뒤 맞춤형으로 설계해 적용하고 있다. 이를 위해 기계적·생물학적 안전성 보완을 위한 연구가 지속적으로 추진되고 있다.의료 3D프린팅의 미래 국내외 의료 기기 3D프린팅 응용 분야는 크게 부착형 의료 기기, 삽입형 의료 기기, 바이오 분야 교육용으로 구분할 수 있다. 부착형 의료 기기는 보청기, 부목 분야가 대표적인 의료 기기로 의수, 의족, 의치 등에도 활용되고 있다. 삽입형 의료 기기는 인공 관절 분야, 골절 합용 판자, 두개골 성형 재료, 인공 얼굴 아래 턱 뼈 허리체 유합 보형 자재 등의 제작에 쓰이고 있다. 바이오 분야에서는 조직·장기를 생체 적합 소재로 직접 3D프린팅 기술이 많이 연구되고 있으며, 의료 기기에 해당하는 의료 분야 종사자 교육에 응용되고 있다.전 세계 3D프린팅 시장은 2018년 99억달러에서 연평균 23.2%성장하고 2024년에는 348억달러에 이를 것으로 예상된다. 바이오 센서 및 의료 분야를 포함한 헬스 케어 3D프린팅 시장은 2017년에 5.8억달러의 시장 규모를 달성하고 2018년부터 연평균 21.2%성장하는 2024년에는 22억달러에 이를 것으로 예상된다. 그 중에서 의료 분야가 가장 큰 비율로 성장할 것으로 예측되고 있다.의료 3D프린팅은 이미 해외에는 활발하게 적용되고 있으며 의료 대기업이 시장에 진출할 만큼 나날이 급변하고 있다. 국내도 금속 3D프린터 장비가 국산화했고, 약 300회 이상 양산 수술이 시행되었다. 한국에도 의료 3D프린팅이 급속히 확산할 수 있도록 국내 기업의 활발한 기술 개발을 기대한다.의료 3D프린팅의 미래 국내외 의료기기 3D프린팅 응용 분야는 크게 부착형 의료기기, 삽입형 의료기기, 바이오 분야, 교육용으로 구분할 수 있다. 부착형 의료기기는 보청기, 부목 분야가 대표적인 의료기기로 의수, 의족, 틀니 등에도 활용되고 있다. 삽입형 의료기기로는 인공관절 분야, 골절 합용판, 두개골 성형 재료, 인공 안면 하악골, 추간체 유합 보형재 등의 제작에 사용되고 있다. 바이오 분야에서는 조직·장기를 생체적합소재로 직접 3D프린팅하는 기술이 많이 연구되고 있으며 의료기기에 해당하는 의료분야 종사자 교육에도 응용되고 있다.전 세계 3D프린팅 시장은 2018년 99억달러에서 연평균 23.2% 성장해 2024년에는 348억달러에 달할 것으로 예상된다. 바이오센서 및 의료분야를 포함한 헬스케어 3D프린팅 시장은 2017년 5.8억달러의 시장규모를 달성했고 2018년부터 연평균 21.2% 성장해 2024년에는 22억달러에 달할 것으로 예상된다. 그 중 의료 분야가 가장 큰 비중으로 성장할 것으로 예측되고 있다.의료 3D 프린팅은 이미 해외에는 활발하게 적용되고 있고 의료 대기업이 시장에 진출할수록 나날이 급변하고 있다. 국내도 금속 3D프린터 장비가 국산화되면서 약 300회 이상 양산 수술이 시행됐다. 우리나라에도 의료 3D 프린팅이 빠르게 확산될 수 있도록 국내 기업들의 활발한 기술 개발을 기대해본다.