종이와 같은 평면에 인쇄하는 것이 아닌 `3차원 인쇄'가 가능한 세상이다. 바로 `3D 프린터'를 이용해 3차원 물체를 찍어내는 입체방식의 제조 기술로, 장난감을 비롯해 주방용품, 심지어 의료기기까지 `인쇄'가 가능해졌다.
차세대 기술로 주목받고 있는 3D 프린팅 기술로 소형 가전제품부터 보청기, 인공치아 모형 제작, 인공 턱뼈 제작 등이 가능해져 임상 의료분야에서도 그 활용도가 높아지고 있다. 3D 프린터가 설계도를 읽어내면서 입체적이고 정교한 의료기기 제작과 관련한 시장 또한 그 성장 가능성과 잠재력이 점점 커지고 있는 추세다.
그렇다면 3차원 프린터는 어떻게 물건을 인쇄하는 것일까.
3D 프린터의 겉모습은 일반적인 프린터와 비슷하지만, 무언가를 만들기 위해 전원을 켜면 3D 출력용 원재료(플라스틱 액체, 파우더 등)의 노즐이 움직이게 된다.
그리고 X, Y, Z의 축을 기준으로 정교하게 움직이며 물건을 제작·가공하여 제품을 생산하게 되는 것. 이렇게 3차원 설계도를 바탕으로 플라스틱 가루나 금속성분, 고분자 복합 소재 등을 이용해 입체적인 조형물을 만들어내는, 말그대로 `새로운 차원'의 프린터인 것이다.
3D 설계도에 따라 단면을 만들고, 종이보다 얇은 0.01∼0.08mm 굵기의 층을 1만 개 이상 겹으로 쌓아 조형물을 구성하는 3차원 프린터는, 기존에 이용되어 왔던 자동차, 항공 우주, 가전제품뿐만 아니라 이식용 기구, 보조기, 인공관절 등의 의료분야에서도 다양하게 사용되고 있다.
이와 같은 혁신적인 기술에 대해 미국 오바마 대통령은 “3D프린터 산업은 우리가 만드는 거의 모든 제조방법에 혁명을 가져올 것”이라고 언급한 바 있다.
간단한 주방용 식기나 핸드폰 케이스처럼 일상적인 물건부터 사람의 세포와 조직을 재료로 귀, 피부, 뼈, 혈관 등의 인체 조직까지 재생 가능한 3D 프린터 기술은, 그것의 악용과 관련한 윤리적인 우려에도 불구하고 차세대 신성장 동력으로 개발 속도가 빨라지고 있다.
3차원 제품을 만들어내는 이 3D 프린터에 들어가는 재료는 주로 파우더나 액체 그리고 실을 녹여내는 것이며, 그것을 한층씩 쌓아 올려 입체적인 형태의 물건을 생산해내게 된다.
임플란트 등 인공 치아의 경우를 생각하면 쉽다. 사람의 손으로 제작할 경우 수일을 소요하게 되는 인공 턱, 관절 같은 것도 3D 프린터를 이용하면 단 몇 시간 만에 완성된다. 관련 종사자들과 의료계의 전반적인 분야에, 긍정적이든 부정적이든 영향을 미치지 않을 수가 없는 기술인 것이다.
제작 후 2차, 3차 재가공이 필수적일 수밖에 없었던 인공 치아 제작 과정과 시간이 믿을 수 없을 정도로 단축된 것. 설계도에 따라 그것을 환자 맞춤형으로 정밀하게 구현해내는 3차원 프린터를 사용, 입체 프린팅 기술과 3D 구강 스캐닝의 결합을 통해 이용자의 실제 치아와 가장 유사한 타입의 결과물을 빠른 시간 안에 손에 넣을 수 있게 된 것이다. 더불어 인공 뼈와 관절 등을 제작하는 기술 역시 얼마 지나지 않아 상용화 될 전망이다.
3차원 설계도와 플라스틱·고분자 소재로 입체 조형물 제작
맞춤형 보청기 등 상용화·내시경 수술기구 임상 적용 성공
이처럼 의료분야의 혁명이라고까지 불리는 3차원 프린터는, 특히 보청기 제작에도 많이 이용되고 있다.
3D 스캐너로 보청기 사용자의 귀 모양을 오차 없이 판독해 그것을 `인쇄'하면, 언제든 맞춤형 보청기가 단시간에 생산되는 것이다.
보청기 사용자들이 좀 더 정교하고 정확한 생산품을 이용할 수 있게 되는 장점이 있다.
우리나라 의료계에서의 3차원 프린팅 기술 활용도 주목할 만하다. 조주영 순천향대학교 서울병원 소화기병센터 교수팀(차상우, 조준형, 김미영, 이태승)은 3D 프린터로 만든 내시경 수술기구를 실제 임상에 적용하는데 성공했다. 외과팀(김용진, 박지연)과 함께 57세 여자 환자의 위점막하종양을 하이브리드노츠(hybrid NOTES) 치료법으로 제거한 것이다.
조 교수팀은 의료기기 개발회사와의 공동 연구·개발을 통해 3D 프린터를 이용, 다양한 크기와 모양, 기능을 갖춘 `내시경 캡'을 제작했으며, 이를 통해 부속기구 제작 시 금형 제작 등으로 초기비용과 시간이 많이 소요되었던 단점도 쉽게 해결했다.
내시경 끝에 끼워서 시야 확보와 시술을 돕는 내시경 캡은 환자의 병변이나 위치에 따라 크기와 모양이 다른 것을 사용하는 것이 좋은데, 현재까지는 획일적인 모델만 생산해왔던 상황. 하지만 기존 제품의 시야가 좁아지는 단점과, 식도병변이나 병변 위치에 따라 접근이 원활하지 못한 단점 등을 보완한 다양한 종류와 기능을 갖춘 캡을 3차원 프린터를 이용해 제작할 수 있게 되면서, 특히 기존의 내시경 캡을 사용할 경우 접근이 쉽지 않았던 문제점들을 해결했다. 3D 프린터를 이용해 양 옆을 절개한 캡을 만들어 사용한 것이다.
이와 관련 조주영 교수는 “3D 프린터를 이용해 인체구조와 병변에 따른 기구를 맞춤 제작해 시술과 치료에 적용한다면 더 좋은 성과를 얻을 수 있을 것”이라며 “향후 협착부위에 삽입하는 스텐트나 다른 장치에도 응용할 수 있을 것으로 생각한다”고 말했다.
또한 서울성모병원 성형외과 이종원 교수는 3D 프린팅 기술을 이용해 희귀안면기형 환자 코뼈지지대에 활용한 바 있으며, 삼성서울병원 이비인후과 백정환 교수는 부비동암 환자에 3D 프린터를 이용해 수술 후 부작용 중 하나인 얼굴, 눈 함몰 가능성을 최소화시키는 성과를 내기도 했다.
김지윤 기자
