전문 기술적 지원 및 정보제공의 부재는 치과 임상에서의 활용이 원활하지 못했던 가장 큰 원인이기도 하다. 이런 이유에서 치과의사와 치과기공사의 관점에서 본다면 임상에서의 활용이 절실히 필요하게 되었다. 과거 덴탈 분야에서의 3D Printer의 도입과 활용은 이미 오래 전 진행되었고 최근에는 Intra oral Scanning Process의 보편화로 Digital Dentistry의 중요한 부분으로 자리잡고 있다. 아울러 그 활용 범위 또한 점차 확대되고 있어 임시치아나 모델 등의 기본적인 보철물 또는 보철물 제작을 위한 프린팅 결과물은 물론 구강내 바로 적용할 수 있는 Permanent 보철물의 확대로 그 양상과 관심이 더욱 높아지고 있다. 
이번 3D Printing Total Solution 연재를 통해 ‘우리 기공소 3D Printer 쉽게 활용하기’라는 목표를 가지고 전문적인 정보와 기술력 그리고 임상에서의 도입과 활용을 위한 방법 및 정보공유의 기회를 갖고자 한다. 
김민경 기자 zero@dentalzero.com

이번 편은 Surgical Guide, Splint, Aligner에 대해서 알아보기로 하겠다. 임플란트 및 교정부분에서 많은 관심을 받고 활용하는 분야가 있다. 초창기 소개된 Printing 재료에 비해 재료의 물성이 좋아지고 사용상의 편의성 향상과 더불어 활용도 및 관련 정보들도 많이 접할 수 있게 되었다.
다른 분야와 마찬가지로 Printed Part의 구강내 적합도는 물론 투명도와 해당 Printing 재료 물성의 특성을 동시에 구현해야 하는 분야로 3D Printer에서 이러한 특성을 살리기 위한 방법들에 대해서 살펴보기로 하겠다.

1. Surgical Guide
Surgical Guide는 임상에서 임플란트 시술시 정확성을 높이고 안정적이 Fixture 식립 진행을 돕는데 큰 역할을 하고 있다. Surgical Guide는 수술을 보조해주는 기구로 이제는 매우 간단한 Single Implant Case에서도 환자의 구강내 상태에 맞는 Fixture를 안정적으로 위치시키는데 중요한 보조장치이다. 그만큼 술자에게 중요한 보조 장치이며, 사전에 계획했던 위치에서 크게 벗어나지 않은 채로 안정적인 식립을 진행할 수 있게 해준다. 이런 면에서 본다면 Single Case나 Full Mouth Rehabilitation Case처럼 Implant의 정확한 식립이 필요한 경우에 Surgical Guide는 그 중요성을 더한다는데 의미가 있다. 

 

Surgical Guide 제작과정 
1. 3D CT촬영 및 구강스캔 
2. 식립 계획 및 모의수술
3. 환자 맞춤형 가이드 제작 (3D 프린팅)
4. 임플란트 수술 및 식립

임플란트 스튜디오와 같은 Surgical Guide 제작을 위한 프로그램에서 환자의 스캔 모델과 CT데이터를 정합 시키는 단계는 매우 중요한 부분이다. Merging의 정확도에 따라 가이드의 성패 즉, 발생될 수 있는 오차를 줄일 수 있기 때문이다. 
다음으로는 3D프린팅으로 제작된 Surgical Guide의 정확도이다. Implant Planning 단계에서 설정한 임플란트 Fixture 종류와 환자에게 맞는 Size & Guide 장착용 Sleeve, 가이드의 두께, Off-set 유지량 등을 설정하게 된다. 설정된 값 그대로 3D프린팅 하여 완성도 높은 가이드를 제작하기 위해서는 Dental 3D Printer에서 다음 단계를 지켜야 정확한 완성물을 출력해 낼 수 있다.
4월 연제에서 중요하게 언급했던 Orientation 즉, 제작방향이 Surgical Guide를 성공적으로 출력해내는 첫번째 Check Point 이다.
Surgical Guide 출력(제작)방향은 경우 Implant Fixture 식료 방향과 크게 다르지 않거나 거의 동일하다. 보통 Fixture 식립방향 설정은 치아의 위치 기준이 아닌 환자의 Bone 상태 및 기타 치주과적인 데이터의 분석 그리고 최종 보철물까지 고려한 위치가 중요한 드릴링 홀의 선택 기준으로  방향을 정하게 된다. 물론 환자마다의 구강내 상태에 따라 차이는 있지만 Standard한 기준으로만 이야기하면 디자인된 Surgical Guide STL파일의 드릴링 방향의 90도에 가깝게 출력방향을 설정해 주는 것이 가장 이상적이다. 왜냐하면, 안정적인 출력물의 방향을 기준으로 Sleeve의 장착이 더 견고해지기 때문이다.

2. Splint
Splint는 일반적으로 Surgical Guide와 같은 투명 소재를 이용해서 환자의 교합 및 상/하악 관계 특히, TMJ 부분에 교합 및 안정, 개선 등 치료를 위해 제작하게 된다. 역시 잔존치아가 있는 상태에서 제작해야 하는 장치물이므로 주 유지를 치아에서 얻게 된다. 따라서 기존 아날로그 방식의 제작방법이 아닌 Digital Manufacturing을 기본으로 하는 제작방법이라면 투명 소재를 이용해 3D Printer를 이용한 Printing Solution의 활용이 보편적인 방법이며 실제 최근 임상에서 가장 많이 사용하는 방법 중 하나이다. 출력물의 Thickness가 일정 두께 이상으로 확보된다는 점에서 Surgical Guide의 가장 두꺼운 부분보다 얇은 곳도 있지만 교합관계 개선 및 TMJ의 안정을 위한 Splint를 출력하는 경우에도 구강내 안정적인 Retention 확보가 매우 중요하다. 3D Printed Part의 체적 안정성을 바탕으로 환자의 구강 안에서 Stable Fitting을 통해 Over fit 또는 Under fit이 되지 않는 결과물이 술자가 원하는 장치물의 목적을 이룰 수 있는 기본이 된다. 

3D프린팅을 활용한 Splint 제작과정 

 

 Dental 3D Printer 출력물로 알아보는 Splint(스플린트) 
Splint(스플린트), Aligner(얼라이너) 그리고 Surgical Guide(서지컬 가이드) 모두 Printing 재료의 한가지 공통점은 바로 재료가 투명소재라는 것이다. 자외선 빛을 이용한 3D프린터의 방식이라면 투명 소재는 꼭 제작 시 주의해야 하는 과정이 있다. 바로 디자인 파일의 배열이다. 여기서 말하는 배열은 3D프린터 제작을 위해서 Build Platform영역 내에 배치하는 것을 말한다. 
과연 ‘이 배열이 왜 중요할 것인가?’ 하는 의문이 생길 수 있다. 바로 자외선을 이용한 3D 프린팅 방식이기 때문이다. 자외선을 이용하는 프린팅 방식의 경우 빛의 방향과 직진성 그리고 산란의 효과에 의해 정확한 출력물의 결과가 나오게 된다. 

 

Build platform에 조밀한 공간에 레진이 축적되어 자외선에 경화되면 Part간 출력물이 붙어 나올 수 있거나, 찌꺼기와 같은 노이즈 경화가 일어날 수 있기 때문이다. 아울러 3D Printer의 경우 Build platform의 사이즈(면적)가 다소 여유가 필요한 이유이기도 하다. 너무 좁은 면적의 Build platform의 경우 배치를 쉽게 할 수 없으며 특히, 투명소재를 출력하는 경우에 충분한 광중합이 어렵거나, Build platform에 균일한 광량이 조사되지 않는 방식의 Printer인 경우 광량의 불균일성으로 결과물의 퀄리티가 출력할 때마다 달라지는 원인으로 작용하게 된다. 이런 부분이 실제 임상에서 안정적인 출력물의 결과는 물론, 실제 환자의 구강안에서 Retention의 상태가 달라져 투명 소재로 출력하는 3D Printer 출력물의 안정성에 영향을 주게 된다. 따라서 Support를 지지해 줄 때에도 정상적으로 Printed Part가 출력되는 전제하에 서포트 밀도가 높지 않게 배치 및 출력을 하는 조건 설정이 매우 중요하다.  
또한, 투명 소재의 경우 3D Printer로 출력할 때 기포가 발생하는 경우가 가끔 발생한다. 출력물 내/외면 기포의 경우 출력물의 후경화 과정에서 대부분은 없어지지만, 몇 가지 과정에 주의하여 출력 Process를 확인하고 제작하면 기포 없이 깨끗한 상태로 제작할 수 있다. 
준비하는 과정에서 레진을 VAT(수조)에 넣을 때 기포가 생겼다면, 기포가 사라질 때까지 기다려 주는 것이 가장 좋다. 하지만, 시간에 쫓기는 치과 또는 치과기공소의 작업환경에서는 출력 전 대기시간이 전체 업무 시간에 영향을 줄 수 있기 때문에 Printing 소요시간 및 퇴근시간에 영향을 주고 술자의 제작환경에도 Delayed Working Time이 발생한다. 이런 경우, Printing Material에 영향을 주지 않는 범위에서 간단히 열풍기를 사용하여 기포를 제거하는 등의 여러가지 방법이 사용되고 있다. 

3. Clear Aligner
투명교정 장치는 정상적이지 않은 치열을 가지런하게 개선시켜 음식물 섭취 및 구강관리를 용이하고 더 나아가 상/하악골의 위치관계 및 교합의 부조화를 개선할 수 있는 치아교정장치이다. 
기존에 사용하던 옴니백 시스템을 이용한 Aligner 제작방식도 있지만 전 세계적인 Digital Dentistry의 흐름에 맞춰 여러 회사의 디지털 교정 프로그램을 이용해 제작하는 방식이 점차 보편화되고 있다. 아날로그 방식에서 디지털 기반의 제작방식으로 변화하는 시점에서 Direct Aligner Making(Printing) Process의 기반으로 3D Printing 소재를 이용하여 모델을 제작하지 않고 바로 얼라이너를 제작하는 방식으로 그 제작 방식이 간단해지고 있으며 결과물의 정밀도 및 술자/환자의 만족도도 높아지고 있다. 
따라서 투명소재를 이용한 3D Printing Process에서 술자가 신경 써야 할 부분에 대해 설명하고자 한다. 
위에 언급한 내용과 같이 투명소재는 출력된 파트의 기능적인 부분이 최우선 이겠지만 그에 못지않게 중요시되는 부분이 바로 투명성 유지이다. 3D Printer로 출력을 했지만, 투명성이 부족하거나 표면의 퀄리티가 좋지 못해 실제 임상에서의 사용상에 어려움을 겪게 되는 경우의 이야기를 종종 듣는다. 투명한 소재를 사용하는 가장 중요한 목적이 Surgical Guide에서는 술자의 시술 (펀칭이나 Incision, Implant Fixture 식립 및 봉합 등의 전체과정)시 Surgical Guide가 구강내 정확히 장착되었는지를 확인하기 위한 목적 외에도 시술 과정에서의 다양한 편의성을 위한 목적이 크다고 볼 수 있다. 
Clear Aligner의 경우는 투명한 소재를 이용해서 교정력을 발휘하기 위한 정확한 장착으로 Retention의 증가와 교정중인 과정에서 노출을 최소로 하기위한 심미적인 목적도 중요한 부분으로 작용한다. 
출력물의 투명성에 있어 완성도를 더욱 높이게 하는 방법의 시작은 바로 세척이다. 세척은 보통 알코올이나 IPA를 이용하는 것이 대부분이다. IPA는 순도가 99%이기 때문에 큰 문제가 되지 않지만 냄새가 심하다는 단점이 있기 때문에 에탄올을 사용하는 경우가 많다. 비교적 가격이 저렴한 에탄올을 사용하는 경우 순도 75%를 사용하였을 때 세척력은 크게 떨어지는 양상을 보인다. 
정확한 세척 목적의 에탄올을 사용한다면 순도 95%이상을 사용하는 것을 권장한다. 또한 자동세척기를 이용하거나 초음파 세척기를 사용한다면 세척 시간은 2분 미만으로 해주는 것이 보철물의 변형을 방지하는데 유리하다.
세척이 모두 끝난 후, 에탄올이 Printed Part의 표면에 그대로 남게 된다. 이 상태 그대로 경화기에 넣어 그대로 경화한다면, 출력물의 표면 및 내면 Crack(크랙)으로 이어지는 주요 원인이 된다. 세척이 끝난 출력물은 필히 압축공기를 이용하여 완전히 건조하는 과정이 필요하다. 이 때 더 좋은 방법은 소형 선풍기를 이용하여 약 2분 이상 완전 건조하는 것을 권장한다. 

후경화 시간과 투명소재로 출력한 출력물의 관계를 설명하자면, 후경화 시간이 너무 짧은 경우, 다른 프린팅 소재처럼 충분히 물성이 발현되지 못하고 반대로 후경화 시간이 너무 길면 출력물의 투명도가 떨어지고 전체적으로 노란색으로 변하게 되는 경우가 생겨 후경화 과정에 주의해야 한다. 소재를 제공하는 곳에서 사용 매뉴얼을 지켜주는 것이 가장 바람직하다. 
투명 3D Printing 소재를 이용해 출력하는 대표적인 3가지 장치 또는 기공물에 대해 3D Printer의 기본적인 성능과 관련된 부분, 출력을 위한 장비의 Setting과 제작시 주의할 점 그리고 프린팅 소재에 대한 내용을 함께 살펴보았다. 
비단, 위에 살펴본 Surgical Guide, Splint, Aligner 등의 경우를 제외 하고라도 3D Printer 특히, Dental 3D Printer를 이용한 출력물의 사용은 앞으로 더욱 그 빈도와 사용 경우가 증가할 것으로 전망되고 있다. 장비와 재료를 사용하는데 정확한 정보를 가지고 임상에서 잘 활용하면 분명 좋은 결과를 임상에 쉽게 적용할 수 있을 것이다.