서론
최근 치과 분야는 디지털 기술의 발전과 함께 기존의 아날로그 방식에서 디지털 워크플로우(Digital Workflow) 중심으로 빠르게 전환되고 있다. 특히 구강스캐너(Intraoral Scanner)와 CAD/CAM 시스템의 보급으로 디지털 데이터를 활용한 보철물 제작이 보편화되었으며, 이를 실물로 재현하기 위한 치과용 3D 프린터의 활용도 지속적으로 증가하고 있다.

치과용 3D 프린터는 출력 방식에 따라 SLA, DLP, LCD 방식으로 구분되며, 이 중 LCD 방식은 높은 해상도와 빠른 출력 속도, 경제성을 바탕으로 치과기공소와 치과의료기관에서 활용이 확대되고 있다. 특히 작업모형 제작에 널리 사용되고 있으나, 출력 과정에서 발생하는 적층 오차와 레진의 중합 수축 등 다양한 요인으로 인해 치수 정확도에 영향을 받을 수 있다.

치과용 작업모형의 정확성은 최종 보철물의 적합도와 임상적 성공에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소이다. 따라서 LCD 방식 3D 프린터의 출력 정확도를 객관적으로 평가하고 임상적 활용 가능성을 검증하는 것은 매우 중요하다.

이에 본 연구에서는 LCD 방식 치과용 3D 프린터로 제작된 작업모형의 정확도를 평가하고, 기준 데이터와의 치수 편차를 분석하여 LCD 방식 3D 프린터의 임상적 활용 가능성을 확인하고자 한다.

 

재료 및 실험준비

1. 마스터 모델 제작
본 연구에서는 상악 치열모형을 기준 모델(master model)로 사용하였다. 마스터 모델을 제작하기 위해 상악 치열모형을 이용하여 실리콘으로 음형 몰드를 제작한 후, 타입 IV 경석고(Type IV dental stone)를 제조사의 권장 혼수비에 따라 혼합하여 실리콘 몰드에 주입하였다. 석고가 완전히 경화된 후 몰드에서 분리하여 최종 마스터 모델을 제작하였다.(Fig. 1)

 

 

2. 구강스캔 및 STL 데이터 획득
제작된 마스터 모델은 구강스캐너를 이용하여 총 10회 스캔하였으며, 각 스캔 데이터는 STL(Standard Tessellation Language) 형식으로 저장하였다. 이를 통해 총 10개의 STL 데이터를 획득하였다.

 

3. LCD 3D 프린터 출력 및 모델 스캔
획득한 STL 데이터는 치과용 CAD 소프트웨어를 이용하여 출력 가능한 모델 형태로 설계한 후, LCD 방식의 3D 프린터인 Phrozen Sonic Mighty 14K를 사용하여 각각 출력하였다(Fig. 2). 출력이 완료된 모델은 에탄올로 세척한 후 후경화(Post-curing)를 실시하였다. 

후경화가 완료된 10개의 출력 모델은 모델 스캐너를 이용하여 다시 스캔하였으며(Fig 3), 마스터 모델 또한 동일한 방법으로 스캔하였다(Fig. 4). 이를 통해 마스터 모델 1개와 출력 모델 10개를 포함한 총 11개의 STL 데이터를 획득하였다.

 

 

4.정확도 분석
획득한 모든 STL 데이터는 3차원 분석 소프트웨어를 이용하여 평가하였다. 마스터 모델의 스캔 데이터를 기준(reference)으로 설정하고, 각 출력 모델의 스캔 데이터를 중첩(superimposition)하여 편차를 분석하였다. 이를 통해 LCD 방식 3D 프린터로 제작된 모델의 정확도를 평가하였다.

 

결과
본 연구에서는 보급형 LCD 방식 3D 프린터를 이용하여 제작된 작업모형의 정확도를 평가하였다. 마스터 모델과 출력된 모델의 STL 데이터를 3차원 분석 소프트웨어를 이용하여 중첩(superimposition) 분석한 결과, 출력 모델은 전체적으로 기준 모델과 높은 일치도를 나타냈다. 

색상 편차(Color Map) 분석에서는 대부분의 표면이 허용 오차 범위에 해당하는 녹색으로 분포하였으며, 일부 부위에서만 미세한 양(+) 또는 음(-)의 편차가 관찰되었다. 이러한 결과는 보급형 LCD 방식 3D 프린터가 치과용 작업모형 제작에 요구되는 수준의 정확도를 재현할 수 있음을 보여준다. 또한 반복 제작된 모델 간에도 큰 차이가 나타나지 않아 일정 수준 이상의 재현성을 확보한 것으로 확인되었다.(Fig. 5)

 

 

결론
본 연구 결과, 보급형 LCD 방식 3D 프린터는 적절한 출력 조건과 장비 관리가 이루어진다면 치과용 작업모형 제작에 충분한 정확도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 프린터의 출력 정확도는 장비 자체의 성능뿐만 아니라 출력 방향(Build angle), 서포터의 위치와 굵기, 레이어 두께, 노출 시간 및 광량, 후경화 조건 등 다양한 출력 환경의 영향을 받는다. 따라서 제조사의 기본 설정만을 사용하기보다는 출력 환경에 맞는 조건을 최적화하는 과정이 필요하다.

또한 LCD 방식 3D 프린터는 사용 시간이 증가함에 따라 LCD 패널의 성능 저하, 광원의 출력 변화, 빌드 플레이트의 정렬 상태 등으로 인해 출력 정확도가 달라질 수 있다. 이러한 변화를 최소화하기 위해서는 정기적인 영점(Leveling) 점검과 장비의 유지·보수, 출력 조건의 재설정이 필요하다.

종합하면, 보급형 LCD 방식 3D 프린터는 체계적인 장비 관리와 적절한 출력 조건이 뒷받침될 경우 고가의 장비에 비해 부족하지 않은 수준의 정확도를 구현할 수 있으며, 치과용 작업모형 제작에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 따라서 장비의 가격보다는 출력 조건의 최적화와 지속적인 유지관리가 작업모형의 정확도와 품질을 향상시키는 중요한 요소가 될 것으로 사료된다.