3D 프린팅이 의료 산업을 변화시키는 4가지 방법

의료 산업은 적층 제조 내에서 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나이며 환자 맞춤형 임플란트부터 사실적인 기능 프로토타입 및 고급 의료 도구에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 그리고 의료 AM 전문가의 97% 이상이 적층 제조의 사용이 계속 증가할 것이라고 확신하고 있기 때문에(SME의 2017 Medical AM/3DP Survey) 이 기술은 바이오프린팅 및 기타 의료 응용 분야에서 엄청난 잠재력을 보유하고 있습니다.

다양한 산업에 대한 적층 제조의 영향을 탐구하는 시리즈의 일환으로 오늘 우리는 의료 부문에서 3D 프린팅의 현재 응용 프로그램과 기술이 어떻게 발전할 것으로 예상되는지 살펴보고 있습니다.

의료 산업은 3D 프린팅을 어떻게 사용하고 있습니까?

맞춤설정

보다 빠르고 비용 효율적인 맞춤형 생산 방법에 대한 요구 제품은 의료 부문에서 3D 프린팅을 도입하는 핵심 요소 중 하나입니다. 더 큰 설계 자유도와 고도로 복잡한 부품 및 구성요소를 생산할 수 있는 능력 덕분에 적층 제조는 의료 산업의 요구에 이상적인 솔루션을 제공하고 따라서 의료 기기 제조 방식을 변화시키고 있습니다.

무엇보다도 적층 제조는 맞춤형 장치를 설계하고 제조하는 프로세스를 단순화합니다. 환자마다 개인차가 있기 때문에 보철, 임플란트 등 의료기기는 해당 환자의 필요에 맞게 맞춤 제작해야 합니다.

전통적으로 복잡한 의료 기기를 제조하는 것은 시간과 비용이 많이 드는 프로세스였으며 값비싼 도구가 필요했습니다. 그러나 적층 제조의 발전으로 이제 이 기술에 도구가 필요하지 않기 때문에 복잡한 의료 기기를 생산하는 것이 훨씬 더 비용 효율적입니다. 이 외에도 AM 기술이 제공하는 설계의 자유는 이전에는 기존 제조 방법으로는 불가능했던 복잡한 장치를 생산할 수 있음을 의미합니다.

더 빠른 시장 출시

적층 제조의 또 다른 이점은 부품을 설계하고 생산할 수 있는 속도입니다. 3D 인쇄 기기에 설계 반복이 필요한 경우 몇 시간 만에 완료할 수 있으므로 새로운 의료 기기의 출시 시간이 크게 단축됩니다.

재료 측면에서 의료 응용 분야에 사용되는 3D 프린팅 시스템은 감마선 및 산화에틸렌에 의한 살균을 견딜 수 있는 다양한 생체 적합성 재료도 지원할 수 있습니다. 이러한 재료는 치과 임플란트와 같이 인체 조직과의 호환성이 필요한 응용 분야에 특히 적합합니다. 다중 재료 인쇄 또한 새로운 가능성으로 떠오르고 있으며 이 방법을 사용하여 장기, 뼈 및 연조직을 나타내는 다양한 재료를 사용하여 사실적인 인간 모델을 만들 수 있습니다.

의료용 3D 프린팅의 4가지 사용 사례

1. 의료 연구 및 개발

3D 프린팅된 프로토타입은 사실적인 해부학적 모델과 프로토타입을 제공하여 의료 연구에 크게 기여할 수 있습니다. 그리고 3D 프린팅이 제품 설계 주기를 가속화함에 따라 생물의학 엔지니어는 이제 훨씬 더 빠르게 모델과 프로토타입을 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 암성 종양의 3D 인쇄 모델은 의료 전문가가 암 약물 테스트뿐만 아니라 종양이 어떻게 발달하고 퍼지는지 더 잘 이해할 수 있도록 만들어졌습니다. 이러한 종류의 프로토타입을 기계로 가공하거나 사출 성형하는 것은 비현실적입니다. 이러한 기술은 적층 제조와 같은 빠른 반복 작업과 복잡한 설계를 제공할 수 없기 때문입니다.

2. 전임상 테스트 및 계획

또한 3D 인쇄 모델을 사용하면 의사가 환자의 해부학을 시각화하고 복잡한 병리를 직접 평가할 수 있으므로 3차원 현실성이 부족한 디지털 이미지의 문제를 극복할 수 있습니다. 그리고 다중 재료 3D 프린팅의 발전 덕분에 다양한 재료로 구성된 적층 제조 모델을 생성하여 인간 조직과 뼈의 특성을 복제할 수 있습니다. 이 방법은 외과의가 사전에 수술을 계획하고 수술 정밀도와 수술 후 결과를 향상시키는 데 도움이 됩니다.

3. 의료 기기

3D 인쇄 의료 기기의 세계 시장이 2026년까지 10억 달러 이상에 이를 것으로 예상됨에 따라(Future Market Insights) 적층 제조는 맞춤형 의료 제품 생산에 상당한 가치를 제공합니다. 복잡한 모양의 임플란트, 맞춤형 보철 및 보청기부터 용도에 맞는 도구에 이르기까지 적층 제조를 통해 기존 제조 방식으로는 비실용적이었던 일회용 기기를 생산할 수 있습니다.

3D 프린팅 임플란트

오늘날 의료 적층 제조에서 가장 빠르게 성장하는 부문 중 하나는 3D 인쇄 임플란트입니다. AM의 발전으로 환자의 해부학적 구조에 맞는 임플란트 생산이 가능해졌습니다. 또한 티타늄 및 코발트 크롬 합금과 같은 생체 적합성 재료를 사용하여 3D 인쇄 정형 외과 및 두개골 임플란트를 올바른 표면 거칠기로 제조할 수 있으므로 거부율이 감소합니다. 위상적으로 최적화된 디자인을 생성할 수 있다는 것은 또한 임플란트가 복잡한 유기적 기하학과 감소된 무게로 디자인될 수 있음을 의미합니다.

보철물

3D 프린팅은 또한 저렴하면서도 매우 정확한 보철물 생산에 큰 영향을 미치고 있습니다. 전통적인 제조 방법을 사용하면 환자의 요구 사항에 맞는 장치를 만드는 데 몇 주가 걸릴 수 있습니다. 오늘날에는 더 이상 그렇지 않습니다. 적층 제조 보철은 시간이 훨씬 덜 걸리고 많은 경우에 전통적으로 제작된 보철 비용의 일부만으로 생산할 수 있기 때문입니다. 3D 프린팅은 인공 손, 다리, 교정기부터 복잡한 안면 및 두개골 보철에 이르기까지 모든 것을 생산하는 데 사용되었습니다.

보청기

보청기 산업은 3D 프린팅의 도래로 변화된 또 다른 분야입니다. 모든 보청기의 90% 이상이 AM 기술, 특히 SLA(Stereolithography)를 사용하여 제작됩니다. SLA는 유기적 형태의 빠른 생산과 높은 수준의 정확도를 제공하여 사용자 정의에 이상적입니다.

치과

SmartTech Publishing의 최근 보고서에 따르면 치과 시장은 2027년까지 95억 달러에 이를 것입니다. 오늘날 치과 기공소에서는 특허에 맞게 맞춤화할 수 있는 브릿지, 얼라이너, 크라운, 치열 교정 장치 및 석재 모델을 적층 제조할 수 있습니다.

의료 기기

적층 제조는 의료 부문에서도 지그 및 고정 장치와 같은 보조 도구를 제작하는 데 사용할 수 있습니다. 3D 인쇄된 의료 기기는 주문형으로 신속하게 제공될 수 있으므로 고급 환자 치료가 가능합니다.

4. 의료 마케팅 및 교육

의료 부문에서 적층 제조의 사용은 운영 계획 및 제조에만 국한되지 않습니다. 의료 마케팅은 의료 제공자가 새로운 의료 기기의 작동 방식을 시연하는 데 사용할 수 있는 3D 인쇄 모델의 이점을 제공합니다. AM은 소량 생산에 적합하기 때문에 3D 인쇄 모델은 의과대학에서 비용 효율적인 선택이며 학생들은 3D 인쇄 해부학적 복제품을 사용하여 향상된 교육 및 실습을 경험할 수 있습니다.

미래를 내다보고

기능성 조직 및 장기의 3D 바이오프린팅이 큰 주목을 받으며 의료 산업 내 적층 제조의 미래는 밝습니다.

바이오프린팅 기술은 현재 재생 의학에서 중요한 사용 사례와 함께 약물 및 알약 연구를 돕는 데 사용됩니다. 예를 들어 해리스버그 대학의 연구원들은 3D 프린팅을 사용하여 인간 세포에서 윤곽에 맞는 피부 이식편을 만들고, 옥스포드 대학의 과학자들은 세포를 3D 프린팅하여 살아있는 조직을 형성하는 새로운 방법을 고안했습니다. 이 인공 조직은 잠재적으로 임상 테스트를 위한 조직 모델을 만드는 데 사용할 수 있는 자연 세포 구조의 생리학을 모방합니다. 이식 가능한 생체 조직을 인쇄하는 궁극적인 목표는 여전히 도전적이지만 이 기술은 의료 분야에서 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

또한 3D 프린팅 및 시간 방출 약물 전달에 대한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 3D 프린팅 기술을 사용하면 여러 약을 하나의 알약으로 인쇄한 다음 정확한 시간에 출시할 수 있어 환자가 여러 약을 복용할 필요가 없습니다. MIT 연구원들은 이 분야에서 이미 눈에 띄는 발전을 이루었습니다. 약물과 백신을 만들기 위한 새로운 적층 제조 방법을 개발했습니다. 이 방법은 통제된 기간 동안 여러 용량의 약을 방출할 수 있습니다.

앞으로의 과제

이러한 놀라운 발전에도 불구하고 의료 산업의 적층 제조는 여전히 특정 과제에 직면해 있습니다. 3D 인쇄 의료 기기에 대한 규정은 의료 기기 제조업체가 엄격한 요구 사항을 충족해야 하는 그러한 과제 중 하나입니다.

그러나 적층 제조는 의료 산업에 뿌리를 두고 있으며 기술이 성숙하고 지식이 확장됨에 따라 결국에는 비용을 낮추고 장기 및 조직의 3D 프린팅과 같은 고급 응용 프로그램을 가져올 것입니다.

이것은 산업 및 AM 시리즈의 두 번째입니다. — AM이 무엇인지에 대한 마지막 기사를 확인하십시오. 건설 산업에 영향 ?