Carbon DLS가 의료 제조를 혁신하는 방식

의료 산업의 기술적 요구는 의료 공학과 현대 제조 역량의 발전을 지속적으로 견인하고 있습니다. 점점 더 많은 첨단 기술이 생명 변화를 가져오는 설계를 소비자용 제품으로 구현하는 데 활용되고 있습니다. 그중 하나가 Carbon Digital Light Synthesis(DLS)로, SLA(광조형) 또는 DLP(디지털 광처리) 분야의 경쟁 소재보다 월등히 뛰어난 엔지니어링 엘라스토머로 제작된 부품을 생산할 수 있는 3D 프린팅 기술입니다. 이 글에서는 의료 산업에서 Carbon 3D 프린팅으로 전환할 때의 이점을 설명합니다.

Carbon DLS란?

Carbon DLS는 CLIP(Continuous Liquid Interface Production, 연속 액체 계면 생성) 공정을 사용합니다. CLIP은 다음의 2단계로 구성됩니다.

1단계 – 프린팅

Carbon DLS 프린팅은 레진 탱크와 광 투영 시스템을 사용하여 고체 부품을 제작한다는 점에서 SLA 프린팅과 유사합니다. 그러나 여기서 유사점은 끝납니다. Carbon DLS에서는 산소 분자는 통과시키지만 액체 폴리머는 탱크에 가두는 투과성 스크린을 사용합니다. 산소는 스크린과 액체 계면 사이에 '데드 존(dead zone)'으로 알려진 미세한 경계층을 형성합니다. 이 산소 층은 레진이 스크린 레벨에서 직접 경화되는 것을 방지하여, 레진이 데드 존으로 지속적으로 흐르게 하고 Carbon DLS 기술로 프린팅된 부품이 알려진 등방성 특성을 갖게 합니다.

2단계 – 경화

성형 공정이 완료되어 기계에서 꺼낸 후, 특정 첨단 소재로 만든 부품은 완전히 경화되지 않은 상태입니다. 이러한 부품은 오븐에서 추가 열경화 공정을 거쳐야 완전한 기계적 특성을 얻습니다. 열은 폴리머 사슬의 가교 결합을 가속화하여 매우 탄력 있고 강한 부품을 만듭니다.

Carbon DLS 소재

의료 산업에서 Carbon DLS 3D 프린팅이 제공하는 이점을 온전히 이해하려면, 이방성과 등방성의 차이를 먼저 명확히 해야 합니다.

이방성(Anisotropy)

이방성 부품/소재는 측정 평면에 따라 기계적 특성이 달라집니다. 3D 프린팅 부품은 레이어별 적층 방식 때문에 일반적으로 이방성을 띱니다. 예를 들어 Z축으로 레이어를 쌓아 올리는 FDM 프린팅 부품은 연속된 레이어 간의 계면이 약한 지점이 되어, Z축 방향으로 하중이 가해지면 균열이 발생하고 궁극적으로 파손되기 쉽습니다. 반면 X, Y축에서는 이러한 약점이 없어 하중을 받아도 문제가 없습니다.

따라서 부품은 X, Y축에 비해 Z축에서 기계적으로 더 약합니다. 의료 산업용 부품은 하중이 어느 방향에서든 가해질 수 있는 복잡한 애플리케이션에 흔히 사용되므로, 이방성은 바람직하지 않은 특성입니다.

등방성(Isotropy)

이방성 소재/부품과 달리, 등방성 소재/부품은 모든 방향에서 측정 시 동일한 특성을 나타냅니다. 하중이 가해지는 방향과 측정되는 특성에 관계없이 물성이 동일합니다. 이러한 소재/부품 거동은 복잡한 다방향 하중을 받는 제품에서 매우 중요합니다. 등방성 부품을 제작할 수 있는 3D 프린팅 공정은 많지 않습니다. Carbon DLS의 독자적인 기술은 등방성 부품을 제작할 수 있는 몇 안 되는 3D 프린팅 공정 중 하나입니다.

사용 가능한 소재는?

Carbon DLS는 고무 같은 강도와 탄성을 가진 엘라스토머 소재를 프린팅할 수 있는 독창적인 공정입니다. 주요 소재는 다음과 같습니다.

• 우레탄 메타크릴레이트(UMA 90) – 프린팅 후 열경화가 필요 없는 표준 SLA 레진과 유사함
• 강성 폴리우레탄(RPU 70) – 강인함, 강도, 내열성으로 양산 부품에 적합
• 유연 폴리우레탄(FPU 50) – 폴리우레탄 레진 계열의 유연 변형으로 추가적인 피로 저항성과 강인함 제공
• 시아네이트 에스테르(DLS CE 221) – 뛰어난 내고온성, 높은 강도와 강성을 가진 강성 폴리머
• 에폭시(DLS EPX 82) – 우수한 기계적 특성을 가진 강성 에폭시로 구조 부품 프린팅에 적합
• 실리콘(SIL 30) – 의료 산업에서 매우 선호되는 생체적합성을 가진 부드러운 실리콘 우레탄, 우수한 내파열성 보유
• 엘라스토머 폴리우레탄(EPU 40) – 충격 흡수 및 진동 감쇠 애플리케이션에 적합

위 소재들은 다양한 인장 강도, 강인함, 피로 저항성, 내마모성 등 바람직한 특성을 폭넓게 제공합니다. 어떤 애플리케이션이든 하나 이상의 소재가 적합할 것입니다. 이러한 모든 특성은 부품이 높은 수준의 반복 하중을 겪거나 수술 준비 또는 테스트 가이드로 사용될 때 높은 정밀도가 요구되는 의료 애플리케이션에서 바람직합니다.

의료 산업에서 Carbon DLS 3D 프린팅의 적용 사례

적용 사례 #1 – 가이드/툴

Carbon DLS는 외과의가 드릴 및 기타 수술 기구를 정확하게 위치시키는 데 도움이 되는 부품을 프린팅할 수 있습니다. 이 프린팅 방식의 높은 속도와 저비용 덕분에 MRI나 3D 스캔 데이터를 기반으로 환자 맞춤형 가이드를 프린팅할 수 있습니다. 이렇게 하면 각 부품이 환자의 정확한 신체 구조에 맞춰 맞춤 제작되어 수술 정확도를 높이고 위험을 줄입니다.

적용 사례 #2 – 수술 준비

복잡한 수술을 준비하기 위해 외과의는 MRI나 CT 스캔 같은 환자 데이터를 분석합니다. 최신 Carbon 3D 프린팅 덕분에 외과의는 스캔 데이터를 바탕으로 환자 장기의 실물 크기 모형을 프린팅하여 수술 전 환자를 훨씬 더 잘 연구할 수 있게 되었습니다.

적용 사례 #3 – 보철물

맞춤형 및 범용 보철물 제작은 의료 산업에서 Carbon 3D 프린팅의 가장 보편적인 적용 사례 중 하나입니다. 맞춤형 보철물은 기존 제조 방식으로 제작 시 비용이 많이 들었습니다. 반면 FDM 등 레이어 기반 프린팅 기술은 기계적으로 건전한 부품을 제작할 수 없었습니다. 그러나 Carbon DLS 프린팅 기술 덕분에, 성능을 높이는 적절한 물성을 가진 고품질 엔지니어링급 소재로 보철물을 저렴하게 제작할 수 있게 되었습니다.

적용 사례 #4 – 보청기

보청기는 Carbon DLS의 유연성 덕분에 엄청난 혜택을 누리는 또 다른 의료 기술입니다. 보청기는 환자의 외이도 형상에 완벽하게 맞아야 제대로 작동합니다. Carbon DLS는 환자 귀에 맞는 고정밀 프린팅이 가능합니다. 또한 보청기 및 기타 청력 보호 기기를 Carbon DLS 기술로만 프린팅 가능한 편안한 부드러운 엘라스토머로 제작할 수 있습니다.

적용 사례 #5 – 프로토타이핑

의료 공학은 제품을 개발하기 위해 엄격한 연구 개발 주기에 의존합니다. 설계의 적합성, 형상, 기능을 철저히 테스트하기 위해 여러 프로토타입을 제작해야 합니다. Carbon DLS를 사용하면 저렴한 적합 소재로 기능성 프로토타입을 빠르게 제작할 수 있으며, 동일한 공정으로 최종 제품도 생산할 수 있습니다.

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결론

의료 산업이 첨단 혁신을 지속적으로 창출함에 따라, 이러한 혁신을 품질과 기능을 타협하지 않으면서 빠르고 저렴하게 시장에 출시할 수 있는 동등하게 첨단인 제조 장비가 필요합니다. 의료 산업에서 Carbon DLS 3D 프린팅을 활용하는 방법에 대해 더 알아보려면, Xometry의 즉시 견적 도구를 사용하여 의료 기기의 정확한 비용 견적을 받아보세요.