“3D 프린팅이 치과 대변혁 가져올 것”

국내 3D 프린팅 산업의 3가지 주요 문제점은 바로 3D 프린팅 소재의 약한 내구성과 3D 프린팅 특성에 대한 이해 부족에서 시작됐다.
3D 프린터 신소재 개발에 있어 중요한 것이 고강도와 높은 내충격성 그리고 높은 탄성율이었다. 

국내에서도 현재 3D 프린팅이 가장 활발한 분야는 바로 치과다. 인체와 직접 연관되기 때문에 기술적 난이도도 높다. 때문에 덴탈에서 사용할 수 있는 소재는 양산성과 안전성이 무엇보다 중요하며 3D 프린팅이 양산에 적용될 수 있는 신소재 개발이 최우선이었다. 

3D 스캐너와 5축 밀링머신 그리고 3D 프린터까지 직접 제작이 가능한 기술력을 갖춘 회사가 소재까지 개발했다면 금상첨화다. 
그 기업이 바로 (주)그래피(대표 심운섭)다. 그래피는 3D 프린팅용 광경화수지 전문기업으로서 ‘S Plastic’을 개발했다. ‘S Plastic’은 투명교정장치를 직접 3D 프린팅으로 한 번에 제작할 수 있는 소재다. 

이 소재는 기존 강화 플라스틱 필름보다 강도와 탄성이 높으면서 힘이 필요한 부분에 따라 두께조절이 가능해 부분교정과 보철도 프린팅 할 수 있기 때문에 환자 치아에 꼭 맞는 투명교정장치 제작이 가능하다.

3D 프린터 소재는 단순히 케미컬 소재가 아닌 3D 프린터에 최적화돼 제작 돼야 한다. 그래피가 강한 경쟁력을 가지는 이유가 바로 이 때문이다. 
그래피가 개발한 소재는 상온에서는 부드러운 성질과 하드한 성질을 갖는 탄소골격을 특수한 합성기법으로 합성했다.  Flexible하며 열에는 강한 성질이 특징이다.

‘S Plastic’은 특히 치과 보철물을 제작하기 위해 인체에 무해하면서도 강도는 슈퍼 엔지니어링급으로 설계됐다. 또한 레진을 단순히 혼합하는 것이 아닌 고체 원재료 단계에서 합성하는 기술을 보유하고 있어 고객의 요구에 따라 커스터마이징이 가능하며 소재도 친환경 범용 소재다. 뜨거운 물을 부으면 형상이 복원되고 살균 소독까지 가능하다.

그래피는 ‘S Plastic’을 기반으로 ‘Tera Harz®’를 개발하고 3D 프린터로 직접 프린팅되는 투명교정장치용 소재를 개발했다. 
기존 제작시간은 1~2주일이 걸렸지만 직접 3D프린팅을 하면 1시간 내외로 단축되며 필름과 후가공이 필요 없어 원가와 공정도 획기적으로 절감할 수 있게 됐다. 

또한 소재의 특성 때문에 환자의 치아 상태를 단계별로 나눠 투명교정장치를 3D 프린팅을 통해 빠르고 쉽게 제공할 수 있고, 환자도 3일에서 7일 간격으로 단계별로 치아에 끼우면 10주 내에도 교정이 가능하다. 
이제 3D 스캐너와 3D 프린팅 보급이 확산되고 있으며 하루 만에 임플란트가 가능한 시대가 열렸다. 

치과 분야 3D 프린팅 전체 시장규모는 약 35억 달러로 약 4조원 규모에 달한다. 따라서 Oral scanner 시장보다 월등히 성장하는 3D 프린팅 시장으로 오는 2022년에는 프린팅 전체시장규모가 261억 달러에 달할 것으로 보인다.

적층 제조 및 3D 프린팅 업계에 심층적인 산업 분석 서비스를 제공하는 선도적인 SmarTech Publishing은 '2018 치과의 3D 프린팅, 기회 분석 및 10년 예보' 보고서에서 오는 2027년까지 치과 시장이 95억 달러의 기회를 나타낼 것이라고 예측했다. 특히 3D 프린팅 분야의 고부가가치 시장을 덴탈과 메디컬 분야로 꼽았다.

# 새로운 시장 투명교정
임플란트보다 훨씬 큰 시장이 투명교정이다. 투명교정 1위 매출액 2.2조원, 시가총액 26조원이다. 이에 반해 임플란트 1위 매출액은 1.5조원, 시가총액 14조원에 달한다. 환자층이 임플란트에 비해 훨씬 큰 시장이 바로 투명교정 시장이다.

중국은 세계 2위의 투명교정시장으로 평가되고 있다. 최신 기술이 빠르게 침투하는중국 시장 특징(신용카드를 거치지 않고 간편결제, 집전화를 거치지 않고 스마트폰 등)을 고려할 때 투명교정 시장은 상당히 빠르게 성장할 가능성이 있다.

이 분야 세계 1위 기업은 현재 2조원 정도 매출과 시가총액 약 30조원의 가치를 인정받는 투명교정 장치 기업이다. 이 업체도 해결하지 못한 신기술을 그래피가 개발했다. 이 기술로 그래피는 약 50조원의 교정시장을 예상하고 있다.

전 세계 치아교정 시장규모는 약 40조원 (출처: Robert W. Baird & Co. 보고서, 2014년)에 달한다. 세계 1위 업체 인비절라인의 경우 2017년 투명교정 장치로 약 1조6천 억원의 매출을 달성했다. 인비절라인 연평균 성장률 8.0% 성장했으며 2021년 47억 1,000만 달러 성장을 예측하고 있다. 

# 성장률 높은 투명교정 증가속도 2배
2016년 8억 달러 규모로 추산되는 기존의 전통적인 교정(메탈 와이어, 브래킷) 시장은 성장이 정체돼 있는 반면에 15억 달러 규모의 투명교정 시장은 외모에 민감한 13~19세 환자를 타겟으로 두 자릿 수 이상의 성장률을 유지하고 있다.  전체 교정시장 증가속도보다 투명교정 시장 증가속도가 2배에 달한다. 

국내 교정시장 4,000억 중 투명교정 1,500억 규모 인비절라인과 국내업체가 5:5 균형으로 국내 업체 급성장 단계다.
포춘 비즈니스인사이트는 전 세계 투명교정 시장은 2018년 22억 달러(약 2조 6천억)
에서 2020년 82억 달러(약 10조원)규모로 약 4배 성장할 것으로 예측하고 있다. 

3D 프린팅 교정장치 적용 시 100배 이상의 시장 성장 효과가 있는 것으로 분석된다. 즉, 직접 출력방식교정환자의 수를 30%로 가정했을 때 약 8백만명으로 추산되며 이는 과거 투명교정방식 계산환자수의 100배에 달하는 수치다. 

#3D 프린팅 시장, 내년에는 4조원 시장
전 세계 치아교정 의료서비스 시장에서 3D 프린팅 기술이 차지하는 비중은 점점 늘어나는 추세다. 의료서비스 중 디지털화가 가장 빠른 분야가 바로 치과다. 2021년에는 약 4조원의 시장이 될 것으로 추측하고 있다. 하지만 국내 점유율은 그다지 높은 편은 아니다.

하지만 김영훈(옥스치과) 원장은 “우리나라 사람들의 특성상 불이 붙으면 확 붙기 때
문에 앞으로는 3D 프린팅이 대세이자 대혁명”이라고 까지 언급했다.
심운섭 대표도 “몇년 전까지만 해도 3D 프린팅은 4차 산업혁명시대를 대표하는 신기술로 각광받았다. 그러나 3D 프린팅은 이제 더이상 신기술이 아니다.”라고 까지 말한다.

3D 프린터는 소재가 곧 혁신이기 때문이며 그 소재가 국내에서 개발됐다는데 세계가 주목하고 있다. 
수년 전부터 4차 산업혁명의 주역의 불리던 3D 프린터 속도는 어느 정도 빨라졌는데 소재는 여전히 남겨진 과제였다. 이유는 바로 내구성이 약한 소재 때문이다. 
3D 프린터가 초반에는 소재보다는 프린터 기술에 집중하느라 보급이 늦어진 부분도 있다. 때문에 그래피가 개발한 소재 자체가 독보적이라는 게 세계적인 평가다. 
그래피의 Tera HarzⓇ는 크라운 브릿지뿐만이 아니라 완전틀니, 반틀니까지 모두 가능하다. 

김 원장은 “지금은 밀링 시대라고 말한다. 밀링이 현재 주류를 이루고 있지만 정확도나 여러 가지 소요되는 비용을 따져 볼 때 밀링의 경우는 재료를 다양하게 쓸 수 있다. 밀링은 고가의 장비가 필요하고 소요경비가 많이 들어가며 전문적인 기술도 필요하다. 그런데 3D 프린팅은 심플하다. 밀링의 경우는 센터링의 과정을 거쳐야 한다. 다시 말해 세라믹 내에 유리성분을 굳히는 과정이 필요해 많은 시간이 소요된다. 그런데 프린팅은 별다른 기술이 없어도 10분이면 끝난다. 그리고 대신 소재가 세라믹 계통이 아닌 고분자 계열의 레진이기 때문에 전세계적으로 독보적인 소재”라고 언급했다. 

이제 진료의 대혁명이 일어났다. 3D 프린팅 장비는 2천 5백만원이면 구입이 가능하
다. 실제로 복잡한 케이스가 아닌 인레이, 온레이, 크라운 정도면 치과에서 바로 활용이 가능하다. 시간도 적게 들고 비용도 훨씬 적게 든다. 무엇보다도 환자에게도 훨씬 좋다는 점이 메리트다. 

이제 3D 프린팅 시대가 우리 앞에 열렸다. 치아교정장치를 넘어 이제 3D프린팅은 양
악수술에도 적용가능하다. 
양악수술은 뼈 자체를 움직이는 수술로, 수술 시 오차 범위까지 정확하게 예측하고 
움직여야 하는 고난도 수술이다. 최근에는 이 오차범위를 줄이고, 안정성을 높이기 위해 3D 기술을 도입해 시행하고 있다.

기존 양악수술 방식은 2차원 측모, 정모를 토대로 수술 계획을 수립하고, 환자의 위, 아래 치아의 인상을 채득해 석고 모형을 만들고 이 모형상에서 모의 수술을 시행했다. 

이처럼 가루와 액을 혼합해 만드는 장치를 사용했던 기존 방식 대신에 최근에는 3D 프린터로 출력해 제작하는 장치를 사용한다. 
이를 통해 석고 모델의 수축과 변형, 모의 수술 과정에서 발생하는 오류를 최소화했다. 아울러 3D 기술을 도입한 양악수술은 수술 전 실제 수술과 똑같은 과정의 시뮬레이션을 거친다.

실제 턱뼈의 길이와 각도를 정확하게 측정한 후 뼈를 깎고 이동하는 정도를 결정하는 이때 3D 시뮬레이션 기술과 3D CT 기술을 적용해 가상수술이 가능해지고, 그 계획에 따른 정밀하고 높은 예측도와 오차 없는 치료 결과를 가져올 수 있게 된다.

기존의 방식으로는 3차원적인 판단이 힘들었던 안면비대칭에 대한 분석도 더 정밀해졌다. 3D 시뮬레이션을 통해서 수술 후 안면골 형태를 확인할 수 있게 됐고, 상·하·전후방 이동뿐만 아니라 필요하면 위턱뼈의 회전을 통한 비대칭의 교정 정도를 가시적으로 확인할 수 있다.

3D 기술을 도입한 양악수술은 이밖에도 상악골, 하악골의 절단 후 원하는 위치로 이
동하기 위해서는 이동 방향에서 삭제돼야 하는 뼈의 중첩 부위를 미리 확인할 수 있어서 골 삭제를 최소화하고, 골 접촉을 최대화할 수 있다.
무엇보다 환자가 가지고 있는 본연의 턱의 형태나 길이가 괜찮을 때는 불필요한 수술도 생략할 수 있게 됐다. 양악수술한 얼굴이 아니라 조금 더 자연스러운 얼굴을 만들 수 있게 됐다는 의미다.