현대 의학의 발전은 종종 과학 소설 같은 기술의 도입으로 인해 빠르게 진행되고 있다. 문영래 정형외과 병원의 문영래 원장은 “이러한 기술 중 하나인 3D 프린팅이 의료 분야, 특히 인공관절 치료에서 혁신적인 변화를 이끌고 있다”면서, 3D 프린팅 기술의 인공관절 분야 적용 사례를 소개했다.   ▲ 수술 플래닝 기반 맞춤형 의료기기 설계(이미지 제공 : 문영래 정형외과 병원)   2021년 7월, 대한민국 의료계는 어깨 인공관절 수술에 3D 프린팅 기술을 활용한 환자 맞춤형 견관절 치환술 가이드를 신의료 기술로 공식 등재하며, 이 분야에서 중대한 진전을 이루었다. 이 기술은 수술의 정확성과 안전성을 높이는 것으로 평가받고 있다. 애니메디솔루션에 의해 개발된 이 기술은 환자의 CT 영상 데이터를 사용하여 각 환자의 어깨 뼈 형태에 맞는 치환술 가이드를 제작한다. 이 맞춤형 가이드는 변형된 어깨 뼈를 정밀하게 복원하고 인공관절을 삽입하는 과정에서 수술 팀에게 높은 정확도를 제공한다. 또한 수술 시간 단축, 신경 및 뼈 손상 위험 최소화, 수술 후 인공관절 이탈 등의 부작용 감소와 같은 이점을 제공한다.   ▲ 환자 맞춤형 어깨관절 치환술 수술 가이드(PSI) 적용 프로세스(이미지 제공 : 문영래 정형외과 병원)   이 기술의 도입은 복잡한 질환 치료에 새로운 가능성을 열고 있다. 심각한 뼈 손상을 입은 환자나 변형된 뼈 구조를 가진 환자에게도 이제 새로운 치료 옵션을 제공할 수 있다. 또한 성장기에 있는 소아 및 청소년 환자에게는 미래의 성장을 고려한 맞춤형 교정 고정물을 제공함으로써, 더욱 정확하고 효과적인 치료가 가능해질 것으로 기대된다.   ▲ 환자 개인 데이터 기반 수술 계획 및 3D 프린팅 주문 및 설정(이미지 제공 : 문영래 정형외과 병원)   문영래 정형외과 병원의 성공 사례는 국내외 환자들에게 새로운 희망을 제공할 뿐만 아니라, 의료 분야에서 3D 프린팅 기술의 더 광범위한 활용 가능성을 열어줄 것으로 보인다. 4차 의료 산업 기술의 발달은 다양한 환자에게 최적의 치료를 보장하며 고령화 사회에 대한 신뢰할 수 있는 건강한 약속을 제시한다. 3D 프린팅 기술이 의료 분야에 가져온 혁신은 환자 중심의 맞춤형 치료를 통해 더욱 우수하고 안전한 의료 서비스를 제공하는 데 중요한 역할을 하고 있다. 이는 의료 분야의 기술 발달이 인류에게 어떻게 긍정적인 영향을 미칠 수 있는지를 보여주는 예이다.

  DN솔루션즈가 ‘심토스 2024’(SIMTOS 2024)에 참가해 최첨단 공작기계 및 최신 기술을 선보인다. 4월 1일부터 5일까지 경기도 일산 킨텍스(KINTEX)에서 열리는 ‘심토스 2024’는 대한민국 최대 생산제조기술 전시회다. DN솔루션즈는 고객이 필요로 하는 모든 솔루션을 제공한다는 의미를 담아 전시회 콘셉트를 ‘DN솔루션즈 유니버스(DN SOLUTIONS UNIVERSE)’로 정했다. 사람(Human Resource), 혁신(Innovation), 스마트 테크놀로지(Smart Technology), 자동화&자율제조(Automation & Autonomous Manf.)가 순환하는 형태로 전시회를 구성할 계획이다. 또한 △자동화 △스마트 테크놀로지 △수요·특수 가공 솔루션 세션을 통해 첨단 공작기계 15대와 공작기계 산업을 이끌 다양한 솔루션을 소개한다. 1. DN솔루션즈 유니버스 △자동화 세션에서는 AWC(Auto Workpiece Changer), LPS(Linear Pallet System), RPS(Round Pallet System) 등 팰릿 시스템이 DN솔루션즈의 최첨단 공작기계에 통합돼 다양한 콘셉트의 자동화 솔루션을 제시한다. 또한 DN솔루션즈의 협동로봇 코보솔(COBOSOL)을 활용한 인공관절 가공 솔루션을 시연하고(DVF 4000), 다품종 소형 부품 생산이 가능한 워크 자동화 솔루션(BVM 5700)을 선보인다. △스마트 테크놀로지 세션에서는 DN솔루션즈가 자체 기술로 개발한 PC베이스 컨트롤 시스템 CUFOS가 적용된 복합가공 터닝센터 PUMA SMX2600ST와 한층 업그레이드한 CNC D400이 구현된 수직형 머시닝센터 SVM 5100L을 전시한다. △수요·특수 가공 솔루션 세션에서는 세라믹 가공용 풀 옵션이 장착된 수직형 머시닝센터 DNM 5700 4세대, 티타늄과 같은 난삭재 가공이 가능한 5축 수평형 머시닝센터 DHF 8000ST 등 반도체, 전기차, 항공 등 수요 산업에 특화된 솔루션을 소개한다. 특히 웨이퍼 등 난삭재 가공에 최적화된 레이저 워터젯 솔루션(FM 600-LW), 전기차 배터리팩 제조를 위한 마찰 교반 용접 기술(FSW, Friction Stir Welding) 솔루션, 절삭을 비롯해 적층까지 가능한 하이브리드 AML (Additive Manufacturing Laser) 솔루션(DVF 8000T) 등 특수 가공 솔루션은 관람객들의 눈길을 사로잡을 것으로 예상된다. DN솔루션즈는 고객과의 접점을 넓히고 브랜드 경험을 강화하기 위해 메인 전시 외에 다양한 이벤트 및 프로그램을 준비할 계획이다. 전시회 기간 DN솔루션즈 부스에서는 부스 가이드 투어가 진행된다. 제품 및 솔루션에 대한 고객의 이해를 높이기 위해 현장에서 실제로 경험할 수 있는 리얼 데모 커팅쇼를 비롯해 자동화 및 특수 가공 솔루션을 주제로 기술 세미나가 열린다. 또한 CUFOS 체험존, 5축기 체험존, ESG존 등 다양한 체험존을 마련해 참관객들에게 흥미로운 볼거리를 제공하는 한편, 신규 서비스 홍보를 위한 부스를 설치해 최근 론칭한 스핀들 서비스 솔루션 등에 대해 소개할 예정이다. 이 외에 대한민국 공작기계 산업을 이끌어갈 인재 모집을 위해 채용설명회를 진행할 계획이다. 배규호 수석 부사장(COO)은 “변화하는 시장 상황에 맞춰 고객의 니즈를 충족할 수 있도록 자동화, 지능화, 효율화된 제조 환경의 관점에서 DN솔루션즈의 혁신이 반영된 다양한 신제품과 기술을 심토스 2024에 선보이게 돼 기쁘다”며 “DN솔루션즈는 고객의 기대를 뛰어넘는 공작기계를, 기계 자체를 넘어서는 토탈 솔루션을 제공하는데 주력하겠다”고 밝혔다.

신도리코는 맞춤형 수술 솔루션 전문기업인 애니메디솔루션이 자사의 3D 프린터를 활용한 사례를 소개했다. 의료 영역에서 3D 프린팅은 ‘환자 맞춤형 솔루션’을 가능하게 돕는다. CT, MRI 등 환자의 의료영상을 기반으로 보청기, 틀니, 의족, 인공관절, 임플란트 등 환자 신체와 꼭 맞는 보형물이나 의료기기를 제작할 수 있기 때문이다. 또한 수술을 준비하는 과정에서 해부용 가상 신체를 제작해 시뮬레이션을 실행하면, 수술 시간과 정확도를 개선할 수 있다. 애니메디솔루션은 수술 전 시뮬레이션을 돕는 가이드를 정밀 제작하기 위해 신도리코의 Sindoh A1+ 3D 프린터를 사용하고 있다. Sindoh A1+는 광경화성 재료에 레이저를 투사해 굳히며 조형하는 SLA(광경화성수지 적층조형) 방식을 사용해 정교한 출력이 가능한 것이 특징이다. 또한 여러 종류의 레진을 지원하여 각 장기마다 다양한 특징을 가진 생체조직의 물성과 유사한 구조물을 만들 수 있다.  신도리코는 "3D 프린터는 신체 내부 장기의 구조를 표현하는 3D 모형지도를 출력하여 의료진이 환자의 몸 상태를 직관적으로 확인할 수 있어, 수술의 안전성과 정확성을 높이고 있다. 이런 장점을 바탕으로 국내 의료 분야에서도 3D 프린터가 활발히 사용되고 있다"고 소개했다.      애니메디솔루션이 보유한 수술 가이드는 생명과 직결된 심장질환과 각종 암부터 미용ㆍ성형 분야까지 다양하다. 이 가운데 '대동맥 재건수술 가이드'는 2021년 관련 연구논문이 세계적인 과학저널 ‘네이처’의 SCI급 국제학술지 ‘사이언티픽리포트’에 게재되는 등 주목을 받았다. 대동맥은 심장과 연결되는 가장 큰 동맥으로, 대동맥이 부풀었다 터지는 중증질환을 대동맥류라고 한다. 흉복부 대동맥류의 경우 인조혈관을 재건하고 수술 시 교체하는 ‘대동맥치환술’을 통해 치료하는데, 수술 시간이 평균 10~20시간으로 길고 사망률 및 합병증 발생 빈도가 높다는 문제가 있다. 애니메디솔루션은 Sindoh A1+ 3D 프린터로 혈관 위치를 고려하고, 해부학적 형태를 정교하게 반영한 인조혈관을 출력해 시뮬레이션에 사용하면서 수술 시간을 줄이고 정확도를 높였다. 2015~2019년 흉복부 대동맥류 환자 20명을 대상으로 한 연구에서는 사망환자가 발생하지 않았으며, 95%의 환자에서 영구적인 신경학적 장애가 나타나지 않았다. 작년 9월 식약처의 의료기기 인증을 받은 '신장암 부분절제 가이드' 역시 Sindoh A1+로 개발된 의료기기 중 하나다. 이 가이드는 환자마다 다른 종양의 절개 범위를 정확히 표시한다. 기존의 신장암 수술이 신장 한쪽을 전부 도려내는 경우가 적지 않았지만, 이 가이드는 최소한의 절개로 수술을 안전하고 빠르게 진행하는데 도움을 준다. 신도리코 관계자는 “자사가 개발한 3D 프린터 Sindoh A1+가 애니메디솔루션과의 협업을 통해 양사 모두에 성공적인 결과를 가져다주어 미래가 더 기대되는 상황”이라며 “앞으로도 의료 영역을 비롯한 다양한 산업에 기여할 수 있는 우수한 제품을 개발할 수 있도록 연구개발을 지속할 예정”이라고 전했다.

3D 프린팅, AI, VR/AR 등 첨단기술을 활용한 맞춤형 수술 솔루션 전문기업인 애니메디솔루션이 피부암 절제술을 위한 수술 가이드 외 안와골절 재건술 가이드, 대동맥 재건술 가이드 등 각 질환별 고위험, 고난도 수술 사례에 최적화된 환자 맞춤형 수술 가이드 솔루션과 유방암 전절제술 후 환자의 심미적 보완을 위한 체외 부착형 맞춤 인조 유방 등 총 5종에 관한 미국 식품의약처(FDA) 의료기기 인증을 획득했다. 애니메디솔루션은 지난 7월 중순 환자 맞춤형 유방암 부분 절제 수술 가이드 FDA 인증 획득 이후 연달아 환자 맞춤형 수술 솔루션의 인증을 취득함으로써 국내 의료기술로 개발된 혁신 의료기술의 글로벌 진출 기반을 마련하게 되었다.   피 부암 절제술 가이드   대동맥 재건술 가이드   애니메디솔루션이 개발한 수술 솔루션은 암종 제거 및 혈관 구성, 맞춤 보형물 등 연조직 분야에 대한 수술계획과 적용방법을 의료진과의 협업을 통해 환자 진단 의료영상의 분석과 3D 변환, 3D 프린팅을 활용해 제작되는 차세대 신의료기술로, 이미 국내에서 300례 이상 임상 적용을 한 솔루션들로 해외 진출을 앞둔 상황에서 미국 FDA 인증을 선제적으로 취득한 선도 사례로 볼 수 있다. 일례로 피부암의 경우 햇빛(자외선)에 의한 피부 손상이 주요 원인으로 발생하고, 국내는 물론 야외활동이 활발한 미국, 유럽 등 국가에서 그 발병률이 매우 높고 지속 증가하고 있어, 특히 고난도 사례에 있어 보다 안전한 암종 절제와 수술 후 심미적 부담감을 감소할 수 있는 기술에 대한 의료계 관심이 증가하고 있다. 또한, 모바일 커넥티드 기반의 이동형 디바이스(전기 킥보드 등)와 스포츠 레저 활동, 일반 교통사고 등으로 안면 분야 안 와 연 골절 사례가 증가하고 있으며, 수술현장에서 집도의가 미리 계획한 곡면과 재건영역으로 보형물을 맞춤재단 할 수 있는 가이드 기술을 선보임으로써 수술시간 단축과 안정적인 치료 효과를 기대할 수 있다. 대동맥 재건술 가이드의 경우, 수술계획에 따라 복잡 구조의 인조혈관 구성을 미리 구현할 수가 있어 10시간이 넘는 수술시간을 절반가량 단축하는 역할을 하고 있다.   안와골절 재건술 가이드   그 외에 유방암에 의한 유방 절제술 이후 환자의 외형적인 부담감을 감소하고, 일상생활에서 수술 전 형태와 비슷한 맞춤형 체외 부착형 인조 유방을 선보임으로써, 지난 FDA 인증을 획득한 유방암 수술 가이드에 이어 시장에서 파급력을 높일 수 있는 맞춤 품목을 추가로 확보하게 되었다. 애니메디솔루션 김국배 대표이사는 "전 세계적으로 맞춤형 수술 솔루션은 치과 임플란트 식립이나 인공관절 치환술 등 경조직(뼈)에 대한 수술 정보를 제공하는 것이 대부분이나, 연조직(암종 제거, 혈관 재건 등)에 관한 수술 솔루션은 우리만의 독보적인 기술로 그간 임상에 적용한 성과가 미국 FDA 인증을 획득하는 국내 첫 사례를 확보할 수 있게 되어 매우 기쁘다"라는 소감과 함께 "애니메디솔루션만의 중개 임상 경험과 맞춤형 수술 솔루션 개발 원천기술을 기반으로 지속해서 국내 건강보험등재를 이루어내고 글로벌 시장의 선도 사례를 만들고 시장을 주도하겠다"고 포부를 밝혔다.

한국스트라이커는 자사의 인공관절수술 로봇팔 ‘마코(Mako)’가 서울에 이어 부산경남지역으로 진출, 국내 로봇인공관절수술 시장을 본격 공략한다고 밝혔다. 마코는 2018년 국내 처음 도입된 이후 현재 주요 대학병원을 비롯해 관절척추전문병원 등에서 활발히 시행되고 있다. 연세대 세브란스병원(강남·신촌)을 시작으로 세란병원, 서울대병원에 순차적으로 도입되었다.   마코는 슬관절 및 고관절치환술로 미국 FDA 승인을 받은 인공관절수술 로봇이다. ‘의료진과 로봇의 협력’이라는 로봇수술 분야의 가장 진일보된 시스템으로, 로봇의 정확한 계산과 숙련된 의료진의 판단 하에 보다 유연하고 정밀한 ‘환자 맞춤형 수술’이 강점이다. 수술 전 환자 상태를 기반으로 3D 시뮬레이션을 통해 철저하게 수술을 계획하고, 의료진이 직접 마코 로봇팔을 잡고 수술을 집도한다. 수술 중 발생할 수 있는 만일의 변수에 대해서도 의료진의 풍부한 경험과 전문성으로 유연하게 대응이 가능하다. 로봇의 정교함으로 안전성을 높인 장점도 있다. 수기로 진행하는 기존의 인공관절수술 대비 수술 오차범위를 극소화하여 절삭의 정밀도는 5배 높였고 인공관절 삽입 정확도는 3배 이상 높였음을 입증하였다. 더불어 수술 후 보행 가능 기간 및 물리치료 횟수를 감소시켜 빠른 일상 복귀가 가능해 환자 만족도가 높다. 한국스트라이커 강지영 대표는 “마코는 올해 서울 주요 대학병원 론치를 비롯해 부산 등 국내 전 지역으로의 도입 확대를 위해 노력해왔다”며 “2020년에는 마코 로봇 도입병원을 더욱 확장시키고 국내 로봇인공관절수술 분야를 선도하는 글로벌 리딩 브랜드로서의 역할을 다할 것”이라고 말했다. 이어 “마코는 의료진의 전문성과 로봇의 정확성이 만나 시너지를 극대화시킨 인공관절 수술로봇으로, 환자의 수술 전 활동범위와의 편차가 적다는 점에서 환자 만족도가 높은데, 전국 어디에서나 마코의 진일보된 의료 서비스를 받을 수 있도록 노력하겠다”고 덧붙였다.  

적층제조를 통한 미래 제조업의 방향 제시   최근 적층제조(AM) 기술을 활용하는 선진 제조기업들이 어떻게 부품/제품을 설계하고 디자인할 것인가에 대해 도전과 검증의 결과를 도출하면서 적층제조에 의미심장한 도전의 변화가 일고 있다. 이러한 일련의 트렌드에 따라 쓰리디시스템즈코리아 백소령 본부장은 적층제조 도입과 적용을 고민하는 제조 산업계의 동향과 향후 계획에 대해 소개했다.   ■ 이예지 기자 최근 적층제조 기술의 트렌드가 있다면 국내에서와는 달리 해외에서는 3D 프린터를 이용해 실제로 제품을 양산하는 사례가 지속적으로 증가해 왔다. 지금까지는 주로 다품종 소량생산의 고부가가치화가 가능한 항공이나 의료 분야를 중심으로 3D 프린팅 산업이 성장해 왔다.  주목할 만한 점은 대량생산체제의 특성상 3D 프린팅을 통한 양산이 쉽지 않았던 자동차 산업에서도 최근 변화가 생겼다는 것이다. 몇몇 글로벌 자동차 제조사들이 애프터마켓(부품시장)을 중심으로 3D 프린팅을 이용한 개인 맞춤형(Personalize) 부품 제공 서비스를 도입하면서 3D 프린팅이 보다 더 대중화되는 전기가 될 것으로 기대된다.  이러한 3D 프린팅의 대중화 추세에 따라 글로벌 제조사들이 회사 내부에 자체적으로 적층제조 연구센터(Additive Manufacturing Center)를 설립하는 등 내부 조직의 변화의 필요성에 대해 인식하기 시작한 점도 향후 3D 프린팅 산업 발전에 영향을 미칠 주목할 만한 변화로 평가된다. 국내 3D 프린팅 시장 동향은 국내 시장에서는 최근 3D 프린팅 업체들의 출력 서비스 사업이 활기를 띠기 시작했다. 해외에서는 이미 3D 프린팅 장비보다 출력 서비스 시장 규모가 클 정도로 성장했으며, 현재는 글로벌 제조사들이 이러한 아웃소싱 구조를 넘어 자체 인하우스(In-House) 센터를 구축할 정도로 3D 프린팅 산업이 빠르게 발전해 가고 있다. 이에 반해 국내는 주요 3D 프린팅 기업들이 최근에야 비로소 출력 서비스 사업을 시작하는 등 한 단계 더딘 속도를 보이고 있다. 그러나 아직 기술의 생소함으로 도입을 주저하고 있는 기업들에 3D 프린팅의 효용성을 알리고 자사의 기술력을 선보이기 위한 수단으로 주요 3D 프린팅 기업들이 출력 서비스 사업을 적극 활용하기 시작하면서 향후 국내 출력 서비스 시장도 성장이 기대되고 있다. 또 하나의 주요 이슈는 DfAM(Design for Additive Manufacturing : 적층가공을 위한 설계 최적화)이다. DfAM이란 적층가공이라는 제조공법의 특장점을 극대화하여 제품생산에 있어서 시간적 및 비용적 생산성을 극대화하는 공정을 말한다. 즉, DfAM은 제품 개발 및 제조 공정 상에서 공정의 단계를 최소화하고, 제품의 기능적, 성능적 효과를 극대화하여 현재 제품보다 업그레이드된 성능의 제품을 보다 빠르고 낮은 단가로 양산하기 위해 적층가공 기술을 접목한 설계 접근법이라고 할 수 있다.  3D 프린터가 가지고 있는 한계를 이야기할 때 속도가 느린 점을 꼽는데, DfAM을 접목하게 되면 생산성이 월등히 높아지고 기능, 성능이 좋아진다는 것은 국내에서도 인식하기 시작했다. 기존 대비 작업 공정의 획기적 단축이 가능해지면서 생산성을 높일 수 있다는 인식들을 갖게 된 것이다. 그 인식에 맞춰서 DfAM에 대한 연습이 많이 되어야 한다. 외국은 이미 그런 과정을 거쳐서 양산 아이템들이 개발됐고 이 공정을 내부에서 구현하기 위해서 적층제조 연구센터들이 회사 내부에 생기고 있다. 그리고 DfAM에 대한 연구들이 더 심도 있게 진행이 되고 있다. 국내도 기업에서는 제품 양산을 위한 적층제조 조직의 신설을 통해 조직 차원의 변화와 융합이 요구되며, 정부에서는 센터 위주의 지원보다는 수요와 연계될 수 있는 보다 실질적인 지원이 필요하다.   ▲ 기공유발 가스 배출 벤트 및 사이프 일체형 타이어 몰드(출처 : 3D SYSTEMS)  3D 프린팅 기술을 활용할 때 이점 및 기대효과가 있다면 우선, 공정을 획기적으로 단축할 수 있다는 것이다. 예를 들면, 자동차부품 제조 시 기존의 공정으로는 어떤 부품 300개를 가지고 조립해서 하나의 모듈을 만들었다면, 3D 프린팅 기술을 이용하면 동일 모듈을 완성할 수 있는 부품 수를 10개 내외로 줄일 수 있다. 설계가 바뀌면서 제조 공정 라인이 획기적으로 줄어드는 것이다. 두 번째로는 기능을 보다 향상시킬 수 있다는 것이다. 예전에는 기능을 높이기 위해서 CAE(Computer Aided Engineering) 해석을 많이 했었다. 그러나 수많은 변수들로 인해 해석한 데이터와 실제 생산 시의 괴리감이 굉장히 높았으며, 시뮬레이션만 해보고 참조 데이터로 남게 되는 경우가 많았다. 이에 반해 3D 프린팅은 형상 구현의 자유도가 놓아 해석한 결과대로 제작이 가능해지면서 기능을 최적화하는 것 또한 가능해지게 되었다. 이렇듯 공정의 단축과 기능의 향상을 3D 프린팅의 최대 장점으로 꼽을 수 있다. 3D 프린팅 기술 활용이 활발한 의료분야의 최근 동향은 어떠한가 의료 시장에서 3D 프린터를 이용한 활용 분야는 크게 신체의 구조를 형성하는 기본 스트럭처(Structure) 분야와 소프트 티슈(Soft Tissue)로 구성된 장기 시술 분야, 그리고 몸에 부착하는 웨어러블 분야 이렇게 세 가지 분야로 나눌 수 있다. 보청기나 치아보철물, 의수·의족 등 웨어러블의 3D 프린팅 기술 활용은 현재 많이 보편화가 되었지만 3D 프린팅 기술 선진국들과 우리나라의 차이점은 선진국들은 자체 공장 센터를 구축하고 대규모의 양산을 하고 있다는 점이다. 국내는 관련 업계가 워낙 영세한 탓에 센터 공장화는 고사하고 3D 프린팅 장비 도입 자체가 어려운 실정인 곳이 많다. 스트럭처 분야에서는 노인이 되면 많이 하게 되는 고관절, 슬관절, 인공관절 등의 시술 시, 지금까지는 생체적합형 티타늄 계열로 마치 기성복처럼 만들어진 인공뼈를 사용해 왔다. 하지만 3D 프린팅 기술의 발전으로 이제는 기성품 같은 뼈가 아니라 개개인의 몸을 스캔해 보고 각자의 몸에 맞는 맞춤형의 고관절, 슬관절 등의 인공뼈를 만들 수 있게 되었다. 또한, 인공뼈를 삽입할 경우 표면에 별도의 스캐펄드(Scaffold) 형식이나 다공구조를 만들어서 골융합이 잘 이루어질 수 있게 해야 하는데 형상이 미세하고 복잡해서 기존에는 만들지 못했던 것을 3D 프린터가 가능하게 함으로써 현재는 인공관절 분야에서도 3D 프린터의 활용도가 높아졌다. 소프트 티슈 분야는 현재까지는 3D 프린팅을 이용한 인공장기의 직접적인 이식은 불가능하나 복잡한 장기의 내부구조로 인한 난해한 수술 시, 실제 장기와 매우 유사한 모양과 소재의 모형을 3D 프린터로 제작해 수술 전 미리 시술 시뮬레이션을 해볼 수 있는 용도로 활용되고 있다. 특히 헬스케어 센터의 구축으로 헬스케어 분야에 강점을 가지고 있는 쓰리디시스템즈는 이러한 시술 임상 케이스를 수백만 건 이상 진행해 왔다. 의료분야도 제조산업군과 마찬가지로 이전의 아웃소싱 형태에서 이제는 병원 자체적으로 관련 센터(Point of Care)를 구축하는 방향으로 변화하고 있는 추세이다.   ▲ 냉각 채널 일체형 금형(출처 : 3D SYSTEMS) 국내 3D 프린팅 시장에서 시급한 과제가 있다면 국내 3D 프린팅 시장에서 가장 시급한 과제는 3D 프린팅 출력을 직접 경험해 보는 일이다. 그동안 해외의 성공 사례들은 이미 수없이 많이 접해 왔다. 이제는 도입을 고민해 볼 때가 아니라 직접 경험을 해봐야 할 때이다. 데이터를 많이 만져보고, 어떤 데이터로 출력했을 때 더 효과적인지, 원하는 데이터대로 출력하기 위해서는 어떻게 데이터를 변경해야 되는지 등을 직접 출력을 해보면서 배우고 이해해야 될 때이다. 향후 쓰리디시스템즈의 계획은 국내에서는 3D 프린팅 산업이 보다 활성화될 수 있도록 3D 프린팅 관련 교육 사업을 지속적으로 해나갈 계획이다. 또한 제조공정에 대한 어려움을 고민하고 있는 분들을 위해 CIC(Customer Innovation Center)를 통한 컨설팅이나 공정연구를 지원하는 프로그램을 운영해 나갈 계획이다. 쓰리디시스템즈가 글로벌 시장에서 초점을 맞추고 있는 것은 공장 자동화 솔루션이다. 생산 속도를 향상시키면서 자동화 양산라인 구축이 가능한 신제품들을 플라스틱과 금속 분야에서 계속해서 출시하고 있으며, 자동화 시스템을 컨트롤할 수 있는 ‘3D 커넥트’라는 소프트웨어도 론칭할 예정이다. 여기에 품질관리를 모니터링할 수 있는 ‘3D 비전’이 더해져 토털 공장 솔루션을 완성시키는 것을 목표로 하고 있다. 토털 공장 솔루션에서 한 발 더 나아가 쓰리디시스템즈가 준비하고 있는 다음 단계는 바로 인더스트리 4.0에 발맞춘 공장 지능화이다. 이와 관련하여 쓰리디시스템즈는 최근 미국의 한 AI 업체와 공동으로 프로젝트를 발표하기도 했다.     기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

■ 개발 : AnyBody Technology, www.anybodytech.com ■ 사용 환경(OS) : 윈도우 비스타/7/8.1/10(64비트) ■ 시스템 권장 사양 : CPU 2.4GHz 이상, RAM 4GB 이상, OpenGL 2.0 이상 지원 그래픽 카드, 128MB 이상 비디오 메모리 ■ 주요 특징 : 스크립트 기반의 사용환경으로 역동역학 인체 근골격계 해석, 인제 모델 라이브러리 제공, 제품과 인체의 상호작용 분석, 솔리드웍스/아바쿠스/앤시스와 연성해석 가능, 모션캡처 데이터 활용 가능 등 ■ 공급 : 씨메트, 02-6335-7751~2, www.cmet.co.kr AnyBody Modeling System(AMS)은 덴마크의 Anybody Technolohy에서 개발한 인체해석 소프트웨어로 씨메트에서 국내 공급 및 기술지원을 하고 있다. 또한 2017년 12월 국내 최초로 AMS 트레이닝 센터를 만들어 고객들이 좀 더 쉽게 접근할 수 있도록 할 예정이다. Anybody Modeling System은 컴퓨터를 이용한 다물체 동역학 기반의 근골격 인체 모델 해석 소프트웨어로, 인체 모델을 근육과 골격으로 이루어진 기계 시스템으로 간주하여 인체의 움직임과 관련한 해석을 주로 수행할 수 있다. 최근에 인간 중심의 제품 개발 트렌드에 맞춰 의료 및 스포츠 역학 이외에도 자동차, 가전 등 다양한 분야에서 활용하고 있으며, 외골격(Exoskeleton) 장비 개발에 활발하게 사용되고 있다. 역동역학 기반의 근골격계 해석 근골격계 모델을 이용한 인체의 동작을 해석하기 위해 다물체 동역학을 이용한 해석 방법은 크게 정동역학(Forward Dynamics) 해석법과 역동역학(Inverse Dynamics) 해석법의 두 가지로 나뉜다. 정동역학 해석법을 기반으로 하는 인체 시뮬레이션은 근육을 활성화하여 힘을 생성시키고, 이 힘으로 인한 인체의 움직임을 시뮬레이션하는 방법이다. 이 방법은 해석하고자 하는 인체의 동작을 일으키는 근육의 힘을 미리 알고 있어야 하는데, 이 근육의 힘을 측정하기 위하여 근전도 계측기(EMG)로 직접 측정하는 방법을 이용한다. 하지만 근전도 계측기를 통하여 측정할 수 있는 근육의 종류와 그 수가 한정적이기 때문에, 인체의 동작에 관여하는 수 많은 근육을 예측하고 그 힘을 측정하여 시뮬레이션에 활용하는 것은 현실적으로 매우 어렵다. 이와 반대되는 개념의 역동역학 해석법을 기반으로 하는 인체 시뮬레이션의 경우 인체의 동작 데이터와 외부 작용력을 계산에 사용함으로써, 인체 관절에서 발생하는 힘이나 모멘트 및 근육력 등을 계산한다. 그림 1. AnyBody Modeling System의 InversDynamics AnyBody Modeling System의 경우 앞서 설명한 역동역학 해석법을 기반으로 한 근골격 모델 해석 소프트웨어로서, 인체의 근육력, 근육의 활성도, 관절의 반발력과 회전 모멘트 등 어떠한 동작을 하면서 나타나는 인체의 내부력을 계산할 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스 AnyBody Modeling System의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 크게 텍스트 기반의 모델 입력창, 모델 뷰, 그래프를 포함하는 차트, 그리고 사용자가 소프트웨어로 수행할 수 있는 명령들을 포함하고 있는 오퍼레이션 등으로 구성되어 있다. 또한, C++ 문법을 따르는 스크립트(Script) 기반 사용 환경으로 사용자에게 높은 자유도와 확장성을 제공한다. 그림 2. AnyBody Modeling System의 GUI AnyBody Model Repository 사용자가 해석이 필요할 때마다 새로운 인체모델을 만드는 일은 매우 복잡하고 상당한 시간을 요구하게 된다. 따라서 다양한 목적에 대응할 수 있고, 더불어 검증 과정도 수행할 수 있는 인체모델 라이브러리의 필요성이 대두된다. AnyBody Modeling System에서는 AnyBody Managed Modeling Repository라는 라이브러리를 제공한다. 이는 실제 인체 골격을 CT 촬영한 데이터를 이용하여 모델링했다. 지난 몇 년간 EU 프로젝트를 통해서 근육과 인대 등의 실험을 통해 얻어낸 데이터를 축적하여 근육력 계산에 활용함으로써 인체 동작 해석과 관련하여 최적화되었으며, 현재도 계속 데이터를 추가하고 있다. 그림 3. 인체 모델 보디 라이브러리 인체 근골격 모델의 경우 약 1000여 개의 근육으로 구성되어 있으며, 분절은 질량 관성 등의 물성 정보를 포함하고 있다. 각 분절을 연결해주는 관절의 경우 마찰력이 없는 이상적인 조인트 구속조건으로 정의되어 있다. 인체 관절을 자유도에 따라 볼-소켓 조인트와 힌지 조인트 등으로 표현하였으며, 필요에 따라서 제공하는 함수를 통해서 모델링할 수 있다. 또한 기본적인 성인 남녀의 인체 라이브러리를 스케일링을 통해서 다양한 사람에 대한 모델링을 손쉽게 변경하여 사용할 수 있다. 인체 근골격 모델에 대한 라이브러리 외에 기본적인 움직임 해석을 위한 라이브러리도 제공하고 있다. 예를 들어, 일반적인 보행동작을 비롯하여 자전거 타기, 벤치 프레스 들기, 팔굽혀펴기, 물건 밀기 등 생활 속에서 자주 하게 되는 행동을 포함하여 특수한 상황에서의 여러 가지 동작을 Repository를 통해 라이브러리로 제공한다. 사용자는 이를 상황에 맞도록 편집하여 보다 손쉽게 해석을 진행할 수 있다. 그림 4. 애플리케이션 라이브러리 인체와 제품의 상호작용 분석 앞서 언급한 것처럼 효율적인 제품개발에 있어 인간중심적 설계는 중요 관심사가 되고 있다. 같은 기능의 제품이라도 사용자가 좀 더 편리하게 사용할 수 있는 제품이 더 경쟁력을 가질 수 있기 때문이다. 이에 제품개발 설계 단계부터 인체와 제품의 상호작용에 대한 부분을 고려하지 않을 수 없게 되었다. AnyBody Modeling System의 경우 솔리드웍스의 3D CAD 모델을 AnyScript 모델로 변환하여 인체와 제품간 모델링 및 해석을 수행할 수 있으며, 이미 수 많은 논문을 통해서 신뢰성 또한 인정받았다. 그림 5. 스쿼트 장비에서의 인체 해석 만약 인체와 연결된 제품의 유한요소해석이 필요하다면, 근육력이 고려된 경계 조건 추출이 보다 정확한 해석 결과를 위해 필수적인 조건이 된다. AnyBody Modeling System에서는 해석 후 도출된 동적 하중 결과를 앤시스나 아바쿠스와 같은 유한요소해석 소프트웨어의 입력 정보로 변환해 주는 인터페이스가 제공되기 때문에 더욱 정확한 해석을 가능하게 해 준다.   그림 6. 인체의 동적 하중 조건을 통한 유한요소 해석 AnyBody의 적용 사례 AnyBody Modeling System은 인체와 제품이 연결되는 많은 분야, 예를 들어 의료기기, 자동차, 항공, 인간공학, 소비자 제품 해석 등 다양한 분야에 적용 가능하다. 스포츠 분야 경기력 향상을 위해 인체 근골격 시뮬레이션을 적용하여 운동 기술 및 운동 기구 설계 개선 등 다양한 적용이 가능하다. 예를 들어, 배드민턴에서 스트로크 동작 및 배드민턴 라켓의 동적 거동 시뮬레이션을 통해, 라켓 설계와 선수의 경기력 간 상관관계를 이해하고 분석해 볼 수 있다. 또한, 단순히 인체의 동작뿐만 아니라, 인체와 운동기구의 통합 모델을 생성하여, 운동 기구 설계 파라미터 변경에 따른 인체 효과의 변화를 예측해 볼 수도 있다. 그림 7. 레그 프레스의 효과 분석 자동차 분야 자동차 관련 연구에도 인체 모델이 기여할 수 있는 부분이 많다. 승하차 동작시 인체 관절에 걸리는 토크 및 반발력, 그리고 하지 부분 근육 활성도 등이 신차 개발 과정에서 활용될 수 있는 정보이다. 실제 사례로, 독일의 자동차 제조 업체인 BMW는 모션 캡처 장비를 이용하여 신차 개발 과정에서 AnyBody Modeling System을 이용한 근골격 해석을 수행하고 있다. 의료 기기 분야 최첨단 설계를 적용한 정형외과용 임플란트와 인공관절 등 하중 요구조건에서 인증요건 충족 여부까지 넓은 범위의 의료 기기 분야에 활용할 수 있다. 실례로, 인공 고관절 치환술 환자의 CT 데이터와 근육력을 고려한 경계 조건의 적용을 통해, 인공 고관절과 대퇴부에 대한 유한요소 해석을 실시하여 환자 맞춤형 모델을 이용한 해석 사례의 가능성을 제시한 경우가 있다.   그림 8. 인공 관절 해석 기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

3D 프린팅 기술이 발전함에 따라, 다양한 산업분야에서의 패러다임 변화를 촉진시키는 제3의 산업혁명으로 발전할 것으로 주목받고 있다. 이번 호에서는 3D 프린팅 시장의 현황을 규모를 진단하고 전망을 살펴본다. 그리고 3D 프린팅 방식의 종류와 함께 새롭게 등장한 복합 가공 3D 프린터에 대해 알아보도록 하겠다. 3D 프린팅은 디지털디자인 데이터를 가지고 소재를 적층(積層)하여 3차원물체를 제조하는 프로세스이다. 대표적으로 7가지 방식으로(ASTM, ISO) 분류되며, 국내산업 여건 및 기술적 필요성을 고려하여 6가지 방식에(Sheet Lamination 제외) 집중하고 있다. 재료를 자르거나 깎아 생산하는 절삭가공(Subtractive Manufacturing)과 대비되는 개념으로 공식용어는 적층제조(AM, Additive Manufacturing)이다. 3D 프린팅은 개인용에 가까운 개념이고 적층제조(Additive Manufacturing)는 산업용에 많이 쓰인다. 두 용어는 사실상 같은 용어이다. ▲ ASTM의 대표적인 7가지 3D 프린팅 방식(출처 : 박근 교수님 강의집) 3D 프린팅 기술이 발전함에 따라, 다양한 산업분야에서의 패러다임 변화를 촉진시키는 제3의 산업혁명으로 발전할 것으로 여겨지고 있다. 제조업분야에서는 기존에 시작품 제작에 주로 활용되던 한계를 탈피하고, 2차 공정과 연계한 완제품 제작에 활용되고 있다. 특히 뿌리산업과의 연계기술 개발을 통해 기존 제조공정의 효율화 및 고도화를 추구하고 있다. 사형 프린팅 적용 사형주조기술, 등각 냉각회로를 적용한 금형 프린팅기술, 프린팅 제품의 표면처리기술 등이 있다.의료분야에서는 소재의 발달과 3D 프린팅의 특성인 개인 맞춤형 제작이 가능한 장점으로 인해 활발한 연구가 진행되고 있으며, 환자 맞춤형 치료물 및 의료기기 제작 등에 적용이 확대되고 있다. 인공관절(슬관절, 고관절 등), 수술용 가이드 및 수술기구, 환자맞춤형보조기, 교정용기구, 외부부착보형물, 인체 삽입 스텐트 등이 사용된다.또한 다양한 비(非)제조업분야에서도 활용되어 해당산업의 패러다임의 변화를 가져오고 있다. 대형 프린팅을 적용한 건축물제작, 패션, 피규어, 온라인콘텐츠 등에 쓰일 뿐 아니라 물류시스템 및 부품 A/S에서 유통구조의 변화를 가져오고 있다. ▲ 독일 정보통신기술분야 320개 업체 대상 질문(출처 : ARIS, BITKOM)   1. 글로벌 3D 프린팅 규모글로벌 3D 프린팅 시장은 일반기계 설비시장에 비해 규모가 작다. 하지만 장비의 성능향상, 가격하락 및 관련 서비스산업 발전에 힘 입어 고속성장할 것으로 전망된다. 글로벌 3D 프린팅 시장은 제품과 서비스를 포함하여 2016년 70억 달러에서 20년 210억 달러까지 성장할 것으로 전망되고 있다. ▲ 세계 3D 프린팅 시장규모 및 전망(출처 : Wohlers Reprot 2014에서 제공한 표를 재가공)   ■ 더욱 자세한 내용은 PDF를 통해 제공됩니다.

컴퓨터 내비게이션을 이용한 수술은 기존의 수술에서 발생 가능한 문제를 최소화하고, 수술의 정확도를 높이는 데 도움을 준다. 내비게이션 장치에 환자의 정보를 입력하면 컴퓨터가 이를 이용하여 수술 중 필요한 정보를 수술자에게 실시간으로 제공해 주며, 수술자는 이러한 실시간 피드백을 통해 수술의 진행과정을 확인할 수 있으므로 보다 정확한 시술이 가능하다. 이번 호에서는 내비게이션을 이용한 인공 견관절 치환술의 과정을 살펴봄으로써 내비게이션 수술의 원리 및 유용성에 대해서 살펴보고자 한다. ■ 문영래 / 조선대학교 의과대학 의료정보학, 정형외과 교수로 대한 정형외과 학회 영문 학회지 편집위원 및 대한 스포츠 의학회 이사이다. 현재는 미국 컬럼비아대학병원 정형외과와 함께 아시아인의 3차원적 근골격 영상을 얻어 해부학적 특성을 연구하고 있다.E-Mail │ orthoped@chosun.ac.kr■ 신동선 / 아주대학교 의과대학 해부학교실 연구강사로 대학에서 동양화와 컴퓨터를, 대학원에서 애니메이션과 해부학을 전공하였다. 현재 인체에 관련된 3D 영상을 만들고 있으며, 홍익대학교 애니메이션 전공에서 3D 애니메이션을 강의하고 있다. ‘MAYA 2009 3D ANIMATION(2009)’, ‘3D ANIMATION을 위한 동물 구조&동작(2010)’ 등의 책을 집필하였다.E-Mail │ ttfass@hanmail.net 관절이란 뼈와 뼈가 만나는 부위이다. 관절은 뼈와 뼈 사이가 부드럽게 운동할 수 있도록 연골, 관절낭, 활막, 인대, 힘줄, 근육 등으로 구성되어 있으며, 움직임에 따라 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다. 관절염은 여러 가지 원인에 의해 관절에 염증이 생긴 것으로, 이로 인해 나타나는 대표적인 증상은 관절의 통증이다. 견관절(어깨관절)이 외상을 입거나, 오랜 시간 과도한 사용을 하면 관절염이 발생하게 된다.관절염이나 골종양 등으로 인하여 관절부의 뼈가 파괴되거나 관절손상을 입어 관절로서의 기능을 할 수 없게 된 경우에 그 관절을 절제하고 대신 인공관절을 삽입하는데, 이러한 수술을 인공관절 치환술이라고 한다. 인공관절은 관절구와 거기에 적합한 관절두를 짝지은 금속 또는 합성수지로 만든 것으로서, 관절의 기능을 대신할 수 있도록 만들어져 있으며, 견관절, 주관절, 고관절, 슬관절 등에 사용된다.견관절 치환술을 시행해야 하는 증상이 있을 때, 내비게이션을 이용해 견관절 치환술울 시행하는 경우와 일반적인 견관절 치환술을 시행하는 경우의 증상은 거의 동일하다. 숙달된 수술자의 경우 내비게이션이 별로 필요치 않을 수 있다. 하지만 골절이나 재치환술의 경우와 같이 정상적인 해부학적 구조가 아닌 경우, 숙달된 수술자들도 수술 중 혼동을 일으킬 수 있기 때문에 이러한 경우에는 내비게이션이 매우 유용하게 쓰일 수 있다. 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.