교통사고로 두개골 꺼진 청년, 3D프린팅이 구했다

두개골 함몰부위를 3D 프린팅 임플란트로 대체한 사례. 사진위 함몰당시와 수술뒤 사진. 밑은 3D프린팅으로 제작한 티타늄소재 맞춤형 임플란트/ 사진=NIPA

# 지난해 7월, 23세 남성 진모씨는 치명적인 교통사고를 당해 우측 두개골이 함몰됐다. 다행히 목숨은 건졌지만 일상생활을 위해서는 재건수술이 필요했다. 그러나 염증으로 함몰부위 주변 뼈가 녹아내려 자가 뼈 이식 수술이 불가능했다. 함몰 부위가 넓어 통상적인 골 시멘트나 레진으로도 대체하기도 쉽지 않았다.


진씨를 구한 것은 3D프린팅 기술이었다. 서울 신촌세브란스 병원은 티타늄합금소재 두개골 복원용 맞춤형 임플란트를 제작, 적용했다. 두개골 CT(컴퓨터단층촬영) 데이터를 3차원으로 복원한 뒤 이를 3D로 모델링하고, 금속성 임플란트를 제작했는데 함몰 부위에 정확히 들어맞고 곡면의 대칭성도 우수해 감쪽같았다. 단 몇시간 만에 수술이 끝났고 경과가 좋아 의사와 환자 모두 만족도가 높았다.
맞춤형 강점으로 의료분야서 두각…제조분야 접목도 활발최근 틀니나 의족, 의수 등 개인 맞춤형 보형물은 물론 의료진을 돕는 수술용 가이드, 수술모형, 아울러 뼈를 대체하는 임플란트와 보철, 의료 삽입물 등 3D 프린팅 기술 임상 적용이 활발하게 진행되고 있다. 이미 2018년부터 정부 지원으로 서울대와 고려대, 신촌세브란스, 삼성서울병원 등 주요 병원들이 3D 프린팅을 활용한 환자맞춤형 의료기기를 제작해 수백건의 임상결과를 내놓고 있다.

아직 임상단계여서 의료기기 허가나 보험수가 산정 등 과제가 남아있지만 3D프린팅의 잠재력을 잘 보여준다. 의료산업은 다품종 소량생산에 적합하고 맞춤형 제작이 가능한 3D프린팅의 장점을 잘 살릴 수 있는 분야로 꼽힌다.

아모레퍼시픽이 링크솔루션과 함께 개발한 맞춤형 마스크팩 제조용 3D프린터/사진=링크솔루션

국내 제조분야의 3D 프린팅 접목 시도도 기지개를 펴고 있다. 미국과 독일 등의 제조 공정 혁신 성과들이 가시화되면서 이를 벤치마킹하려는 시도가 이어지고 있다. 현대자동차의 경우 협력사인 덕양산업과 이큐엠택, 링크솔루션 등과 함께 도어트림(도어 실내쪽 마감부품) 생산에 3D 프린팅을 접목하고 있다.

도어트림은 15개의 부품들로 구성되는데 작은 부품이 많아 이를 3D프린팅으로 생산할 경우, 다른 차량용 내외장재에도 적용할 수 있다는 판단에서다. 이 사업을 맡은 링크솔루션 최근식 대표는 “기존 사출금형으로 제작하면 16~18단계를 거쳐야 하는데 3D프린터로는 1~2 단계로 줄어들고 금형 제작이나 절곡·절삭·연마 등 과정도 사라진다”면서 “신제품 도어트림 개발에 5, 6개월이 소요되는데 한달로 줄이고 비용도 절반 이하로 줄일 것으로 본다”고 말했다.

링크솔루션은 아모레퍼시픽과 3년간 공동연구를 통해 마스크팩 제조용 3D 프린터도 개발한 바 있다. 이목구비 위치, 얼굴 크기, 피부 특성 등 개개인의 얼굴에 맞게 마스크 팩을 찍어내는 장비다. 건조한 피부에는 수분이 함량이 많은 성분을 배합하고, 여드름 등이 생긴 피부에는 진정효과가 있는 성분을 넣어 개인화된 마스크팩을 만든다. 올 상반기 중 중국 상하이 아모레 매장과 서울 명동 일대 매장에서 관광객을 대상으로 시범운영에 들어갈 예정이었으나, 코로나 여파로 일단 중단한 상태다. 그럼에도 혁신적 시도여서 여전히 업계의 관심이 크다. CJCGV와는 음식용 3D 프린터 연구개발도 진행 중이다.
발사체 산화제펌프, 유도무기용 안테나까지 정밀부품 제작우주항공분야에서도 새로운 시도가 진행 중이다. 국내 첫 소형위성발사체 스타트업인 이노스페이스는 스타코와 함께 산화제 펌프를 3D프린터로 생산할 계획이다. 소형인공위성(큐브위성)을 500~600㎞ 상공에 띄우는 발사체 로켓의 핵심부품이다.


일정 상공에 올라가면 산소가 부족해지고 연소를 위해 산화제를 공급해야 하는데 산화제 펌프가 워낙 작고 형상이 복잡해서다. 그동안은 정밀주조를 했지만 누리호처럼 대형발사체가 아닌 소형발사체는 펌프도 그만큼 더 작고 가볍게 만들어야 해 제작이 쉽지 않았다. 이에 3D프린팅에서 돌파구를 찾겠다는 것. 정밀주조와 단조, 용접판금 같은 공정을 3D프린팅으로 대체해 내구성과 신뢰도를 개선할 계획이다.

3D프린팅과 CNC 절삭 부품간 제작비교. 같은 강도라도 훨씬 가볍고 정밀한 가공이 가능하다. /사진=태성에스엔이

정밀타격을 위한 유도무기용 안테나를 개발 중인 LIG넥스원도 지난해 초부터 3D프린팅 기반 설계의 중요성을 인식해왔다. 기존 10개 이상 부품을 3D 프린팅으로 일체화하는 프로젝트를 진행 중이다. LIG 넥스원은 올해 3D프린팅 접목 가능성을 테스트하고 내년 실 제작에 들어가 2022년에는 성숙단계에 올라선다는 계획이다.

정현국 스타코 연구소장은 “미국 민간우주업체 렐러티비티 스페이스는 로켓전체를 3D 프린팅으로 제작하는 시도를 하는데 1만2000개 부품을 600~700개로 줄이려 한다”면서 “미국과 유럽의 항공우주분야를 중심으로 3D프린팅은 상당한 기술적 진보가 이뤄지고 있으며 다른 제조업으로 확산되는데 향후 산업계의 판도가 3D프린팅 역량에 좌우될 것 같다”고 말했다.