▲ 3D시스템즈의 금속 적층제조기술로 상용화된 척추 임플란트 Modulus®

세계적인 적층제조 솔루션 기업 3D시스템즈가 고객사와 함께 설계에서 부품화까지 금속 적층제조 공정을 구축해 품질과 부가가치를 높이는데 기여하고 있다.

미국 샌디에고에 위치한 정형외과기기 제작회사인 누바시브(NuVasive)는 3D시스템즈와 협업을 통해 2017년 출시한 척추 임플란트 라인인 ‘Modulus®’를 불과 14개월만에 금속 3D프린팅 공정을 구축해 시장에 출시했다.

누바시브는 척추설계와 의료기기 제조산업에 복잡한 설계의 위상최적화가 가능한 적층제조기술이 필요함을 인식했으나 적층제조기술에 대한 경험이 전무했다.

이에 누바시브는 적층제조 공정구축을 위해 협력이 가능한 전문성 있는 파트너사를 찾기 시작했다. 파트너 선정에 있어 중점을 둔 것은 새로운 방식으로 제품을 제작하기 위한 소프트지원, 기술의 품질과 신뢰성, 협업을 통한 상호 발전 가능성 등이었다. 철저한 검증 후에 회사는 DMP(Direct Metal Printing) 기술과 적층제조 전문인력을 보유하고 있는 3D시스템즈를 선택하게 됐다.

양사는 적층제조기술로 최적의 Modulus®를 제작하기 위해 위상최적화 설계부터 시작했다. 다양한 방법으로 다수의 파일을 반복 생성했으며, 3D시스템즈는 제작기술, 소재 물성 및 잔류소재 제거에 대한 핵심전문지식을 제공했다.

이 과정에서 3D시스템즈의 고객혁신센터(CIC)가 활용됐다. 이 시설은 프리미엄 장비, 소프트웨어 및 재료와 함께 설계 및 제조능력을 포함한 토털 적층제조 솔루션을 제공한다. 어플리케이션 개발 및 프런트엔드 엔지니어링, 장비검증, 프로세스검증, 부품검증 및 생산에 이르기까지모든 것을 지원할 수 있어 다양한 기업들의 제조혁신 가속화에 기여하고 있다. 누바시브는 설계에서 생산에 이르기까지 대규모 초기투자를 하지 않고도 다양한 기술을 활용할 수 있었다.

이를 통해 제작된 Modulus®은 다공성 구조에 하중의 균형을 이루며, 각각의 독립적인 SKU는 방사선량 향상에 최적화 돼있다. 또한 구조나 기능적 목적에 부합하지 않는 부분을 제거함으로써 강도에 영향을 미치지 않으면서 가벼워졌으며 최적화 된 격자구조는 완전한 다공성 구조를 제공해 뼈성장시 도움이 되는 환경을 조성한다.

양사는 협업을 통해 적층제조 생산공정도 구축했다. 또한 새로운 기술로 제품을 생산하기 위해선 새로운 FDA 인증이 필요하기 때문에 3D시스템즈는 그간 고객사들과 축적해온 제조 재현성에 대한 데이터를 제공하고 인증 문제를 지원하는 전문팀의 지원을 통해 이러한 문제를 해결했다.

누바시브는 현재 DMP 기술을 활용해 사내에서 타이타늄 소재로 제품을 3D프린팅하고 있으며 연구개발과 시제품제작에도 기술을 적용, 생산공정을 지속적으로 개발하고 있다.

누바시브 제품개발 책임자인 말릭은 “우리는 새로운 기술을 사용해 환자의 임상결과 개선을촉진했다”며 “3D시스템즈와의 협력을 통해 우리가 제품을 디자인하고 제작하는 것 외에도 생산공정을 구축할 수 있는 능력을 갖추게 됐다는 것을 자랑스럽게 생각한다”고 밝혔다.

▲ 3D시스템즈는 DMP 기술로 고객사의 금속 적층제조 부품 상용화를 지원한다.