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의안 제작을 위한 광경화 방식 3D 프린터에 적용 가능한 소재 선정 및 장비 최적화를 위한 실험적 연구
Optimization Research of 3D Printer Associated with Properties of Photocurable Resins for Ocular Prosthesis Producing 원문보기

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.40 no.2, 2019년, pp.55 - 61  

김소현 (연세대학교 의과대학 의학공학교실) ,  윤진숙 (연세대학교 의과대학 안과학교실) ,  유선국 (연세대학교 의과대학 의학공학교실)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, various researches on materials and equipment have been actively conducted to overcome the limitations of conventional output methods due to the increase of diversity of 3D printing materials and to adopt an output method suitable for the characteristics of each material. As the range appl...

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문제 정의

  • 이에 본 연구에서는 환자의 안구 결함부위를 본 뜬 인상제를 스캐너를 이용하여 정밀하게 스캔 후 개인 맞춤형 의안 모형을 디자인 하였다. 다음으로 출력물의 생물학적 안전성 평가를 바탕으로 의안 제작에 적합한 소재를 선별하고, 반복 조형 실험을 통해 출력물의 품질을 향상시키고자 하였다.
  • 본 연구에서는 3D 프린팅 기술을 개인 맞춤형 의안(ocular prosthesis) 모형 제작에 활용하고자 한다. 의안이란 다양한 안구 질환, 종양, 산업재해, 교통사고 등에 따른 눈의 외상으로 시력을 상실한 환자가 미용상의 목적으로 사용하는 안구보형물을 의미한다[9].
  • 본 연구에서는 기존 3D프린터 활용 소재의 한계를 벗어나 의안 모형에 적용 가능한 생체적합 소재를 탐색하였으며, 세포독성실험과 열 안전성 실험을 통해 최적 소재를 선정하였다. 또한 소재의 특성에 따라 3D 프린팅 장비를 개선 하였으며, 우수한 품질의 안구 모형을 안정적으로 출력하기 위 해 3D 프린터 파라미터를 최적화하였다.
  • 에 따르면, 의료기기 2등급 생물학적 안전성 평가 항목에는 세포독성, 감작성, 자극성 시험이 포함되어 있다. 본 연구에서는 상기 항목 중 안전성 평가의 기본이 되는 세포독성시험을 수행하였다. 세포독성시험은 ISO 10993-5 시험법(biological evaluation of medical devices, part 5; tests for in vitro cytotoxicity)에 준하여 수행하였다.
  • 또한 광량(light intensity), 조사시간(exposure time), 경화두께(resin thickness) 등 3D 프린팅 파라미터를 최적화 함으로써 출력 성공률과 경화 품질을 향상시킬 수 있다[19]. 본 연구에서는 선정된 소재의 특성에 따른 광경화 공정 영향인자를 실험적으로 분석하였으며, 이를 바탕으로 의안 제작을 위한 3D 프린팅 장비를 최적화하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3D 프린팅은 무엇인가? 3D 프린팅은 적층제조(AM, Additive Manufacturing) 또는 임의 형상 제작의 제조방식으로 3차원 모델 데이터를 활용하여 객체를 만들기 위해 소재를 적층하는 프로세스를 의미한다[1]. 3D 프린팅은 1984년 최초로 개발된 이래 관련 기술의 발전으로 다양한 분야에서 크게 성장하였으나, 활용 가능한 소재의 한계로 인해 사용 범위에 제한이 있었다[2].
의안 제작에 3D 프린팅 기술을 도입했던 Fripp Design & Research의 한계점은 무엇인가? 이들은 의안 모형에 다양한 색상의 홍채를 제작하였으며, 시간 당 150개의 의안을 만드는데 성공하여 기존 방식에 비해 비용과 제조시간을 낮추었다. 그러나 해당 연구에 사용된 수지와 잉크는 의료용으로 적합하지 않으며, 의안 모형과 홍채 이미지가 한정되어 현장 활용도 측면에서 한계점을 지니고 있다. Alam, Md Shahid, et al.
임상용 CT의 단점은 무엇인가? 9 g으로 경량화할 수 있음을 시사하였다. 하지만 임상용 CT를 사용하여 스캔 하는 것은 일반인이 접근하기 어려운 방법이며, 통상 활용되는 CT(정밀도: 2.5-1.0 mm)는 휴대용 스캐너(정밀도:5-12 µm)에 비해 데이터의 품질이 낮다는 단점을 지닌다. 뿐만 아니라 상기 연구에서는 출력물의 생물학적 안전성이 평가되지 않아 활용 가능성을 검증할 수 없었다.
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참고문헌 (22)

  1. ASTM Committee F42 on Additive Manufacturing Technologies, and ASTM Committee F42 on Additive Manufacturing Technologies. Subcommittee F42. 91 on Terminology. Standard terminology for additive manufacturing technologies. ASTM International, 2012. 

  2. Transparency Market Research, "3D Printing in Medical Application Market: Future Trends and Forecast," 2015. 

  3. COOPERSTEIN, I. LAYANI, M. MAGDASSI, S, "3D printing of porous structures by UV-curable O/W emulsion for fabrication of conductive objects," Journal of Materials Chemistry C, vol. 3, no. 9, pp. 2040-2022, 2015. 

  4. POSTIGLIONE, Giovanni, et al, "Conductive 3D microstructures by direct 3D printing of polymer/carbon nanotube nanocomposites via liquid deposition modelling," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 76, pp. 110-114, 2015. 

  5. Park, S. H., Park, J. H., Lee, H. J. and Lee, N.K., "Current Status of Biomedical Applications Using 3D Printing Technology," Journal of the Korean Society of Precision Engineering, vol. 31, no. 12, pp. 1067-1076, 2014. 

  6. Webb PA, "A review of rapid prototyping (RP) techniques in the medical and biomedical sector," J Med Eng Technol , vol. 24, pp. 149-153, 2000. 

  7. He Y, Xue GH, Fu JZ, "Fabrication of low cost soft tissue prostheses with the desktop 3D printer," Sci Rep, vol. 4, pp. 6973, 2014. 

  8. Schubert C, van Langeveld MC, Donoso LA, "Innovations in 3D printing: a 3D overview from optics to organs," Br J Ophthalmol, vol. 98, pp. 159-161, 2014. 

  9. Allen, Lee, and Howard E. Webster, "Modified impression method of artificial eye fitting," American journal of ophthalmology, vol. 67, no. 2, pp. 189-218, 1969. 

  10. Cain, Joseph R, "Custom ocular prosthetics," The Journal of prosthetic dentistry, vol. 48, no. 6, pp. 690-694, 1982. 

  11. Griffiths A. 26 November 2013. http://www.dezeen.com/2013/11/26/3d-printed-prosthetic-eyes/#disqus_thread, accessed on 5 Jan. 2016. 

  12. Alam, Md Shahid, et al, "An innovative method of ocular prosthesis fabrication by bio-CAD and rapid 3-D printing technology: A pilot study," Orbit, vol. 36, no. 4, pp. 223-227, 2017. 

  13. EnvisionTEC, "Advanced DLP For Superior 3D Printing," EnvisionTEC white papers, 2017. 

  14. Zhu, Feng, et al, "3D printed polymers toxicity profiling: A caution for biodevice applications," Micro+Nano Materials, Devices, and Systems, vol. 9668. International Society for Optics and Photonics, 2015. 

  15. Beckwith, Ashley L., Jeffrey T. Borenstein, and Luis Fernando Velasquez-Garcia, "Monolithic, 3D-Printed Microfluidic Platform for Recurnapitulation of Dynamic Tumor Microenvironments," Joal of Microelectromechanical Systems, vol. 27, no. 6, pp. 1009-1022, 2018. 

  16. Kortes, J., et al, "A novel digital workflow to manufacture personalized three-dimensional-printed hollow surgical obturators after maxillectomy," International journal of oral and maxillofacial surgery, vol. 47, no. 9, pp. 1214-1218, 2018. 

  17. Nagib, Riham, et al, "Dimensional Study of Impacted Maxillary Canine Replicas 3D Printed Using Two Types of Resin Materials," MATERIALE PLASTIC, vol. 55, no. 2, pp. 190-191, 2018. 

  18. Gaynor, Andrew T., et al, "Multiple-material topology optimization of compliant mechanisms created via PolyJet three-dimensional printing," Journal of Manufacturing Science and Engineering, vol. 136, no. 6, pp. 106-101, 2014. 

  19. COMPSTON, Paul; DEXTER, David, "The effect of ultraviolet (UV) light postcuring on resin hardness and interlaminar shear strength of a glass-fibre/vinylester composite," Journal of Materials Science, vol. 43, no. 14, pp. 5017-5019, 2008. 

  20. VAZ, Nuno A.; SMITH, George W.; MONTGOMERY JR, G. Paul, "A light control film composed of liquid crystal droplets dispersed in a UV-curable polymer," Molecular Crystals and Liquid Crystals, vol. 146, no. 1, pp. 1-15, 1987. 

  21. SEETON, Christopher J, "Viscosity-temperature correlation for liquids," In: STLE/ASME 2006 International Joint Tribology Conference. American Society of Mechanical Engineers, pp. 131-142, 2016. 

  22. RUEGGEBERG, F. A., et al, "Factors affecting cure at depths within light-activated resin composites," American journal of dentistry, vol. 6, no. 2, pp. 91-95, 1993. 

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