[SL / SLA]3D프린터를 활용한, 저렴한 맞춤형 보철물 제작

3D프린터를 활용한, 저렴한 맞춤형 보철물 제작

Partial Hand Solutions가 Fuse 1과 Fuse Sift를 사용해 고성능 환자 맞춤형 3D 출력 보철을 생산하는 방법을 알아보십시오.









소개



Partial Hand Solutions는 모든 연령대의 신체 절단 환자를 위한 더 나은 기술에 전념하고 있습니다. 회사는 2007년 창립 이래로더 광범위한 보철 요구사항을 필요로하는 어린이들과 함께 일부 손 또는 손가락 절단 수술을 받은 많은 현역 군인들과 일반인을 위한 기술적 솔루션을 제공해왔습니다. 


설립자 Matthew Mikosz는 장기간 사용할 수 있는 환자 맞춤형 보철을 만들어 왔지만, 최근까지 내구성과 맞춤형 보철을 좀 더 저렴한 가격에 제공할 수 있는가 하는 근본적인 문제를 해결하는 데 어려움을 겪었습니다. 


지난 2년 동안 Matthew는 아웃소싱 사출 성형 워크플로를 사용하여 젊은 환자 및 노년 환자를 위한 이동성과 기능성을 향상시킨 보철 손가락을 제공할 수 있었습니다. 그러나 환자 각각은 제각기 달랐고 아웃소싱된 부품들은 다섯 가지 크기 중 한 가지로만 제공됐으며 배송까지는 최대 2주가 걸립니다. 


설립자 Matthew Mikosz는 진정한 환자 맞춤형 결과를 제공해 현재까지 보지 못한 제품을 제공하고자 합니다. 시간이 지나고, 그는 목표를 달성하기 위해 사출 성형 기계부터 광경화 수지 조형 방식(SLA), 융합적층모델링(FDM) 3D 프린터에 이르는 다양한 기술을 찾아보았습니다. 그가 항상 관심을 가져왔던 분야 중 하나는 3D 출력된 SLS 나일론 부품이었지만, 비용이 많이 들기 때문에 선택적 레이저 소결(SLS) 3D 프린팅으로 실제 실험을 할 수는 없었습니다. 


최근 Matthew는 Fuse Sift 후처리 과정 스테이션과 함께 Formlabs의 새로운 Fuse 1 SLS 프린터를 사용할 기회를 가졌고, 이는 맞춤형 보철의 새로운 가능성을 열어주었으며 부품당 훨씬 저렴한 가격으로 제공할 수 있게 되었습니다. 


"저는 언제나 SLS 프린터를 원했습니다. 하지만 현 가격대로는 구할 수가 없었죠. 
Fuse 1은 Partial Hand Soultions와 같은 소규모 사업에 정말 적합합니다."






Formlabs의 SLS 프린터는 무엇입니까?



선택적 레이저 소결
 
레이저를 사용해 고분자 파우더의 
작은 입자를 3D 모델을 기반으로 고체 구조로 
소결하는 기술 입니다.
Fuse 1

저렴한, 경쟁력있는 출력 품질을 갖춘 Formlabs 의
바로 생산할 수 있는 SLS 3D 프린터, 소형 풋프린트 및 
단순한 워크플로입니다.
Fuse Sift

Fuse 1의 파우더 회수 스테이션으로, 빌드 챔버에서
출력을 제거하고, 부품을 청소하고, 흩어진 파우더을
선별하고, 파우더를 재사용하는 데 사용됩니다.



Fuse 1과 Fuse Sift를 완비한 Matthew는 마침내 고성능 환자 맞춤형 3D 출력 보철을 생산할 능력을 가지게 됐습니다. 처음으로 그는 경량이고 내구성을 갖춰 소규모 사업 예산에 적합한 오래가는 부품을 프린팅했습니다. 


Matthew가 이전에 사용한 다른 SLS 프린터와 Fuse 1 SLS 3D 프린팅에는 어떤 차이가 있을까요? 

Matthew는 두 가지 핵심 장점을 밝혔습니다. 


1. 비용 절감 및 설계 시간을 최대화하는 효율적인 워크플로. 

2. 그의 소규모 사업이 뛰어나고 오래 가는 맞춤형 보철을 생산할 수 있도록 해주는 고품질 부품








파트 1: SLS 워크플로



 "Fuse 1과 Fuse Sift는 함께 놀라운 작업을 선보입니다. 

또한 이 캘리버 툴에서 제가 기대한 것에 정확히 맞아떨어져요."


많은 유능한 디자이너들과 마찬가지로 Matthew도 체계적으로 사무실 공간을 구성하고 있습니다.
효과적인 워크플로는 시간 낭비와 낭패를 줄이는 데에 아주 중요합니다. 가장 중요한 점은 설계 작업에 더 많은 시간을 쏟고 더러워진 부품을 청소하는 데에 시간을 감소시켜 준다는 것입니다. 


Matt의 Fuse 1 및 Fuse Sift는 함께 작동하도록 제작됐습니다. Formlabs는 사업 규모와 무관하게 산업 품질의 3D 프린팅 관리를 할 수 있도록 하는 적층 워크플로 설계로 잘 알려져 있습니다. Fuse 1과 Fuse Sift의 결합은 수년 간의 설계 및 제품 테스트의 결과로, 시중에서 가장 간단하면서도 효율적인 SLS 워크플로를 제공합니다. 


보철 소아용 M 핑거를 만들 때 Matthew는 다음과 같은 과정을 따릅니다. 


1. PreForm에서 파일 준비하기. Matthew는 시제품 부품에 사용하는 두 개의 Form 2 데스크탑 광경화 수지 조형 방식 프린터를 가지고 있어서, Formlabs 프린터용 출력 준비 소프트웨어인 PreForm 사용 경험이 풍부합니다. PreForm은 사용하기 쉽게 설계되어 있으며, 그의 과거 경험으로 인해 전환이 훨씬 쉬워졌습니다.


"Formlabs 프린터를 이전에 사용한 적이 없어도 PreForm은 설치하기 정말 쉬워요. 

출력 파일 준비를 정말 손쉽게 만들어 주죠."


2. Fuse 1 준비하기. 파우더가 Fuse 1에 추가되고, 깨끗한 광학 카세트가 삽입됩니다. Fuse 1 은 각 절차를 단계별로 설명하는 서면 및 시각 지침과 함께 터치스크린에 내장형 사전출력 체크리스트와 함께 제공됩니다. 


"프로세스를 몇 번 경험해보고 나서는 더 이상 지침을 필요로하지 않게 됐어요. 

몇 번 출력해본 뒤에 프린터의 요령을 파악했죠." 


3. 출력 이후 부품 교체하기. Fuse Sift는 사용한 파우더와 새 파우더를 자동으로 분사 및 혼합하여 폐기물을 줄이고 파우더 공급을 제어할 수 있습니다. Nylon 12 Powder는 30%의 재료 교체율로 견고하고 완전한 기능성 부품을 생산할 수 있어, 사용자는 최대 70%의 재활용 파우더로 출력할 수 있음을 의미합니다. 


"Fuse와 Sift는 아름답게 설계됐어요. 기계에서 부품을 빼내고 2피트를 

걸어Fuse Sift에서 청소할 수 있다는 것은 정말 환상적이죠." 


4. 부품 염색 및 조립. 부품을 페인트 스프레이, 래커 처리, 전기 도금 및 코팅하여 예를 들어, 방수(코팅) 및 전도성(전기 도금)과 같은 다양한 색상, 마감 및 특성을 달성할 수 있습니다. Matthew는 M 핑거를 프로급 염료 용액이 들어간 가열된 물에 넣어 10분간 저어줍니다. 이를 통해 그의 부품을 아름다운 검은색으로 마감해 줍니다. 


소아용 M Finger(맞춤형 성형, 고강도 제어 가능 보철 손가락)를 만들 때 소프트웨어에서 출력한 뒤 후처리 과정에 이르기까지 이 과정을 통해서 Matthew는 단일 프린터로 고품질 최종 사용자 보철을 단 이틀 만에 만들 수 있습니다. 


SLS로 출력할 때, 파우더를 재활용할 수 있는 능력은 소규모 사업에 중요합니다. Fuse 1은 부품당 최저 비용으로 최대 처리량을 제공할 수 있도록 세심하게 설계됐으며, 각 출력 실행을 극대화할 수 있도록 조밀한 포장이 가능케하는 빌드 플랫폼을 사용합니다. Fuse 1과 Fuse Sift는 작동만 하면 다음 배치로 넘어갑니다.


 




파트 2: 나일론 부품의 장점 



Mattew는 그의 단일 Fuse 1 3D 프린터로 사출 성형 아웃소싱 워크플로를 완전히 대체할 수 있었습니다. 이는 부분적으로 Fuse 1이 고품질 부품을 효율적으로 만들 수 있기 때문입니다. 


Matthew는 Fuse 1 나일론 부품이 네 가지 대표적인 장점을 있다고 말합니다. 


1. 저렴한 재료 비용. 나일론은 저렴한 재료이며 Fuse 1은 폐기물 최소화를 위해 재사용 파우더로 출력할 수 있도록 최적화 되어있습니다. 


"저는 나일론 파우더가 비싸다고 생각했는데 부품당 비용을 계산해 보면 

출력당 가격이 저렴했어요." 


2. 자유로운 설계. 출력하는 동안 부품은 파우더로 서포트되어 어떤 서포트도 필요로하지 않습니다. 이를 통해 돌출부 특징, 난해한 형상, 연동 부품, 내부 채널 및 기타 복잡한 설계를 쉽게 출력할 수 있습니다. 


"Fuse 1을 사용해 미래의 설계 작업에 대한 지평을 넓혔어요. 

지금 저는 어떻게 제 작업을 발전시키고 더 나은 환자 결과를 만들 수 있을까 생각해요." 


3. 높은 생산성과 처리량. SLS 프린팅은 기능적이고 내구성을 갖춘 프로토타입 및 최종 사용 부품을 위한 가장 빠른 선택적 레이저 소결 기술입니다. 가용 빌드 공간을 최대화하기 위해 출력 중에 많은 부품들은 조밀하게 배열할 수 있습니다. 


"프린터의 전체 빌드 플랫폼을 위해 이틀만 기다리면 사출 성형 부품이 

도착하길 기다리던 몇 주의 시간을 없앨 수 있습니다." 


4. 검증된 최종 사용 소재. Fuse 1의 나일론 프린트는 사출 성형 또는 고급 SLS 기계와 같은 기존 제조 방식으로 만든 것과 유사한 기계적 특성을 보유한 고품질 열가소성 수지입니다. 


"저는 이전에 HP SLS 프린터를 사용했어요. 

Fuse 1 부품은 HP에서 받은 것보다 더 낫진 않을지 몰라도 좋아 보여요."








M Finger: 후처리 과정 단계 제거하기 



M Finger는 Partial Hand Solutions의 주요 제품입니다. 또한 원래 아프가니스탄에서 귀국하는 군인을 위해 개발되었습니다. 

최소 이동 부품 간격을 적용해 Matthew는 최소한의 후처리 단계로 기능적 관절을 출력할 수 있습니다. 

Matthew는 이렇게 말합니다. 


"향후 조립 시간을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이 부품들은 원하는대로 

부드럽게 움직일 뿐더러 최소한의 유격만 있죠. 기능적 관절 출력 능력에 감명받았어요. 

이 부품들을 다시는 아웃소싱하지 않을 거예요." 


기능하는 관절을 출력할 수 있는 이같은 유형의 사전 조립은 Matthew의 이전 아웃소싱 워크플로에 있던 전체 후처리 과정을 없애는 SLS 프린팅만의 특징입니다. 

Fuse 1의 컴팩트한 크기는 작업대에 많은 공간이 필요치 않지만, 처음에 Matthew는 필요한 부품의 최대 출력이 가능할 지 확신할 수 없었습니다. 하지만 빌드 챔버에 부품을 패킹하기 시작하며 그는 Fuse 1의 간소한 외관은 그저 겉모습에 불과할 뿐인 것을 알았습니다. 


"처음에 저는 Fuse 1 빌드 최대 출력이 너무 작다고 생각했어요. 

하지만 거기에 많은 부품을 넣을 수 있거든요. 160개 손가락을 이틀 만에 출력할 수 있어요. 

그건 정말 대단한 거죠." 


앞으로 Matthew는 M Finger를 개선하기 위해 새로운 손가락 설계를 지속적으로 개발하고자 합니다. 그는 사내 SLS 3D 프린팅이 미래의 환자들을 위해 매력적인 보철을 만들 수 있는 새로운 기술의 길을 열었다 믿습니다.






탄소 섬유 대체하기: 소켓

위의 Titan 손가락은 환자의 신체에 연결된 3D 출력 소켓에 연결됩니다. 손가락과 함께 소켓은 부착형 그립 도구와 같은 다른 유형의 보철 장치를 사용할 수 있도록 합니다. 전통적으로 Matthew는 탄소 섬유를 사용해 소켓을 만들었습니다. 이는 비싸고 노동집약적 과정을 요구합니다. 


이제 다양한 소켓을 사내에서 저렴하게 제작할 수 있으며, 특정한 환자의 요구에 맞추어 다양하게 맞추거나 조정할 수도 있습니다. 무엇보다 그의 탄소 섬유 부품과 비교했을 때, 소켓의 품질과 기능이 유지되어 환자에게 직접 제공되는 최종 사용 부품으로 사용될 것입니다. Matthew는 다음과 같이 말합니다.

"이 Fuse 1 출력은 레이어 선을 발견할 수 없습니다. 저는 권장 허용 오차를 따랐는데 
부품이 나온 결과에 깜짝 놀랐죠. 소켓의 마감 품질이 정말 뛰어납니다. 
부품의 전체적인 품질에 놀라기도 했지만 기쁨을 감출 수가 없었어요. 
프린터에서 바로 사용할 수 있어요."


프린팅 크기: 엘보우

보철이 필요한 소아환자의 경우, 종종 성인용으로 제작된 부품을 안장과 함께 착용합니다. 이 부품들은 표준화된 보철이 제공되는 연령이 될 때까지 아이들에게 무거울 수 있습니다.

Matthew는 이 10세 소년을 위해 Fuse 1 나일론 부품으로 소아용 엘보우와 숄더를 설계했고, 슬라이딩 액션과 조립시 작동하는 래칫을 포함합니다. 크기에도 불구하고 숄더는 Fuse 1 에서 나일론 품질에 기대하는 부품 품질을 유지하고 있습니다. 부품의 크기를 고려했을 때, Matthew는 작은 틈새와 남은 파우더가 줄어들어 손가락보다 Fuse Sift에서 숄더를 청소하는 것이 더 쉽다는 것을 알았습니다. 엘보우가 출력 시간이 작은 부품보다 더 오래 걸렸지만, Matthew는 다음과 같이 말합니다.

"크기를 고려했을 때 이렇게 큰 부품에 대해 시간은 적절했다고 봐요."








의료 용구를 위한 Fuse 1 SLS 3D 프린터 



Formlabs는 Fuse Sift 파우더 회수 스테이션과 함께 아웃소싱 비용을 줄이고 모든 규모의 사업체에서 처리 시간을 늘릴 수 있는 Fuse 1 SLS 3D 프린터를 제공할 수 있어 무척 기쁩니다. 첫 번째 개념 설계 반복부터 즉시 사용할 수 있는 생산, 생체적합성을 갖췄으며 살균 가능한 제품을 즉시 생산 가능한 Nylon 12 Powder로 제조하기까지 전체 제품 개발 과정을 제어할 수 있습니다. 작은 설치 면적 및 간단한 워크플로를 갖춘 저렴한 SLS 3D 프린터 Fuse 1을 통해 마침내 고성능 3D 프린팅이 가능해졌습니다. 


맞춤형 환자 보철, 의료 장치 시제품, 수술 도구, 그 어떤 것을 출력하든 Fuse 1은 환자에게 사용할 수 있는 믿을 수 있는 맞춤형 제품 고성능 의료용 3D 출력을 지원합니다. Matthew는 처음 Fuse 1을 받았을 때 기대한 것보다 혜택의 조합이 훨씬 훌륭하다고 느꼈으며 다음과 같이 자신있게 말했습니다. 


"이 기계가 좋아요. Fuse 1, Fuse Sift와 함께 모든 게 가능해졌죠. 

저는 Fuse 1에 별 다섯 개를 줄 거예요."


SLS를 사용해 보고 Fuse 1 프린터를 직접 체험할 준비가 되셨다면, 무료 Nylon 12 Powder 샘플 부품을 저희에게 문의해 주세요.


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[출처] https://media.formlabs.com/m/2e5847cd0893fe14/original/-KO-P-Affordable-SLS-3D-Printing-For-Patient-Specific-Prosthetic-Solutions.pdf

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