샌디에이고에 위치한 정형외과 의료기기 제작 전문 회사 누바시브(NuVasive)는 2015년에 이미 적층 제조 기술의 가능성을 눈여겨보고 있었습니다. 즉, 복잡한 설계의 위상 최적화가 가능한 적층 제조 기술이 향후 인공 척추 설계와 의료기기 제조 산업의 전반적인 패러다임에 커다란 변화를 가져다 줄 것이라고 확신한 것입니다.

곧이어 누바시브는 적층 제조 프로세스를 위해 서비스 및 제조 제공 업체와 긴밀히 협력할 필요가 있다고 판단하였고 적층 제조 기술의 장점을 누구보다 빨리 적용하여 2017년에 임플란트 라인 Modulus를 시장에 선보였습니다. 그들이 고작 14 개월 만에 성과를 거둘 수 있었던 배경에는 전문성을 갖춘 파트너 선정, 전략적인 혁신과 뼈를 깎는 노력이 있었습니다.

누바시브가 시장에 선보인 제품이 전통적인 절삭 방식으로 제조된 제품이었다면 물론 놀랄만한 일이 아니었을 것입니다. 그들이 시장의 주목을 받은 이유는 기존과는 완전히 새로운 방식인 적층 제조 기술을 활용했기 때문이었습니다.

인체 삽입형 의료기기 제작에 있어 가장 중요한 부분은 품질과 신뢰성입니다. 3D 프린팅을 통해 임플란트 제품을 만들기 위해 소프트웨어 응용 프로그램과 전문가의 지원이 필요했던 누바시브는 다방면에 거쳐 조사를 했고 꼼꼼한 검수 끝에 DMP(Direct Metal Printing) 장비와 3D Systems의 전문가들을 파트너로 선택했습니다. 애플리케이션 엔지니어 및 적층 제조 전문가로 구성된 3D Systems 전문가 팀의 도움으로 누바시브는 결국 Modulus 상용화에 성공했습니다.

위 사진이 바로 Modulus 라인입니다. Modulus 라인은 새로운 기술을 활용한 새로운 장치 개발에 초점을 두지 않고 최적화된 장치를 공급하는 것에 집중했습니다. 그 결과 Modulus 라인은 다공성 구조에 하중 균형을 이룰 수 있었고 각각의 독립적인 SKU의 방사선 투과성 역시 향상시킬 수 있었습니다. 

어떻게 이런 성과를 이루어냈을까요? 누바시브는 장치 설계의 전반적인 과정에서 구조 혹은 기능성 목적에 어울리지 않는 소재를 제거하는 알고리즘 기반 설계 전략인 topological optimization(위상학적 최적화)를 사용했습니다. 위상학적으로 최적화된 부품은 뛰어난 강도와 가벼운 무게를 자랑합니다. 또한 더 나은 이미징 특성을 촉진하여 외과의가 골격 융합을 더 잘 볼 수 있도록 합니다. 추가로 최적화된 격자 구조를 통해 만들어지는 다공성구조는 뼈 성장에 도움이 되는 환경을 조성하기도 하죠.

누바시브의 한 관계자는 "우리는 우리가 전에 할 수 없었던 일들을 해내고 싶었다. 이 장치는 단순히 새로운 기술을 활용했다는 것 이상의 의미를 담고 있다. 이 장치가 특별한 이유는 바로 새로운 기술을 통해 환자의 임상 결과를 개선시켰기 때문이다" 라고 전했습니다.

누바시브는 3D Systems의 전문가 팀과 함께 다수의 파일을 반복적으로 생성하며 연구를 이어나갔습니다. 3D Systems의 전문가 팀은 기술적 도움을 최대한으로 제공했고 이를 바탕으로 누바시브는 설계에서 생산까지 전반적인 연구에 필요한 대규모 초반 자본 없이도 다양한 기술을 활용하며 성과를 낼 수 있었습니다.

Modulus 라인의 상용화까지 걸린 시간은 약 14개월로 기존 제조 공정과 큰 차이가 없었습니다. 하지만 적층 제조 기술을 처음 적용했음에도 기존 방식과 동일한 속도를 유지했다는 점에서 큰 의미가 있습니다.

누바시브는 현재 회사 내에서 DMP 3D 프린터를 활용하여 R&D 시제품 제작 및 생산 공정 혁신을 도모하고 있다고 하니 앞으로의 성장세가 기대되는데요, 다양한 산업에서 활용가치가 높은 금속 3D 프린터 DMP에 대해 자세한 상담이 필요하신 분은 한국기술로 꼭 문의해 주세요.