Sharp-E 뉴스 레터 2011 년 7 월

무릎, 엉덩이 임플란트를 연마해야 할 필요가 있는가?

 

2008-9년의 세계 금융 위기는 전 세계의 공구와 절단기 제조업체에 막대한 피해를 가져 와, 그 중에는 생산이 50-80%까지 줄어 든 업체들도 있습니다. 이 경기 후퇴 이후 다수의 회사들은 수시로 변하는 경제 상황으로부터 영향을 받지 않도록 다양화 전략을 모색하고 있습니다. 다양화 전략이란, 이상적으로 “불황의 영향을 받지 않는” 튼튼한 경제 토대에 기초하여 높은 성장을 보장하는 시장에서 고소득을 올릴 수 있는 투자 기회를 동반합니다.
 

이러한 이유로 정형외과용 임플란트 연마 분야는 CNC 공구 절단 산업에 종사하는 기존 및 신규 업체 모두에게 매력적인 다양화 전략이 되고 있습니다. 관절 재건 수술은 주로 무릎과 엉덩이, 어깨를 대상으로 시술되고 있으며, 위의 절차 모두가 제조 과정에서 전형적으로 연마 공정이 필요한 정형외과용 임플란트와 관련 기기를 동반하고 있습니다. 
 

이 분야의 성장과 기술의 발전은 연마 업체로 하여금 지금까지는 물론 향후에도 튼튼한 성장이 예견되는 수익성 높은 시장에 진출할 수 있는 문호를 열어 주고 있습니다. 적절한 기술에 투자하는 것은 이렇듯 발전하는 시장에서 경쟁력을 유지하는 데 결정적으로 중요합니다. 업종을 주도하는 CAD/CAM소프트웨어와 결합된 적절한 기계 공구야 말로 시장이 요구하는 것에 효과적으로 대응할 수 있는 방법을 제시합니다. 
 

무릎 임플란트와 골 줄 등의 정형외과용 기기를 연마하는 방법으로는 흔히Siemens PLM NX 와 같은CAD/CAM 패키지를 통한 생산을 들 수 있습니다. 기계의 NC 프로그램은 전형적으로 특정 기계를 목표로 하여 NC 포스트 프로세서를 통해 만들어 진 후 해당 부품을 제조하는 데 사용됩니다. 포스트 프로세서는 CAD/CAM 소프트웨어와 기계를 통합하는 데 중추적인 부분을 형성합니다. 따라서, 이러한 통합이 디자인과 생산 과정 동안 최대한의 유연성을 발휘할 수 있게 만전을 기하는 것이 중요합니다.
 

정형외과용 합금을 의료용 임플란트로 연마할 때 기하학적 요소와 표면 마무리에 필요한 요건을 충족시키는 일은 결코 수월하지 않습니다. CAD/CAM 소프트웨어와 기계의 통합이란 이상적으로 숫돌-드레싱 절차를 간편하고 유연하게 프로그램화할 수 있어야 하며, 또한 다양한 방법으로 연마 숫돌의 기하학적 요소를 황삭하고 정삭 할 수 있게 선택할 수 있는 자유로움을 허용해야 합니다. 또한 CAD/CAM 시스템의 역할과 기계의 역할이 뚜렷하게 구분 되어, 연마 절차의 변화 시 NC 프로그램이 CAD 모델에서 재생산 되어야 할 때 발생하는 비효율성을 피할 수 있어야 합니다.
 

2008년 당시 세계 정형외과용 의료기기 시장은 미화로 약 370억 달러[1] 규모로 추정되었고, 그 중   122억 달러[2]는 관절 재건 분야 (즉, 인공 임플란트)에서 나온 것이었습니다. 무릎과 엉덩이 재건이 사실상 관절 재건 분야를 크게 좌우하고 있으므로, 결국 CNC 연마기와 깊은 연관성이 있습니다. 왜냐하면 이 두 관절이 골줄/브로우치 등의 관련 기기와 마찬가지로 CNC 연마 기계 상에서 자주 제조되기 때문입니다.
 

엉덩이, 무릎 인공 관절은 2000년대 초반 이후로 전반적으로 꾸준한 두 자리 수의 수입 증가를 보여 왔으며, 세계 관절 재건 시장은 향후에도 연간오류! 책갈피가 정의되어 있지 않습니다. 9% 이상 성장할 것으로 예상되고 있습니다. 비록 정형외과용 의료기기 시장이 가장 빨리 성장하고 있는 것은 아니지만 무릎과 엉덩이 대체에 대한 수요는 세계에서 가장 높습니다 [3].

 

고관절 대체술에 사용되는 대퇴부 골 줄
 

이 분야의 성장은 다양한 사회적, 인구학적 추세에 힘입어 실질적으로 보장되어 있습니다. 즉, 고령화되는 인구가 관절 대체라는 의료 절차를 이전보다 쉽게 접할 수 있게 된 것과는 별도로, 전 세계 인구 중 합산하여 37%를 차지하는 인도와 중국 등 개발 도상국에 의해 그 성장이 가속화되고 있습니다. 이 성장 가능성을 강조하자면, 미국과 유럽이 현재 가장 큰 소비자로 전체 소비의 약 80% (미국 50%, 유럽 30%)[4]를 차지하고 있는 반면, 이 두 지역은 세계 인구의 17%에 불과합니다. 2008년에 무릎과 엉덩이 대체 분야는 미국 이외의 지역에서 17% 이상의 수입 성장을 보였는데, 이 수치는 미국 국내 성장률의 두 배를 웃도는 것이었습니다[5].  
 

지난 10년 동안 관절 재건 분야에서는 상당한 기술의 발전을 이룩하였습니다. 이러한 발전에서 나타나는 새로운 경향, 특히 무릎 인공 관절 분야를 예로 들면, 환자 개개인에 맞는 임플란트 개발을 들 수 있습니다. 3D 스캐너와 조각용 컴퓨터 응용 설계(CAD) 기술을 사용하여, 이제 환자 개개인에 맞는 임플란트 설계는 물론, 불과 몇 년 전에는 볼 수 없었던 높은 효율성과 저렴한 비용으로 제조할 수 있게 되었습니다. 정형외과용 임플란트에 대한 이러한 접근 방식은 일반적으로 제한된 범위의 기하학적 요소로 이루어진 현재의 기성 임플란트를 사용하는 것 보다 뚜렷한 이점이 있습니다. 
 

정형외과용 임플란트 연마를 위해 CNC 공구 연마기를 사용해야 하는 이유는 무엇인가?

 

정형외과용 임플란트 시장의 발달과 성장은 새로운 상품과 제조 과정에 대한 혁신을 가속화시키고 있습니다. 이 시장이 성별 및 환자 개개인에 맞는 임플란트 쪽으로 옮겨 감에 따라, 제조업체들은 최대한 비용의 효율성과 실용적인 제조 공정을 채택해야 합니다. 연간 무릎 대체술 건수가 수십만에 달하고 또한 매년 증가함에 따라, 낡은 제조 기술을 대체할 필요성과 맞물려 시장의 수요가 어떻게 새로운 기회를 창출하게 될 지를 예견하기는 어렵지 않습니다.  
 

정형외과용 임플란트를 수동으로 가공했던 것이 지난 8년에 걸쳐 서서히 CNC 연마로 대체되어 왔습니다. CAD/CAM 포스트-프로세싱 분야에서의 소프트웨어 개발은 상당한 생산력 향상을 가져 와, 최근 몇 년 사이에 새로운 CNC 연마 솔루션이 시장에 진출하는 결과로 이어졌습니다. 이것이 제작 소요 시간의 단축을 가져 와, 주문 제작형 임플란트는 환자 맞춤형 임플란트가 가져 오는 이윤의 마진과 함께 앞으로 전도 유망한 사업이 되게 하였습니다.    
 

5축 CNC 공구 연마기와CAD/CAM 소프트웨어 간의 통합은 정형외과용 임플란트 시장에 존재하는 어려움에 효율적인 솔루션을 제시하고 있습니다. 유연성과 생산성, 자동화, 주도적인 CAD/CAM 시스템과의 통합은 잠재적인 솔루션을 연구할 때 확인해야 할 중요한 성능입니다. 
 

왜 ANCA의 공구, 절단 연마기가 무릎, 엉덩이 임플란트 및 정형외과용 골 줄과 리머를 위한 최상의 선택인가?

 

ANCA는, CNC 공구 연마에 있어 업계의 리더로서 지난 25년간 절단기 산업에 연마에 관한 각종 솔루션을 제시해 왔으며, 창사 이래로 고객 맞춤형의 연마 솔루션을 제공하는 면에서 명성을 얻어 왔습니다. ACNA는 지난 수 년 간 Siemens PLM NX CAD/CAM 소프트웨어에서 나온 CAD 설계 부품을 연마하는 솔루션을 개발해 왔는데, 이는 정형외과용 임플란트 분야와 관련 산업 분야의 세계적인 리더들과 공동으로 이루어 낸 성과였습니다.
 

무릎 임플란트의 CAD 모델을 사용하여 연마 경로를 Siemens PLX NX 소프트웨어 내에서 정의
 

정형외과용 임플란트 연마에 대한ANCA의 솔루션은 기존 시스템과 비교하여 경쟁력 측면에서 매우 중요한 장점이 있습니다. 즉, Siemens NX 와 ANCA Toolroom 소프트웨어가 각각 담당하는 중요한 책임 범위를 명확하게 정의함으로써, 포스트 프로세서가 이 두 시스템을 최적의 환경으로 통합할 수 있게 개발한 것입니다. 포스트 프로세서가 일반적인 방법으로 연마 경로에 대한 정보를 생산하면 그 공정에 관련된 업무는 모두 ANCA 소프트웨어로 위임됩니다.   
 

제조 공정을 갖춘 연마 경로 생산을 논리  회로 상으로 분리하는 것은 본래 몇 가지 장점이 있습니다. CAD/CAM 시스템에서 연마 경로를 생산하는 것은 단 한 번이면 됩니다. 이것은 그 후 서로 다른 직경을 가진 숫돌이 황삭이나 정삭, 스파크아웃 작동에 쓰일 수 있는 기계에 사용되며, 이 때 모두 동일하게 산출된 데이터를 사용합니다. 숫돌 드레싱은 CAD/CAM시스템으로 되돌아 갈 필요없이 자연스럽게 이 시스템으로 잘 맞아 들어갑니다. ANCA CNC의 3D-CRC (공구 반경 보정) 의 특징은 수정된 연마 경로를 자동으로 계산하여 작동 중에 있는 새로운 숫돌의 직경을 조정합니다. 이로써 재래식 또는 초연삭 숫돌을 사용하여 숫돌이나 동일하게 산출된 NC 코드를 통해 부품을 연마할 수 있게 해 줍니다. 
 

이와 같은 접근 방식은 공정 인자 (process parameters) 를 조정해야 할 경우 CAD/CAM 소프트웨어에서 NC 코드를 다시 생산해야 할 번거로움을 없애 줍니다. 조정과 보정은 기계 상에 있는 연마 경로와 숫돌을 대상으로 직접 행해지며, NC 코드의 재생산이 필요한 것은 오직 부품의 기하학적 요소에 변화를 주어야 할 때에 한정됩니다. 즉, CAD 모델로 되돌아갈 필요성을 배제함으로써 생산 공정의 상당한 부분을 최적화 시킬 수 있습니다.    
 

또 다른 이점으로는 ANCA가 업계를 이끌고 있는 툴룸 소프트웨어 스위트를 사용할 수 있다는 것입니다. ANCA의 iGrind 공구 설계 소프트웨어는 생산된 NC코드가 전용의 iGrind 오퍼레이션 안에서 사용될 수 있게 하는 한편, 모든 공정 인자가 정의될 수 있게 해 줍니다. 이로써 CAD에서 생산된 오퍼레이션과 다른 표준 연마 오퍼레이션을 함께 사용할 수 있게 해 주며, 특수 부품 설계를 위한 유연성을 전적으로 가능하게 합니다. 이러한 접근 방식은 또한 필요할 경우 밀링과 드릴링 작업을 한 대의 기계에서 하나의 설정하에 실행할 수 있게 해 줍니다.   
 

CAD 에서 생산된 기하학적 요소를 ANCA iGrind 소프트웨어로 자연스럽게 통합하는 것은 추가 작업을 포함한 연마의 전 과정을 3D안에서 시뮬레이션 할 수 있음을 뜻하기도 하는데, 이는ANCA가 업계를 주도하고 있는 Cim3D 소프트웨어를 사용함으로써 가능합니다. 오프라인의 형상 검증과는 별도로 잠재적인 충돌이 감지될 수 있으며 사이클 타임을 추정하여 계산할 수 있습니다.  

ANCA TX7+는 정형외과용 임플란트 연마를 위해 가장 먼저 선택하는 ANCA기계입니다. 우수한 방진 기능을 위해 폴리머 콘크리트 베이스위에 만들어진 TX7+ 는 이렇듯 가장 어려운 작업을 수행할 수 있는 엔벨롭, 단단함, 정확성, 힘, 자동화 옵션을 제공합니다. TX7+ 는 37KW (49HP) 10,000RPM 스핀들은 물론, 순간 조정 HSK 아버가 달려 이차적으로 단단하게 탑재된 드레서 용으로 추가 기능을 수행할 수 있는 3000RPM 주축대 드레서를 갖추고 있습니다. 옵션인 P축은 CNC로 제어되는 방진구 이며 아로보텍(Arobotech)또는 CNC로 제어되는 심압되가 포함됩니다. TX7+에는 내장된 이중 휠팩 교환기가 장착되어 있으며 또한 옵션으로 최대 21세트의 휠팩 교환기 또한 사용 가능합니다. 자동 휠 눈막음 제거기(White-Sticking)도 구입 가능합니다. 
 

정형외과용 임플란트 응용 기기를 위한 자동화는 전형적으로Fanuc 로보트 로더를 사용하는 것으로부터 이점을 얻게 됩니다. 자동화 부품 로딩 기능을 제공하는 것과는 별도로 이 로보트는 해당 기계가 연마 작업을 수행하는 동안 로더 엔벨롭 내에서 폴리싱과 같은 이차적인 작업도 동시에 수행할 수 있습니다. 
 

ANCA 솔루션은 다양한 부품과 절단기를 연마할 수 있는 유연성을 제공함으로써 기계 활용과 다기능성 을 극대화 하도록 만전을 기하였습니다. 정형외과용 임플란트와 관련 기기와는 달리 표준의 절단 공구는 동일한 기계를 사용하여 제조될 수 있습니다. 선두를 달리는 소프트웨어 기능으로 운용되는 정확한 기계 공구에 투자하는 것이야말로 경쟁적인 시장, 특히 정형외과용 임플란트와 관련 기기 분야에서 성공할 수 있는 중요한 단계입니다.
 

오늘 가까운 ANCA 지점이나 판매처에 연락하여 직접 시연회를 예약하시면, 이 업계가 정형외과용 임플란트와 의료 기기 연마를 위해 ANCA TX7+ 를 선택하는 이유를 확인하실 수 있습니다.

 

참고 문헌

 

1 The Complete Guide to the Global Orthopaedic Market 2009, Espicom Business Intelligence (www.espicom.com), 2009.

2 The Future of the Orthopedic Devices Market to 2012, Global Markets Direct, Dec-2008, Report Code: GMDME0754MR

3 Global Orthopaedic Market - Focus on Hip and Knee replacement, A&M Mind Power Solutions, Jan 2010,

4 Hip and Knee Replacement Market: Overview of the US and European markets - growth in a mature market, Datamonitor, Oct 2006

5 For Orthopedic Devices, the Future Is Still Bright, Anthony G. Viscogliosi, Viscogliosi Bros LLC, May 2009

6 7월 2010