핀테크/웨어러블/3D프린터

Nikkei Monozukuri_2017.10. 특집요약 (p130~131)

3D 프린팅 임팩트
공업용을 저가로 사용하기 쉽게, 여러 대 사용 연속 조형으로 생산성 향상

2017년 6월, 미국 Formlabs과 New Balance가 신발의 미드솔(중창)을 3D프린터로 제조하는 것에 대해 제휴한다고 발표하였다. 재료나 장치도 신규로 개발하여 2018년에는 제조를 개시한다는 계획이다. 폼랩은 매사추세츠공과대학(MIT)발 벤처기업으로 2011년에 창업하였다. 저가의 고정밀도 3D프린터를 개발한다고 하여 클라우드 펀딩 ‘Kickstarter’에서 주목을 받았다. 2012년에 ‘Form1’을 제품화하였다.

Form1은 광경화성 수지에 선택적으로 빛을 비춰서 경화시키는 액조광중합(Vat Photopolymerization, 광조형(光造形))법의 3D프린터다. 수지 탱크의 투명한 밑변을 통해 빛을 비추는 규제액면법(規制液面法)을 채용하고 있다. 레이저광은 갈바노 미러(Galvanometer Mirror)로 주사(走査)하는 타입이다.

-- 60만 엔으로 고정밀의 광조형(光造形)을 --
폼랩이 지향하는 것은 ‘공업용도로 사용할 수 있는 정밀도를 갖추면서, 저비용으로 쉽게 사용할 수 있는 3D프린터’라고 폼랩의 최고제품책임자인 David Lakatos 씨는 말한다. 실제로 현행 기종인 ‘Form2’의 일본 시장에서의 가격은 약 60만 엔으로 광조형법의 3D프린터로서는 저가다.

수지 공급을 카트리지 방식으로 하거나 전처리용 소프트웨어나 조작 화면을 연구함으로써 폭넓은 분야의 유저가 간단하게 사용할 수 있도록 하고 있다. 정밀도 면에서는 탱크의 윗면부터 조형물을 뗄 수 있는 구조, 수지를 탱크 안에 균일 공급하는 구조, 재료 온도를 적절하게 유지하는 기능 등을 갖추고 있다.

조형재료로는 투명/백색/회색/검정색의 스탠다드 타입이나 유연성이 있는 소재와 더불어 2016년에는 내열성이 높은 소재나 Polypropylene(PP)-like의 고인성(高靭性)소재, Acrylonitrile∙Butadiene∙Styrene(ABS)-like의 고강도 소재도 추가한다. 또한 보석업계용 소재 등도 라인업에 확충한다.

현재보다도 유연성을 높인 재료 등도 개발하면서 조형재료의 라인업은 앞으로도 늘려간다. 세라믹스 분말을 혼합한 재료도 개발 중이라고 한다. 조형물을 구워서 굳히는 방법을 통해 세라믹의 입체 모델을 조형할 수 있다.

폼랩의 3D프린터는 현재 전세계에서 2만 500대, 일본에서도 1,000대 이상이 가동하고 있다고 한다. 2017년 4월에는 미국과 독일에 이어 3번째 사무실을 일본에 개설하였다. 데이비드 씨는 “유저의 기술 수준이 높은 일본 시장에는 크게 주목하고 있다”라고 말한다.

-- 연속 조형을 가능하게 하다 --
생산성을 높이는 시스템으로서 여러 대의 3D프린터를 이용하여 자동 처리하는 시스템 ‘Form Cell’의 개발도 추진한다. 3D프린터나 후처리 장치에 대한 조형 테이블의 탈착을 로봇(갠트리 시스템)을 통해 자동적으로 시행하는 것이다. 3D프린터에 의한 제조의 경우는 다른 공법과 마찬가지로 전공정과 후공정에서 사람 손에 의존하는 부분이 크다. 이것이 생산성 향상의 장해물이 된다. 특히 3D프린터의 경우는 후공정에서의 처리 공정 과정이 커지기 쉽다.

이에 대해 폼랩은 2017년 5월에 2종류의 후처리 장치를 발표하였다. 하나는 조형한 입체 모델의 표면에 남은 미경화 수지 등을 세정하는 ‘Form Wash’. 다른 하나는 Form Wash로 세정한 입체 모델에 자외선을 다시 조사(照射)함과 동시에 열을 가하여 수지 강도를 높이는 ‘Form Cure’다. Form Wash도 Form Cure도 후처리 장치의 첫 단계다. 앞으로도 후처리 장치의 확충을 추진해 나갈 방침이다.

-- 파우더베드 타입도 제품화 --
폼랩은 분말상 용융결합(Power Bed Fusion) 방식의 3D프린터 ‘Fuse1’의 개발도 추진하고 있다. 우선 사용할 수 있는 재료로서 폴리아미드(PA)12를 제공할 예정이다. 유저의 요구를 조사한 결과 90%는 PA12로 대응할 수 있다고 보고 있기 때문이다.

Fuse1의 경우는 열가소성 수지를 사용할 수 있기 때문에 공업용도에서의 응용 범위 확산을 기대할 수 있다. 예를 들면, 폼랩이 시작기를 사용하여 PA12로 자전거용 페달을 시작(試作)한 결과, 1년 동안 자전거에 장착한 채 사용할 수 있었다고 한다. Fuse1의 최대 조형 치수는 165X165X320mm다. 장치 본체 가격은 9,999달러다. 재료 재활용 등의 후공정 장치를 추가한 시스템은 1만 9,999달러를 상정하고 있다.

뉴발란스와의 협업처럼 폼랩이 주력하는 것은 공업용도의 제조 장치로서의 3D프린터다. 현시점에서는 조형 치수의 대형화나 금속 재료는 상정하고 있지 않지만 수지 재료의 라인업 확충이나 생산성 향상을 앞으로도 추진해 나간다.

-- 끝 --