일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.7.26

아식스, 3D프린터로 만든 샌들
수식을 사용한 새로운 방법으로 디자인

아식스는 3D프린터로 조형한 샌들 ‘ACTIBREEZE 3D SANDAL’을 개발했다. 수식화한 규칙에 근거해 신발의 구조를 결정하는 새로운 설계 기법을 채용했다.

경기나 연습을 마친 운동선수가 신는다는 가정 하에 만든 제품으로, 몸이 쉴 수 있도록 통기성과 쿠션성이 높은 디자인으로 되어 있다. 이번 개발을 통해 축적된 설계와 제조 기술을 활용해 앞으로 구매자의 발에 맞는 형태의 신발을 만들겠다는 구상이다.

“설계 기법이 기존과 완전히 다르다”. 아식스 스포츠공학연구소의 다카시마(高島) 연구원은 모든 것을 3D프린터로 제작한 신제품에 대해 이렇게 말한다. 아식스가 이용한 것은 ‘파라메트릭 디자인’이라고 하는 건축 분야 등에서 많이 활용되고 있는 설계 기법이다.

이 방법에서는 모양 그 자체가 아니라 모양을 만드는 규칙을 수식으로 정의한다. 수식이 포함하는 파라미터의 값을 바꾸면 엄청난 수의 디자인을 만들어낼 수 있다.

신제품은 경기나 연습 후 다리를 편안하게 할 목적으로 개발했다. 경기용 신발은 경기에서 성과를 내는 데 적합한 반면, 조임이 강하거나 쿠션성이나 통기성이 부족하다. 아식스의 조사에 따르면, 실제로 80%할 이상의 주자는 경기 후에 신발을 갈아 신었다.

그래서 경기 후에 신을 수 있는 착용성과 쿠션성, 안정성, 통기성이 뛰어난 새로운 유형의 신발을 개발하기로 했다. “그러한 특성을 실현하려면 모든 모양을 만들 수 있는 3D프린터가 적합하다고 생각했다”(아식스 스포츠공학연구소의 하라노(原野) 소장).

-- 컴퓨터가 설계안을 제안 --
샌들은 전체가 격자 구조로 되어 있다. 파라메트릭 디자인을 통해 격자를 구성하는 기둥 하나 하나의 방향과 수, 굵기 등을 유연하게 바꿔가며 디자인을 결정했다. 샌들 부위마다 격자의 밀도 등을 조정해 경도를 바꾸고 있다.

예를 들면, 뒤꿈치 부분은 촘촘한 격자 구조를 통해 단단하게 만들어 다리 부담을 줄였다. 통기성도 지금까지 없던 최고 수준을 실현했다. 다른 샌들이나 신발과의 비교 시험에서는 보행 시의 발바닥의 온도와 습도를 낮게 억제할 수 있었다.

다카시마 연구원은 파라메트릭 디자인을 사용하는 이점에 대해 “목적에 맞는 답을 얻을 수 있다”라고 말한다. 예를 들어, 통기성을 높이도록 파라미터를 바꾸면 컴퓨터가 통기성이 높은 형상을 제안해 준다.

개발 시간을 단축할 수 있는 것도 파라메트릭 디자인의 장점이다. 손으로 디자인을 하는 기존 기법으로는 그릴 수 없는, 신발 내부와 같은 복잡한 격자 형태의 3차원 구조 설계도 가능해 단기간에 많은 디자인을 검토할 수 있다.

2021년 후반에 신제품 구상이 제기된 이래 1년이 채 되지 않아서 출시에 도달했다. 기존 기법은 시작(試作)을 반복해야 하기 때문에 일반적으로 개발에서 발매까지 15개월 정도 걸렸다고 한다.

-- 조형에 반드시 필요한 돌출부 --
제조에는 미국 LuxCreo의 3D프린트 기술을 사용했다. 3D프린터는, 수지조에 넣은 액체 상태의 광경화성 수지에 프로젝터를 사용해 바닥면부터 자외선을 조사해 한층 더 경화시키면서 쌓아 올려가는 ‘DLP(Digital Light Processing) 방식’을 채택했다.

DLP 방식을 선택한 이유는 조형 속도가 빠르기 때문이다. 신발 한 켤레를 몇 시간 안에 만들 수 있다고 한다. 일반적으로 3D프린터는 양산에 적합하지 않다고 하지만 “아무것도 없는 상태에서 몇 시간 안에 제품이 완성되기 때문에 생산성은 좋다고 말할 수 있다”(하라노 소장).

한편, 제조할 때 어려웠던 점은 3D프린터로 생산 가능한 모양과 성능의 양립이었다고 한다. 신발의 3D 데이터가 완성돼도 3D프린터로 충실히 재현하지 못하는 경우가 있다. 예를 들면, 디자인 초안에서는 발등을 덮는 부분이 조형할 때 찌그러져 변형되었다고 한다. 그렇다고 찌그러지지 않도록 강도를 주면 착용감을 해칠 수 있다.

검토를 거듭한 결과, 발등을 덮는 부분 중에서 발등에 미치는 영향이 적은 부분에만 탄력을 주는 구조로 했다. “발등을 덮는 부분에 있는 돌출부를 통해 강도를 높이고 있다. 부자연스럽게도 보이지만 실은 이 부분이 생산을 위해서는 반드시 있어야 한다”(다카시마 연구원).

신제품은 22년 7월 20일에 아식스의 온라인 스토어를 통해 한정 수량으로 발매, 같은 날 모두 판매되었다. 아식스가 3D프린터로 만든 제품을 판매하는 것은 처음이다. 업체의 희망 소매 가격은 9,900엔(세금 포함)으로, 4종류의 사이즈를 준비했다.

아식스는 30년을 대비한 목표 중 하나로 ‘Personalize(개인 맞춤형)’를 꼽고 있다. 하라노 소장은 “이번에 개발한 기술을 활용해 가능한 한 빨리 개인 맞춤형 샌들을 제공하고 싶다”라고 말한다.

아식스는 신발을 개개인에게 최적화하기 위해 3가지 기술 요소가 필요하다고 생각한다. 그 3가지는 스마트폰 카메라 등으로 간단하게 발 모양을 찍는 기술, 발모양의 데이터에서 최적의 신발 설계를 예측하는 기술, 3D프린터 등 Mass Customization(맞춤형 대량생산)이 가능한 제조 기술이다.

“기술 요소는 60~70점 수준에 도달했다고 본다. 100점으로 끌어올리기 위해 각 기술들의 정밀도를 높이고, 동시에 각 기술 요소를 연계시키고 싶다”(하라노 소장).

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.