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[포커스] 생산기술로 가능성 높아진 3D 프린팅, 어떻게 활용할까

시제품뿐만 아니라 실제 부품이나 완제품을 제조하는 생산기술로서 3D 프린팅에 대한 관심이 높아지고 있다. 한국HP와 에이엠코리아가 지난 7월 9일 진행한 ‘전자 및 제조사를 위한 고품질 3D 프린팅 기술 웨비나’는 제조 분야에서 3D 프린팅의 활용도를 높일 수 있는 HP의 기술과 활용사례를 소개했는데, 제조 분야에서 3D 프린팅의 향후 방향과 가능성을 가늠하는 기회가 되었다. ■ 정수진 편집장 ▲ HP의 젯 퓨전 3D 프린터 대량생산을 위한 산업용 3D 프린팅 기술 제공 HP는 잉크젯과 레이저 프린터 분야의 대표 업체이면서, 지난 2016년 첫 번째 3D 프린터 출시와 함께 3D 프린팅 시장에 뛰어들었다. HP의 3D 프린팅 기술인 멀티젯 퓨전(Multi Jet Fusion: MJF)은 분말 소재에 접착제를 분사해 결합시키는 바인더젯(Binder Jetting)에 기반을 두고 있다. 지난 30여년 간 HP가 다져 온 잉크젯 프린터의 헤드 기술을 활용한 것이 특징이다. MJF 기술은 분말 재료를 0.08mm 두께로 뿌리고, 그 위에 올라가는 퓨징 에이전트(fusing agent)가 열을 흡수한 뒤 녹으면서 결합시키는 과정을 반복하게 된다. HP는 처음부터 부품이나 제품을 만들 수 있는 산업용 3D 프린터에 집중했다. 현재는 젯 퓨전(Jet Fusion) 5210/5200/4200/500 시리즈의 3D 프린터 라인업을 선보이고 있다. 500 시리즈는 프로토타입 제작을 타깃으로 하고, 나머지 세 모델은 양산용으로 사용이 가능한 제품이다. ▲ 재료를 깔고 접착제를 덮은 뒤 열로 결합하는 HP의 멀티젯 퓨전 기술 대량생산을 위한 3D 프린팅에서 살펴볼 점은? 한국HP의 이주헌 과장은 “MJF의 기본 콘셉트는 대량생산용 장비인데 양산을 위해서는 재료의 강성, 생산성, 경제성이 중요하다”고 소개했다. 3D 프린팅은 한 층씩 쌓는 적층가공(additive manufacturing)이라고도 불리는데, 적층하는 방향에 따라 최종 결과물의 강성이 달라진다. 실제 제품을 만들 때 이런 특성을 고려해야 하기 때문에 3D 프린팅을 위한 설계나 모델의 배치에는 어느 정도의 제약이 따른다. HP의 MJF는 재료가 비교적 긴 시간 동안 열에 노출되면서 재료가 녹는 방식이다. 이주헌 과장은 “MJF는 조형이 끝날 때까지 경화가 진행되기 때문에 레이어 사이의 결합력이 높다. 그래서 Z축의 강도가 높아져서 적층방향에 따른 강도의 차이가 적다. 또한 적층 내부 밀도도 높아서 기밀성을 얻을 수 있고, 출력 후에 후처리를 하지 않아도 방수 성능을 확보할 수 있다”고 설명했다. 대량생산을 위해서는 빠른 속도도 중요한데, HP는 MJF의 경우 프린팅 헤드가 한 번 이동할 때 레이어 전체를 커버하기 때문에 만드는 파트의 수에 관계 없이 일정한 속도를 유지할 수 있다는 점을 내세운다. 또한, 프린터의 빌드 유닛이 분리되는 설계를 채택해서 빌드 유닛만 교체하면서 연속 출력이 가능하다. 이런 설계는 장비의 생산 효율 측면에서 유리한 점이다. HP 3D 프린터는 범용의 나일론 소재인 PA12, 탄성을 높여서 의료용으로도 사용 가능한 PA11, 유리가루를 포함해 열변형이 적은 PA12 글래스 비드, 고무 소재인 TPU 등의 3D 프린팅 재료를 사용한다. 이주헌 과장은 “3D 프린팅 재료는 가격이 높기 때문에, 재료의 재사용도 중요하다. MJF는 80%까지 재료를 재사용할 수 있어서 3D 프린팅의 단가를 낮추고 조형 품질을 높이는데 도움을 준다”고 전했다. ▲ 분리/교체할 수 있는 젯 퓨전 3D 프린터의 빌드 유닛 목적에 맞춰 3D 프린팅 적용 방법 고민해야 에이엠코리아의 최원철 팀장은 다양한 분야의 HP 3D 프린터 활용 사례를 소개하면서, 산업별로 또 목적에 따라 다양한 점을 고려하게 된다고 짚었다. “개발 기간에 비해 기대 수명이 짧고 생산량이 적은 분야에서는 시제품 제작에 3D 프린팅을 많이 활용하고, 반대의 경우에는 스페어 파트를 3D 프린팅으로 만드는데 관심이 높다”는 것이다. 매뉴팩처링 분야에서는 생산량이 적은 경우부터 많은 경우까지 다양한 영역에서 3D 프린팅을 도입하는 사례가 늘고 있는 것으로 보인다. 3D 프린팅은 똑같은 제품을 대량으로 만들 수 없는 맞춤형 제품이나 기존 공법으로 만들기 어려운 디자인을 제조하는 데에 유용하게 쓰일 수 있다. 또한, 부품의 수를 줄여서 더 가볍게 만들고 시간 및 비용을 절감할 수 있는 영역에서 활용 가치가 높으면서, 필요할 때 생산하면 되기 때문에 재고 부담을 줄일 수 있다는 것이 최원철 팀장의 설명이다. HP의 3D 프린팅 기술, HP에서도 쓴다 최원철 팀장은 HP 내부에서도 3D 프린팅을 적극 활용하고 있다고 소개했다. HP의 대형 인쇄장비인 라텍스(Latex)는 스틸 및 알루미늄 파트를 MJF로 대체했는데, 3D 프린팅을 위해 위상최적화(topology optimization) 설계를 해서 부품의 무게를 1/10 수준으로 줄였다. HP 프린터의 헤드 노즐 제작에 쓰이는 부품은 원래 7개로 이뤄진 것을 하나로 줄여서, 조립 공차 때문에 생기는 부품 사이의 틈새에 재료나 용제가 엉키는 문제를 해결했다. ▲ 3D 프린팅으로 프린터 헤드 노즐의 부품 수를 줄여 고장을 막을 수 있었다. 모니터 위에 간편하게 설치할 수 있는 3D 스캐너인 HP Z 3D 카메라(HP Z 3D Camera)는 기존에 없던 새로운 형태의 제품이다. 출시 전에 어느 정도의 수요가 있고 얼마나 생산해야 할 지 예측하기 어려운 반면 빠르게 시장에 진입하는 것이 필요했는데, HP는 3D 프린팅으로 소량의 제품을 생산해 출하한 뒤 시장의 반응을 확인하는 접근법을 선택했다. 이를 통해 첫 출시 기간을 6주 정도 앞당길 수 있었다. ▲ HP의 Z 3D 카메라는 3D 프린팅으로 소량 생산해서 빠르게 출시하고 시장 수요를 파악할 수 있었다. 멀티젯 3D 프린터에도 MJF로 제작한 부품이 65개 들어 있다. 제품의 기대 수명이 길다면 단종된 후에도 현장에서 쓰이는 경우가 많다. 이렇게 되면 A/S를 위한 예비 부품을 생산하고 수급하는게 어려운데, 3D 프린팅으로 부품을 만들면 창고에 재고를 쌓아놓을 필요 없이 필요할 때 빠르게 부품을 공급할 수 있다. 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

작성일 : 2020-07-31

삼영기계, 대형 바인더젯 샌드 3D 프린터 자체 개발 및 출시

삼영기계는 모래를 적층하여 주조용 샌드 몰드를 생산할 수 있는 바인더젯(Binder Jet) 방식의 대형 샌드 3D 프린터를 출시한다. 삼영기계는 지난 2014년 바인더젯 방식의 대형 샌드 3D 프린터를 도입하여 자사의 주조 공정에 적용할 수 있는 3D 프린팅 하이브리드 몰드 주조 공정 기술을 개발하고, 현재 자사 제품을 생산하는데 적용하고 있다. 실제 생산 현장에 적용 가능한 공정 기술을 확보한 삼영기계는 활용기술에서 한 발 더 나아가 바인더젯 방식 대형 샌드 3D 프린터 개발에 성공하였다. 이 기술 개발은 산업통상자원부에서 지원하는 우수기술연구센터(ATC) 지원사업을 통해 2017년부터 현재까지 정부과제로 진행 중에 있다. 이번에 삼영기계가 출시하는 대형 샌드 3D 프린터 BR-S900은 모래에 바인더를 분사하여 적층하는 바인더젯 방식으로, 샌드 뿐만 아니라 세라믹 등 다양한 파우더 적층이 가능하여 응용 범위가 넓은 것이 특징이다. 한 번에 3D 프린팅이 가능한 빌드 사이즈는 900×520×450mm로 산업용에 적합한 대형이고, 풀 잡 박스(full job box) 기준으로 최단 9시간 이내 출력이 가능하다. 빠른 속도뿐만 아니라 높은 해상도 또한 BR-S900의 강점이다. 특히, 산업 현장에서 3D 프린터를 도입하는데 있어서 걸림돌이었던 운용 비용에 대해서도 바인더 시스템의 국산화 개발을 통해 외산 대비 50% 수준으로 운용 가능하다. 이외에 산업 현장에서 작업자가 사용하기에 적합하도록 사용자 인터페이스에도 신경을 썼다. 작업자의 사용성을 극대화한 UX 디자인으로 인터페이스를 설계하였고, 소프트웨어에는 디지털 트윈(digital twin) 개념을 적용하여 4차 산업혁명 시대를 겨냥하였다. ▲ BR-S900 3D 프린터의 출력물 사진 이제 3D 프린팅이 시제품 제작뿐만 아니라 생산 현장에서 금속 주조품 양산에 직접 적용될 수 있게 되었고 건축, 예술, 문화, 조형물, 방산, 문화재 분야 등 다양한 영역에서도 바로 활용이 가능하다. 일례로, 지난 3월 광교에 오픈한 G백화점의 외관 비정형 커튼월 시공에도 삼영기계의 샌드 3D 프린팅 기술이 핵심 역할을 했다. 삼영기계의 한국현 사장은 “앞으로 제조산업 혁신, 뿌리산업의 첨단화를 목표로 산업용 3D 프린터 개발 및 전용 소재 국산화 개발, 그리고 다양한 산업으로의 확대 적용을 위한 융합기술 개발에 더욱 박차를 가할 것”이라고 말했다. BR-S900 샌드 3D 프린터는 현재 사전 주문이 가능하고, 2020년 하반기 출시 예정이다. 이외에 삼영기계는 특대형 장비인 BR-S1800은 2021년 출시를 준비 중이다. 삼영기계는 화장품 전문제조기업 한국콜마와 전략적 제휴를 통해 화장품 제조용 3D 프린터를 개발한 바 있다. 또한, 3D 프린팅 신사업 분야 이외에도 삼영기계에서 주력으로 생산하는 철도, 선박, 내륙발전용 중속엔진 핵심부품을 독일 MAN에 직접 수출할 만큼 기술력을 인정받고 있다.

작성일 : 2020-06-08

3D 프린팅 관련 업체 디렉토리_업체 (2017)

작성일 : 2019-11-10

풀 컬러 지원하는 산업용 3D 프린터, XYZ프린팅 PartPro350 xBC

풀 컬러 3D가 필요한 산업에 적합한 XYZ프린팅의 PartPro350 xBC는 18mm/시간의 수직 빌딩 속도를 자랑하며, 높은 컬러 해상도(1600dpi)로 매우 디테일한 제품 연출까지 도와준다. 또한 PartPro350 xBC의 바인더젯(Binder Jetting) 기술은 CMY 3색 잉크의 채색(Coloring) 및 3D 스태킹(3D stacking) 단계를 통합한 풀 컬러 프린팅 환경을 지원한다. PartPro350 xBC에는 효율적인 출력 작업을 위한 탈착식 빌드 트레이 모듈이 장착되어 있다. 사용자는 새 빌드 트레이를 기계에 직접 교체하여 새로운 작업을 즉시 시작할 수 있으며, 방금 완료된 출력물을 정리할 수도 있다. 이와 함께 출시된 MfgPro230 xS는 다양한 플라스틱 재료를 사용하여 엔지니어링 부품을 제작할 수 있으며, 강도와 정밀도 면에서 사출 성형 제품과 유사한 출력물을 프린팅할 수 있다. MfgPro230xS의 빠른 출력 속도(20mm/시간)는 생산 업무와 디자인 작업 엔지니어링에 필요한 기준을 모두 충족시킨다. 뿐만 아니라 디자인 확인에 걸리는 시간을 단축해 설계 및 개발(D&D) 과정에서 제품 콘셉트를 보다 빨리 확인할 수 있어 비용절감 및 생산프로세스 개선에 도움을 준다.

작성일 : 2019-07-29

센트롤, 산업용 접착제분사 방식 3D 프린터 출시

센트롤(www.sentrol.net)이 국내최초로 접착제분사(바인더젯, Binder Jetting) 방식의 산업용 3D 프린터 ‘SENTROL allution SB400’을 출시했다고 밝혔다. SENTROL allution SB400은 레이저를 사용하지 않고 파우더분말에 잉크젯 프링팅 헤드를 이용해 특수 접착제를 분사하며 출력물을 적층하는 방식의 3D 프린터다. 최대 300×420×150㎜까지 출력 가능한 이 제품은 특수 주물사, 무기바인더를 소재로 사용한 친환경 산업용 장비다. 사용되는 소재는 일본의 아사히글라스(Asahi Glass)와 공동 연구를 통해 개발해 신뢰도를 높였다. 또한, SB400은(or SB400으로 제작한 출력물은) 1800도씨 이상에서도 견딜 수 있을 정도로 높은 내열성을 갖고 있어 가공된 주물사와 일반 모래, 시멘트 뿐만 아니라 세라믹과 금속분말 소재도 적용 가능하다. 주철, 주조, 금형 등 레이저를 사용한 금속 및 주물사 3D 프린터가 활용되는 다양한 산업군에 폭넓게 적용할 수 있다. 최성환 센트롤 대표이사는 “레이저를 사용하지 않고 접착제를 분사해 적층하는 바인더젯 방식 3D 프린터는 다양한 산업으로의 파급효과가 커 해외에서도 많은 관심을 갖고 있는 장비”라고 말했다. 이어 “국내최초로 출시에 성공한 센트롤은 이미 독일, 중국, 일본 업체로부터 선주문을 받은 상태”라며 “이는 세계적으로 기계산업 강국인 독일, 일본에 국산 3D 프린터를 수출한다는 데 큰 의미가 있다”고 덧붙였다. 향후 센트롤은 헤드 개수를 늘려 1m, 2m 이상의 대형부품을 출력할 수 있는 바인더젯 3D 프린터를 순차적으로 출시할 계획이다.

작성일 : 2017-09-26