안녕하세요, 주식회사 한국기술입니다. 미국 해군이 SUBSAFE 프로젝트를 위한 협업 기업으로 호주 콜드 스프레이 3D 프린터 기업 SPEE3D를 최종 선정했습니다. 자세한 배경 및 내용 알아보시겠습니다.

 

 

 

 

호주 SPEE3D는 금속 적층 제조 전문 기업으로 특허 받은 콜드 스프레이 적층 제조 기술을 바탕으로 미국 해군의 잠수함 부품 제작 프로젝트에 참여할 기회를 얻었습니다. 해당 프로젝트의 이름은 SUBSAFE, Submarine Safety Program의 약자입니다. 즉, 미국 잠수함 함대의 안전을 유지하기 위한 프로그램이죠. SPEE3D는 이 프로젝트의 일환인 "원정 유지 보수"에 참여했습니다. 

 

 

모두가 알고 있듯 잠수함의 주요 활동 지역은 바다이며 한 번 바다에 나가게 되면 오랜 시간 동안 머무르게 됩니다. 만약 바다 한 가운데서 특정 부품이 고장났다면 어떻게 될까요? 육지에 있는 베이스 캠프와 가까운 거리에 있다면 쉽게 조달 받을 수 있겠지만 만약 그게 아니라면? 수리에 차질이 생기고 그 동안 임무 수행을 원활히 할 수 없게 되겠죠? 그런 관점에서 시작된 것이 바로 "원정 유지 보수"입니다.

 

 

SPEE3D와 미 해군의 파트너십 체결은 상당한 상징성을 지닙니다. 잠수함 제조 방식으로써 SPEE3D의 콜드 스프레이 적층 제조 기술이 적합한지 처음으로 검증받는 기회였기 때문입니다. SPEE3D는 잠수함 선체의 핵심 부품을 신속히 제작할 수 있는 전무후무한 생산 방식을 제공하기 위해 펜실베이니아 주립대학교 연구진과 손을 잡았습니다.

 

 

 

SPEE3D의 콜드 스프레이 적층 제조 솔루션을 채택한 미 해군은 기존 수개월이 걸리던 잠수함 부품 제작 기간을 단 몇 시간까지 단축시킬 수 있었습니다. SPEE3D의 콜드 스프레이 메탈 적층 제조 기술은 미국, 영국, 호주 군의 광범위한 필드 테스트를 거치며 그 실용성을 입증해 왔습니다. 알루미늄 6061, 알루미늄 브론즈, 스테인리스 스틸, 구리 등 다양한 메탈 재료 활용이 가능한 SPEE3D의 금속 3D 프린터에 관심이 집중되는 이유입니다.

 

 

미국 해군과 협업을 진행한 SPEE3D의 공동 창립자 Steven Camilleri는 이번 프로젝트에 참여하게 된 것을 이렇게 시사했습니다. "미국 해군과 이런 혁신적인 프로젝트를 함께 할 수 있어서 정말 영광입니다. 저희는 미국 해군과 과거에도 성공적으로 일을 해왔고 그들이 신속하고 믿음직스러운, 쉽게 이동 설치 할 수 있는 독특한 제조 방식을 모색하고 있다는 사실을 알고 있었습니다. SPEE3D가 제공하는 솔루션이 도움이 되어서 매우 기쁩니다." -Steven Camilleri, SPEE3D 공동 창립자

 

 

SPEE3D와 미 해군, 펜실베이니아 주립대학교 연구진이 함께 한 본 프로젝트는 방위 산업의 지속적인 혁신과 발전 가능성을 보여주었습니다. 미 해군 관계자는 SPEE3D의 콜드 스프레이 메탈 적층 제조 솔루션이 잠수함 부품 생산과 유지 보수 공정을 최적화하여 미 해군 잠수함의 안전성을 크게 강화할 수 있길 바란다고 덧붙였습니다.

 

 

 

3D 프린터 본체와 집진기, 에어 컴프레서를 하나의 컨테이너 안에 담은 SPEE3D의 독특한 솔루션... 어떻게 생각하시나요? 부품 조달이 쉽지 않은 군 작전 지역, 선박 위 같은 특수 환경에서 필요한 부품을 즉시 출력할 수 있다니 정말 멋진 것 같지 않나요? 컨테이너를 옮기듯 쉽게 이동 설치할 수 있고 직관적인 구동 소프트웨어와 고도의 자동화 시스템은 장비 숙련도를 크게 요구하지 않아서 편리하죠. 

 

뿐만 아니라 고출력 레이저 기반 금속 3D 프린터와 달리 SPEE3D의 금속 3D 프린터는 콜드 스프레이 분사 방식을 활용하기 때문에 더 빠르고 더 저렴하게 원하는 금속 파트를 제작할 수 있다는 장점도 보유하고 있습니다. 미국, 영국, 호주 군의 필드 테스트를 거쳐 성능을 인정받은 SPEE3D의 금속 3D 프린터, 한국에서는 오직 (주)한국기술에서만 만나보실 수 있으니 궁금하신 내용은 언제든 문의해 주세요~

 

3D SYSTEMS의 EXT 1070 타이탄 펠렛 3D 프린터 장비가 인도 시장에 진출했습니다. 인도의 적층 제조 전문 교육 센터인 MATRIX MOON은 미국 3D SYSTEMS社의 "EXT 1070 타이탄 펠렛 3D 프린터"를 구매한 것입니다.

 

 

MATRIX MOON은 장비에 밀링 스핀들 툴헤드를 추가했기 때문에 적층 제조와 절삭 가공을 동시에 사용할 수 있게 되었습니다. MATRIX MOON은 EXT 타이탄 펠렛 3D 프린터를 활용하여 다양한 금형, 툴링, 패턴 혹은 실제로 사용되는 부품을 항공우주, 모빌리티, 난방/냉방 산업과 소비자에게 공급할 예정입니다. 추가로 시제품 제작 서비스 또한 제공할 계획이라고 덧붙였습니다.

 

 

 

 

 

MATRIX MOON의 CEO Abhinav Garje는 MATRIX MOON이 인도에서 유일하게 EXT 타이탄 3D 프린터 장비를 사용하고 있으며, 이 혁신적인 기술은 인도의 제조산업을 통째로 바꾸게 될 것이라고 말했습니다. 대형 부품을 한 번에 출력할 수 있는 EXT 타이탄 3D 프린터는 생산 공정을 최적화할 수 있고, 이는 결국 "인도의 기술력", "MADE IN INDIA"의 위상을 널리 퍼뜨리는 데 일조할 것이라는 설명입니다. Abhinav Garje 대표는 EXT 타이탄 펠렛 3D 프린터를 앞세워 더 많은 인도 기업들이 적층 제조 기술을 생산 공정에 도입하도록 장려할 것이며 인도를 혁신 기술의 허브로 만들겠다고 명시했습니다.

 

 

 

 

 

 

펠렛 압출 3D 프린터... 더 빠르고 경제적인 3D 프린팅 솔루션

 

3D SYSTEMS의 EXT 타이탄 펠렛 3D 프린팅 기술은 전통적인 생산 방식보다 저렴하고 경제적인 부품 제작 솔루션입니다. 해당 장비는 기존 3D 프린터보다 약 10배 빠른 출력 속도를 보유하고 있으며 재료 비용이 상대적으로 낮기 때문에 지출을 최소화하기에 용이합니다. 또한 액티브 챔버 히팅 기술을 탑재했기 때문에 고온의 유리 혹는 ABS, 나일론, 폴리 카보네이트, PEI, PEKK 같은 탄소 함유 소재를 효과적으로 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

 

EXT 타이탄 펠렛 3D 프린터는 큰 빌드 사이즈를 자랑합니다. 한 번에 출력할 수 있는 부품의 크기가 크다는 이야기인데요, 이 장점에 힘입어 큰 시제품이나 실제 사용 용도의 부품을 단번에 출력합니다. 아울러 복잡한 금형, 패턴이라도 높은 퀄리티로 제작할 수 있기에 사형주물(Sand Casting)을 포함한 주조 공정에도 적합합니다. 현재 인도의 주조 산업은 중국에 이은 2등을 달리고 있습니다. MATRIX MOON은 3D SYSTEMS의 EXT 펠렛 3D 프린팅 기술을 통해 인도의 주조 산업에 변화의 바람을 불러 오겠다고 다짐했습니다.

 

 

 

 

 

 

3D SYSTEMS 인도 지부의 상무이사 Deelip Menezes는 MATRIX MOON을 이렇게 평가합니다. 

 

 

"MATRIX MOON은 인도 제조 산업에 대한 깊은 이해도를 보여주었고 지구상에서 가장 인구가 많은 나라 중 하나인 인도에 적층 제조 기술을 도입하려는 노력을 이어나가고 있다. 그들은 3D SYSTEMS의 EXT 펠렛 3D 프린터를 채택했기 때문에 펠렛 압출, 필라멘트 압출, 툴헤드를 통한 절삭 가공을 단 하나의 장비에 통합시킬 수 있었다. MATRIX MOON이 고객에게 다양한 솔루션을 제공하는 데 있어 펠렛 소재를 활용한 적층 제조 기술과 절삭 가공 기술이 큰 도움이 될 것이다. 아울러 더 많은 인도 기업의 EXT 펠렛 3D 프린터 생산 공정 도입을 촉진할 것으로 기대된다." -Deelip Menezes

 

 

3D 프린팅 기술은 나날이 발전을 거듭하고 있습니다. 사용 가능한 소재가 늘어나고 빌드 사이즈가 커지고 전혀 새로운 방식의 적층 제조 기술이 등장하는 등 조용할 날이 없죠. 다양한 산업에서 응용되고 있는 3D 프린터, 무궁무진한 가능성과 신선한 활용 사례가 궁금하시다면 한국기술 홈페이지와 블로그, 인스타그램, 뉴스레터를 주목해 주세요~ 

 

 

한국기술은 미국 3D Systems의 국내 최초, 최대 파트너사로 다양한 산업용 3D 프린터를 시장에 공급하는 기업입니다. 업계 최고 노하우로 귀사에 적절한 솔루션을 제안해 드립니다. 아울러 높은 퀄리티의 시제품 제작 서비스도 제공하고 있으니까요, 문의하고 싶은 내용이 있으시다면 언제든 한국기술에 문의해 주십시오.

 

Wiivv Wearables, 스마트폰 앱과 3D SYSTEMS의 SLS 3D 프린터로 신속하게 고객 맞춤형 깔창을 제작하다.

 

재고가 거의 없는 로컬 가게에서 제작된 개인 맞춤형 깔창... 혹자는 향수병에 젖은 사람의 말이라고 여기고 가볍게 넘기거나 부르클린의 한 힙스터 매장을 재치있게 묘사한 것이라 생각합니다. 하지만 다소 허황되고 낭만 있어 보이는 이 말은 놀랍게도 이는 Wiivv Wearables의 공동 창립자이자 CEO인 Shamil Hargovan의 비즈니스 플랜입니다.

 

 

 

 

 

 

Wiivv Wearables가 익숙하지 않은 분들을 위해 회사 소개를 먼저 드리겠습니다. Wiivv는 매스 커스터마이제이션(대량 맞춤 생산) 분야의 선두 주자로서 고도의 개인 맞춤형 제품을 대량으로 생산된 제품과 유사한 가격으로 공급하는 기업입니다. 쉽게 말해 상대적으로 높은 가격이 책정되는 소비자 맞춤형 상품을 시중에서 흔히 발견되는 공장 대량 생산 상품 가격으로 맞춰 파는 기업인 셈이죠.

 

 

Wiivv가 소비자 맞춤형 상품을 제작하는 방법은 다음과 같습니다. 우선 소비자는 상품 제작을 위해 스마트폰 앱을 내려 받습니다. 휴대폰에 설치가 되면 앱에 들어가서 그들의 발 사진을 촬영하는 겁니다. 발 사진을 촬영해서 등록하면 앱은 Wiivv의 기술력을 바탕으로 소비자의 발 특성을 분석합니다. 이 과정에서 최대 200개의 데이터를 추출하게 되며 이를 바탕으로 개인 맞춤형 신발 깔창 제작을 위한 3D 프린팅 데이터를 얻는 것이죠. 이런 기술이 있었기에 Wiivv는 매년 수천, 많게는 수만에 달하는 고객 맞춤형 깔창을 제작할 수 있었습니다.

 

 

Wiivv는 깔창에서 한 단계 더 혁신을 이루어냈습니다. 바로 3D SYSTEMS의 SLS 프린터를 활용하여 개인의 발 아치를 고려한 맞춤형 샌들을 개발한 것입니다. 관계자의 말에 따르면 이 샌들은 발 아치 지지대가 기존 깔창에 통합된 형태로 출시되었으며 깔창에 사용된 재료는 100% 재활용 가능한 소재라고 합니다.

 

 

 

사람들의 삶을 변화시킨 Wiivv.

 

Wiivv는 2014년 여름, 공동 창립자인 Victor Jadavji와 Shamil Hargovan에 의해 설립되었습니다. 본사는 캐나다 밴쿠버에 위치하고 있으며 미국 캘리포니아 주 샌디에고에 R&D 센터와 제조 설비를 두고 운영하고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

회사의 창립자 Hargovan의 말을 들어보겠습니다. "우리는 정형외과 시장이 혼란스러웠을 당시 새로운 비즈니스 기회를 찾기 위해 노력했습니다. 시장 조사 후 우린 한 가지 어려운 프로젝트를 감행하기로 했습니다. 바로 사람들의 스마트폰을 통해 높은 품질의 데이터를 수집하고 그에 기반한 맞춤형 상품을 제작하여 사람들의 삶을 변화시킨다는 것이었죠."  - Hargovan

 

 

Jadavji와 Hargovan은 고객 맞춤형 상품 대량 생산, 현지 생산, 극소한 재고량 혹은 텅 빈 창고라는 컨셉을 바탕으로 사업을 시작했습니다. 경쟁사와 차별화되는 포인트는 속도로 잡았고요. 전통적인 고객 맞춤형 풋웨어 제조사들은 대부분 한 달 정도의 긴 시간을 거쳐 상품을 납품해 왔습니다. Wiivv는 그들과의 차별성을 위해 미국 소비자들의 발 데이터를 스마트폰으로 받은 후 최대 5일 이내에 상품을 제작 및 발송합니다. 즉, 목표 시장의 범위를 현지로 국한하는 대신 빠른 속도를 보장하는 것이죠.

 

 

 

3D SYSTEMS와의 협업

 

사업 초창기 시절에 Wiivv가 자신들을 도와줄 기업을 물색했을 때 다른 기업들은 작은 스타트업과 함께하는 리스크를 떠안기 부담돼서 망설이는 모습을 보였습니다. 이 때 기적처럼 3D Systems가 등장합니다. Wiivv에게는 실로 선물 같은 기회가 아닐 수 없었습니다.

 

 

 

 

 

 

Wiivv의 CEO Hargovan은 당시 상황을 이렇게 회상했습니다. "회사의 규모가 너무 작아서 다른 3D 프린터 기업들은 아무도 우리의 협업 제안을 받아주지 않았습니다. 절망적인 상황에 막막했지만 상상치도 못한 3D Systems가 우리와 협업을 진행하길 원했습니다. 3D SYSTEMS는 프로젝트 도입 단계부터 우리를 트레이닝 해주었고 프로젝트를 성공적으로 마칠 수 있다는 희망을 주었습니다. 3D SYSTEMS의 SLS 프린터는 우리에게 필요한 모든 기능을 탑재하고 있었습니다. 우린 적어도 20개 이상의 3D 프린터 장비를 비교 분석했고 생산성 등 모든 관점에서 보았을 때 3D SYSTEMS의 SLS 장비가 단연 으뜸이었습니다."

 

 

 

한계를 돌파하다.

 

Wiivv가 맞춤형 상품 대량 생산 서비스를 제공하는 데 있어 스마트폰과 3D 프린터의 역할은 지대했습니다. 스마트폰 앱은 고객들에게 상당한 편의성을 제공했습니다. 이를 통해 고객들의 데이터가 추출되면 SLS 장비가 데이터에 기반한 최종 상품을 제작했으니까요.

 

 

 

 

 

 

Wiivv의 직원들은 각각 3D 프린팅 기술을 아래와 같이 평가했습니다.

 

 

 "3D 프린팅 기술은 전통적인 생산 방식에 존재하던 한계점들을 돌파했습니다. 우리는 이 기술을 통해 생산 과정에서 직면하는 문제점들을 효과적으로 해결할 수 있었고 최적의 제품 설계를 감행할 수 있었습니다. 3D 프린팅 기술이 있었기에 우리는 진정한 의미의 개인 맞춤형 깔창을 구현했습니다. 만약 이 기술을 적용하지 않았더라면 우리는 개개인의 발 특성에 근거한 금형을 따는 등 상당한 비용과 시간이 요구되는 공정을 거쳐야만 했을 것입니다." -Michael Salmon, 제품 설계 담당자

 

 

"3D 프린팅 기술은 크게 네 가지 장점이 존재합니다. 첫 째는 툴링 비용이 발생하지 않는다는 것이고 둘 째는 매스 커스터마이제이션(대량 맞춤 생산)이 가능하다는 것입니다. 셋 째는 무한한 설계 자유도를 제공한다는 것이며 마지막 네 번째는 어느 특정 지점으로 돌아가서 처음부터 다시 설계를 진행하는 데 있어 부담이 적다는 것입니다." Chris Bellamy, 제품 생산 선임 엔지니어

 

 

SLS 프린터는 시간 대비 높은 생산력으로 유명합니다. 또한 큰 빌드 사이즈를 가지고 있기에 산업용으로 굉장히 적합합니다. 제품 설계 담당자 Salmon 역시 같은 생각을 가지고 있었습니다. "빌드 사이즈, 사용 가능한 소재, 정밀성은 3D 프린터의 성능을 평가하는 주요 요소들입니다. 3D 프린터의 빌드 사이즈는 우리가 한 번에 제작할 수 있는 신발 깔창의 최대 개수를 결정짓습니다. 최대 개수가 늘어나면 효과적으로 비용을 절감할 수도 있고요. 또한 SLS 3D 프린터로 출력 가능한 소재의 범위가 광활해서 각 생산 단계에 맞는 재료를 선택하기에도 용이했습니다."

 

 

 

생산 규모를 키우다.

 

Wiivv는 3D 프린팅 기술과 SLS 장비를 통해 생산성을 끌어올리려는 노력을 지속하고 있습니다. Wiivv의 목표는 3D 프린팅 기술을 통해 개인 맞춤화를 강화하고 한 번 출력 시 제작할 수 있는 최대 개수를 늘리는 것입니다. 추가로 장비의 효율성 극대화 역시 빼놓을 수 없죠.

 

 

 

 

 

 

지속적인 노력은 끝내 성과를 가져왔습니다. "우리는 한 번 출력 시 제작할 수 있는 깔창의 최대 개수를 약 75% 가량 끌어올렸습니다. 아울러 쿨링 소요 시간 단축과 출력 속도 향상을 통해 장비의 효율성을 두 배 정도 개선했으며 이는 우리의 생산 규모 확장에 도움을 주었습니다." -Bellamy, 제품 생산 선임 엔지니어

 

 

Wiivv의 CEO Hargovan은 자신감 넘치는 모습으로 향후 사업이 좋은 방향으로 나아갈 것이라고 예측했습니다. 3D 프린팅을 생산 공정에 도입하고 극한의 효율을 찾아서 생산 규모를 끌어 올린다는 게 계획인데요, 그의 에측에 따르면 현재 생산 규모인 10,000 개에서 100,000 개 까지 1 년이 채 안 되는 시간에 도달할 수 있다고 합니다.

 

 

성공을 기반으로 하여 나아가다.

 

Wiivv의 개인 맞춤형 샌들은 Wiivv의 맞춤형 깔창의 명성에 힘입어 뚜렷한 성과를 거둘 수 있었습니다. 

 

 

 

 

 

 

때는 2016년 2월, 미국의 대표적인 크라우드 펀딩 시스템 "킥 스타터(Kickstarter)"에서 3D 프린터로 만들어진 제품 중 가장 높은 후원금을 받은 아이템 기록을 Wiivv가 갱신하게 됩니다. 전문가들은 Wiivv의 맞춤형 신발 깔창 명성이 큰 작용을 했다고 평가했습니다. 실제로 Wiivv의 소비자 맞춤형 깔창은 높은 소비자 만족도를 보여주고 있는데요, 놀랍게도 상품 환불 비율이 1%가 채 안 된다고 합니다. 아울러 Wiivv의 맞춤형 깔창을 두 개 이상 구매하여 사용 중인 고객의 수 역시 전체 고객수의 약 30%로 상당히 높은 편입니다.

 

 

고객 맞춤 샌들을 제작하는 과정에서 가장 힘든 공정은 3D 프린터로 제작된 발 아치 서포트 부분을 신발의 다른 부분과 합치는 것입니다. 위 사진을 보시면 발등쪽의 스트랩과 발가락 사이에 들어가는 끝이 보이실 겁니다. 이것들은 전통적인 생산 방식으로 제작이 되지만 맞춤화 설계를 할 수 있는 여지가 있습니다. 발등쪽의 스트랩은 수선 및 교체 가능하고 발가락 사이의 끈이 떨어지는 위치 역시 앱으로 분석된 고객의 발 특성에 근거하여 세 곳 중 한 곳으로 조정할 수 있습니다.

 

 

"3D 프린터로 제작하는 발 아치 서포트 부분과 전통적인 생산 방식을 사용하는 신발의 다른 부분의 공급 체인은 상당히 다릅니다. 3D 프린터로 발 아치 서포트를 제작하면 현금 없이도 사업을 이어나갈 수 있으면서 재고를 남기지 않습니다. 반면 오늘날 산업에서 널리 사용되는 전형적인 생산 방식의 경우 재고를 남기기 때문에 창고 운영이 필요합니다. 전형적인 생산 방식은 향후 주문에 대비를 해야 하기에 각 사이즈별 재고량을 미리 남겨두어야 하기 때문입니다." -Hargovan, Wiivv CEO

 

 

 

풋웨어, 그 너머로

 

Wiivv는 향후 비즈니스의 방향성에 있어서 3D 프린팅 기술이 큰 비중을 차지할 것이라고 말합니다. Wiivv의 지속적인 성장을 위해 상대적으로 낮은 비용으로 더 높은 생산성을 제공하는 3D 프린터를 높게 평가한 것인데요, 관계자는 Wiivv가 앞으로 3D 프린팅 기술에 힘입어 몸에 걸치는 모든 의류를 공급하는 기업으로 사업을 확장해 나갈 계획이라고 밝혔습니다.

 

 

Wiivv의 CEO인 Hargovan은 Wiivv가 SLS 장비를 활용하여 고객 맞춤 상품 대량 생산의 기반을 잘 닦았다고 자부합니다. "각 산업의 관계자들은 3D 프린터로 상품 대량 생산에 성공한 케이스를 찾아왔습니다. 우리는 더 나아가서 그들에게 고객 맞춤형 상품 대량 생산이라는 참고 사례를 제공한 것입니다." -Hargovan

 

 

Wiivv 경영진과 제품 설계팀, 생산팀의 굳건한 마음가짐이 3D 프린팅 기술을 만나 어떻게 발전하게 될지 귀추가 주목되고 있습니다.

 

 

(주)한국기술은 미국 3D Systems의 국내 최초, 최대 파트너사로 다양한 장비를 공급하는 기업입니다. 금속, 플라스틱, 왁스 등 폭 넓은 소재 범위와 업계 최고 수준의 노하우를 바탕으로 각 산업에 맞는 최적의 솔루션을 제안합니다. 활용 가능성이 무궁무진한 3D 프린팅 기술을 공정에 도입하고 싶으신 분들은 언제든 편하게 문의해 주세요!

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.

제품을 제작하는데 있어서 소요되는 시간과 비용의 절감은 모든 생산자들에게 주어진 하나의 과제입니다.

 

많은 제조 방식이 이에 도전장을 내밀었지만 가장 마지막에 웃은 것은 역시 3D 프린팅 기술이었습니다. 무려 생산 소요 기간을 95%나 단축하는데 성공한 것인데요, 자세한 내용을 함께 확인해 보시겠습니다.

 

 

 

 

 

주조 방식이라는 단어를 들었을 때 가장 먼저 떠오르는 것은 아무래도 용융된 금속을 거푸집(주형)에 부어 형상을 만드는 방식을 것입니다. 이 방식은 약 5,000년에 달하는 긴 역사를 가진 근본 중에 근본입니다. 지난 세기 동안에 인류가 발전했듯 왁스 패턴을 태워 제조한 후 세라믹 금형에서 금속 부품을 만드는 기존 정밀 주조 방식도 어느 정도 발전을 거듭하였습니다. 

 

하지만 아무리 발전을 했다고 해도 필요한 툴링 제작은 여전히 기대치 만큼 속도를 내지 못했고 천문학적인 비용도 요구되는 게 문제였습니다. 아래 사진을 참고하시면 이해가 빠를 것입니다. 본격적인 생산에 들어가는 과정만 약 8 주에서 12 주가 소요됐고 그것도 경제적인 여건도 뒷받침되어야만 가능한 이야기였죠.

 

 

 

 

 

 

 

하지만 3D 프린터가 세상에 등장한 후 여러 산업에서 활용되기 시작하면서 정밀 주조 분야에도 커다란 변화의 바람을 일으켰습니다. 3D 프린팅 기술이라는 나비의 작은 날개짓이 정밀 주조 산업에 큰 태풍을 야기한 건데요, 실제로 8 주에서 12 주 가량 소요되던 시간이 약 95% 단축되어 2-3일 만에 본격적인 생산에 들어갈 수 있게 되었습니다. 그 예시로 Vaupell이라는 회사 이야기를 공유해 드리겠습니다.

 

Vaupell은 약 70년 동안 항공 우주 구성품과 서브어셈블리를 납품해온 공급 업체이자 3D 프린팅 분야에서 20년 넘게 종사한 베테랑 기업입니다. 그들은 3D Systems의 정밀 주조용 SLA(광조형) 프린터를 이용하여 매우 복잡한 부품을 빠르게, 저렴하게 제작하여 공급할 수 있었습니다. 전통적인 방식과 비교했을 때 소요되는 비용과 시간을 대폭 단축했으며 품질 향상도 이루어냈습니다. 또한 항공 우주 시장은 복잡한 형상을 가진 부품을 소량만 요구하기 때문에 다품종 소량 생산이라는 강점을 지닌 3D 프린팅 기술은 너무나도 적합했죠.

 

 

 

 

 

 

위 부품 사진을 통해 조금 더 구체적으로 설명을 드리겠습니다. 위 부품은 26인치라는 직경을 가지고 있습니다. 해당 부품을 왁스 도구로 제작한다면 시간이 어느 정도 소요될까요? 적게는 수개월에서 많게는 1년 이상입니다. 그만큼 비용도 많이 발생되고 인력도 필요하겠죠.

 

하지만 3D Systems의 SLA 3D 프린터를 사용한다면 이야기가 달라집니다. SLA 3D 프린터는 대용량 출력이라는 강점을 바탕으로 대형 부품을 출력하거나 크기가 조금 작은 부품을 다수 출력할 수 있고 물론 이 과정에서 뛰어난 유연성과 속도가 뒷받침 됩니다. Vaupell은 이 장비를 활용하여 위 부품을 2-3일 만에 제작할 수 있었습니다.

 

실제 담당자의 이야기를 들어보겠습니다. Vaupell의 담당자는 "SLA 3D 프린터 장비는 대형 플랫폼 제작에 있어 여타 장비와 비교할 수 없는 강점을 가지고 있다" 라고 언급했습니다. 아울러 "빌드 사이즈가 작은 3D 프린터였다면 2회에 걸쳐 출력해야 했을 대형 부품이 단 한 번 만으로 제작이 됐고 그에 따라 소요 기간과 인건비 절약에 큰 도움을 주었다" 라며 덧붙였습니다.

 

 

 

 

 

 

3D 프린터를 생산 공정에 도입한 후 Vaupell에게는 어떤 변화가 생겼을까요?

 

3D Systems의 SLA 장비 도입 이후 Vaupell은 해당 장비의 정교성에 힘입어 복잡한 형상도 쉽게 제작할 수 있었고 덕분에 항공우주 산업 고객들의 디테일한 니즈를 만족시킬 수 있었다고 밝혔습니다. SLA는 높은 정밀도와 정확한 공차, 그리고 대형 프린트 베드를 가지고 있습니다. 또한 레진의 마감 처리 역시 굉장히 우수하기 때문에 출력 이후 후처리 시간 단축에도 효과적이며 큰 빌드 사이즈를 가지기 때문에 2개를 하나로 합치는 작업이 불필요합니다.

 

 

 

 

 

 

혹자는 정밀 주조 시장이 앞으로 두 가지 비즈니스 요건을 갖춰야 한다고 말합니다.

 

하나는 어떤 방법으로든 툴링이 불가능한 부품에 사용할 주조 개발이고, 나머지 하나는 너무 복잡해서 생산에 적합한 금형을 제작하는데 수년이 걸리는 부품에 사용될 수 있는 주조 개발입니다.

 

 

 

 

 

 

눈치 채셨겠지만 이 두 요건을 가장 잘 충족할 수 있는 것은 역시 3D 프린팅입니다. 항공우주 산업에 종사하는 회사들은 3D 프린팅 기술을 통해 복잡한 형상도 쉽게 설계할 수 있으며 어셈블리를 구성하는 부품 수를 줄여 중량을 낮추는 동시에 강도와 내구성은 그대로 유지하거나 심지어는 높일 수도 있다고 말합니다.

 

앞서 언급했듯 시간도 대폭 감소시킬 수 있죠. Vaupell의 관계자는 "SLA 3D 프린터의 속도에 힘입어 고객들에게 빠른 속도로 부품을 납품할 수 있게 되었다. 고객이 생산 또는 원형 제작 도구를 설계해 제작한 후 테스트하여 온라인으로 가져오기 한참 전에 요청한 부품을 공급하고 있다" 라고 설명했습니다.

 

 

 

 

 

 

해당 회사의 한 프로젝트를 예를 들면 SLA 3D 프린터를 활용하여 복잡한 정밀 주조 패턴을 개발한 후 부품을 생산했더니 불과 2.5일 만에 부품 20개를 생산할 수 있고 매월 120개까지 빠르게 확장할 수 있었다고 합니다. 이를 통해 고객과의 계약을 성공적으로 끝냈으며 고객사의 비용 절감에도 큰 도움을 주었습니다. Vaupell은 1년을 통틀어 보았을 때 2~3가지 패턴을 한 달에 150개까지 생산하고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

SLA 3D 프린터가 왁스 툴링을 압도할 수 있었던 원동력은 어디에 있을까요? 다양한 요소가 작용했겠지만 아무래도 가장 큰 이유는 금속에 적층되는 왁스의 수축은 계산하지 않고 금속 수축만 계산해도 된다는 것입니다. 또한 패턴이 정확하여 왁스 툴링과 비교했을 때도 더욱 정밀한 공차를 유지할 수 있다는 장점도 있죠.

 

아울러 실수를 두려워 하지 않아도 된다는 점도 주목해야 할 부분입니다. 전통적인 생산 방식은 패턴에서 실수가 발생하거나 예상한 것보다 성능이 좋지 않다면 상사 혹은 고객사의 쓴 소리를 들었어야 하거니와 막대한 시간, 비용을 다시 쏟아야 하기에 담당자에게 부담이 많이 됐습니다. 하지만 3D 프린터를 사용한다면 그저 새로운 패턴을 디자인한 후 다시 출력해서 확인하는 과정을 반복하며 최고의 결과 값을 얻어내면 되기에 문제가 되지 않습니다.

 

기존 정밀 주조 회사들 대부분이 원형 제작 비즈니스를 중단했다는 사실만 봐도 알 수 있을 것입니다.

 

 

 

 

 

 

기존 왁스 금형을 사용한 반복적 설계 원형 제작은 경제적인 관점에서 보았을 때 바람직하지 않습니다. 하지만 SLA는 반복 설계에 매우 적합하여 부품 개발과 프로세스 개발을 모두 지원합니다.

3D프린팅 초기에는 정밀 주조에 대한 관심이 주로 사용 가능한 소재의 품질과 속성에 집중되어 있었습니다. 하지만 이러한 관심은 Accura CastPro Free 같은 소재가 출시되면서 사라졌습니다.

CastPro Free는 폴리카보네이트와 유사한 투명 소재로 중금속이 전혀 없습니다. 정확도도 매우 높아서 안정적이고 품질 높은 정밀 주조 패턴을 제작하는 데 적합합니다.

CastPro Free는 기존에 출시된 레진과 비교했을 때 연소 후 잔류 회분이 적어서 후처리 시간이 줄어드는 동시에 품질을 높일 수 있습니다.

관계자는 "레진이 완전 연소가 되지 않으면 고객에게 문제가 생깁니다. 완전 연소와 연소 청청도가 CastPro Free의 품질에 절대적인 역할을 하는 이유도 여기에 있습니다."라고 강조했습니다.