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가장 투명한 부품은 투명한 소재에서 시작한다. 다양한 목적으로 사용되는 투명 부품은 제작의 어려움을 수반하지만 적합한 소재를 찾는 것이 중요하다. 이하 내용에서는 투명 소재와 3D프린팅의 조합으로 제조혁신을 구현하는 동시에 시간과 비용을 절감하는 응용 사례에 대해 알아본다.
자료 제공 3D시스템즈
▲출처 : 3D시스템즈
투명 3D프린팅 부품의 이점
기존 제조 방식에서는 여러 제약 조건으로 인해 복잡한 제조 형태를 구현하는데 어려움을 겪었다. 그에 비해 적층제조 기술은 복잡한 기하형상을 제작하기에 적합한 방식이다. 투명 소재의 가치는 부품을 제작해 내부까지 들여다볼 수 있다는 점에 있다.
3D프린팅과 투명 소재의 조합은 가시성과 기하학적 자유도의 결합을 의미한다. 이를 기반으로 설계자와 엔지니어는 철저한 테스트와 검증으로 거쳐 우수한 성능의 제품을 생산하는 동시에 개발 시간을 단축하게 된다.
일부 응용 분야에서는 설계 평가를 위해 내열성, 내습성, 특정 강도 임계값 등 소재 특성이 추가로 필요한 경우가 있다. 이렇게 광범위한 소재에 대한 지식과 접근성은 설계자와 엔지니어 모두 자신의 분야에서 가장 적합한 소재를 선택하는 기반이 된다.
결국 제품 개발을 목적으로 투명 부품을 생산하는 공정 가운데 3D프린팅은 효율적인 제조 공정인 셈이다.
▲3D프린팅과 투명 소재의 조합은 가시성과 기하학적 자유도의 결합을 의미한다.
3D프린팅은 적합한 소재와 후처리 기법만 수반되면 유리, 폴리카보네이트, 아크릴 등의 투명 소재 제작 시 시뮬레이션 작업을 거쳐 투명 부품을 생산할 수 있다.
이는 투명도가 필요한 설계 검증에 유용하다는 의미다. 투명 프린팅의 실용성은 고급 설계 검증이나 기능성 원형 제작 등에도 광범위하게 사용될 수 있다. 테스트 과정에서 부품이나 시스템 내부를 확인할 수 있다는 이점은 투명 3D프린팅의 응용 분야와 가치도 확대될 것으로 보인다.
한 예로, 자동차 분야에서는 렌즈 및 조명 커버, 엔진, 터빈 및 변속기 커버, 하우징, 구성 요소 등의 부품에 활용되며, 전산 유체 역학(CFD) 검증, 복잡한 어셈블리 원형 제작 및 검증 등에도 활용된다. 산업 및 전자 분야에서는 전산 유체 역학(CFD) 검증, 조명 파이 및 LED 커버 등에 쓰인다.
응용 분야에 적용되는 투명 소재
TecNiq은 미시건 주에 기반을 두고 3D시스템즈의 SLA 3D프린팅 공정을 거의 모든 사업 단위에 사용해 LED 조명 솔루션을 공급하는 기업이다. TecNiq은 지난 2015년부터 3D시스템즈의 ‘ProJet 6000 HD’ SLA 프린터를 활용해 세련된 디자인을 물리적 형태로 실현하는데 힘을 쏟고 있다.
ProJet 6000은 부품 혹은 시제품 제작 시 10x10x10인치의 최대 빌드 플랫폼 크기를 고려해 기존 플라스틱 재료의 특성에 맞는 재료를 다양하게 선택할 수 있다. 정확도는 부품 치수 인치당 0.001~0.002인치며, 인쇄 속도는 빠르다.
▲LED 조명 솔루션을 개발하는 TecNiq은 3D프린팅 공정으로 시간과 비용을 절감할 수 있었다.
이 3D프린팅 공정에 적용되는 소프트웨어는 쉬운 작업 설정, 빌드 최적화, 부품 쌓기 및 내포, 작업 모니터링이 가능하다. TecNiq 제프 콘던(Jeff Condon) 대표는 사용 편의성이 가장 놀라운 점이라고 말한다.
제프 콘던 대표는 “기계를 조작하는 데 전담 전문가가 필요할까봐 걱정했는데 장비를 운용하는 엔지니어와 후처리 기술자가 여러 명 있어 모두 최소한의 교육만으로 작업을 진행하고 있다”고 말했다.
그는 3D프린터를 선택하는데 있어 인쇄된 부품 품질을 최우선 순위로 삼았다. 특히 부품과 재료의 표면 품질이 완제품과 얼마나 밀접하게 닮았는지를 주목했다.
제프 콘던은 “3D프린팅의 극한 해상도를 통해 부품을 제작하기 전에 고객에게 제품 성능을 보여주는 생산 품질의 렌즈를 제작할 수 있다. 수많은 고객이 3D프린터로 제작한 시제품을 보고 빠르게 제품에 관심을 보였다”고 말했다.
한편, 제프 콘던 대표는 투명 3D프린팅이 엔지니어링 비즈니스 측면 양쪽에서 제 역할을 이행하고 있음을 시사했다. 제프 콘던 대표는 “엔지니어링 측면에서는 Accura ClearVue 프린팅을 사용해 스냅핏 기능을 확인할 뿐 아니라 어셈블리에서 발생할 수 있는 툴링 문제를 사전에 해결한다”고 말했다.
이어 그는 비즈니스 측면에서 “투명 3D프린팅을 도입한 이후 고객의 구매 결정이 측정 가능한 ROI로 이어지고 있다”고 말했다. 한 예로, TecNiq의 램프 두 종류는 3D프린팅된 제품을 바로 사용할 수 있어야 한다는 미국 교통부의 규격을 통과했다고 밝혔다.
▲파커 하니핀은 3D시스템의 투명 SLA 소재를 사용해 분리기 시스템 내부의 오일 흐름을 관찰하는데 성공했다.
또 하나의 예로, 모션 제어 기술을 선도하는 기업인 파커 하니핀(Parker Hannifin)은 필터 부서 엔지니어들이 3D시스템의 투명 SLA 소재를 사용해 분리기 시스템 내부의 오일 흐름을 관찰하는데 성공했다고 밝혔다.
R&D 관리자는 3D프린팅을 파커 하니핀의 워크플로에 쉽고 빠르게 통합한 덕에 3주 만에 최적의 원형을 제작해 검증까지 마칠 수 있었다고 전했다.
