MOLYWORKS의 한 관계자는 사업 확장으로 인해 늘어난 고객 수요를 만족시키기 위해 3D SYSTEMS와 손을 잡았다고 밝혔습니다. MOLYWORKS는 3D SYSTEMS의 DMP 장비를 생산 공정에 도입하여 자체 생산성을 크게 강화할 수 있었다고 덧붙였습니다.

큰 빌드 사이즈와 특유의 진공 챔버를 지닌 3D SYSTEMS의 DMP 시리즈는 MOLYWORKS의 생산 효율성 향상에도 크게 이바지했습니다. 이런 혁신적인 변화는 MOLYWORKS로 하여금 더 많은 기업 고객을 유치할 수 있도록 도왔으며 미국 공군과의 계약을 성사시켰습니다.

MOLYWORKS의 설립자이자 임원을 맡고 있는 CHRIS EONTA는 3D SYSTEMS의 DMP 3D 프린터를 이렇게 평가했습니다. "부품 설계 속도와 반복 제작 방면에 있어서 3D SYSTEMS의 DMP 금속 3D 프린터는 타의 추종을 불허합니다. 업계 최고 수준의 기술력을 바탕으로 MOLYWORKS는 한 발자국 더 나아갈 수 있게 되었습니다. DMP 시리즈는 3D 프린팅 기술로 제작될 수 있는 제품에 대한 우리의 인식을 송두리째 바꿔놓았습니다." - MOLYWORKS 설립자 겸 임원, CHRIS EONTA

THE CHALLENGE

폐기물에서 금속을 재활용하는 독특한 기술력을 바탕으로 MOLYWORKS는 육상, 해상, 항공, 우주 용도의 합금을 제작해 왔습니다. 규제가 심한 항공우주 시장에서 꾸준히 증가하는 고객 수요를 만족시키기 위해 MOLYWORKS는 3D SYSTEMS의 AIG(Application Innovation Group)과 협업하여 자체 생산성을 강화하기로 결정했습니다. 핵심은 인하우스 메탈 적층 제조 시스템 확립이었습니다.

MOLYWORKS는 DMP 3D 프린터에서 빛을 보았습니다. DMP 시리즈는 3D CAD 데이터를 바탕으로 복잡한 형상의 금속 부품을 출력하는 고출력 레이저 기반 장비입니다. 먼저 3D CAD 파일을 소프트웨어에 불러옵니다. 소프트웨어는 부품 데이터를 매우 얇은 여러 개의 레이어, 즉 층으로 쪼갠 후 장비로 전송합니다. 이를 기반으로 장비는 고출력 레이저를 활용해 각 레이어의 모양대로 금속 분말 위에 그림을 그립니다. 한 층의 모양이 그려지면 그 위에 새로운 금속 분말이 깔리게 되고 레이저는 다시 그림을 그리죠. 이 과정을 반복하며 최종 형상을 만들어 나갑니다. 

DMP 시리즈의 장점은 큰 빌드 사이즈를 바탕으로 높은 설계 자유도를 제공하며, 부품의 기하학적 형상에 구애받지 않고 복잡한 형상이라도 출력할 수 있습니다. 절삭 방식 등 기존 생산 기술은 제작하고자 하는 부품 형상이 얼마나 복잡한지, 단순한지에 따라 가격과 소요 기간이 좌지우지되었습니다. 하지만 금속 3D 프린터는 재료만 있다면 복잡한 형상도 뚝딱 출력할 수 있기에 훨씬 경제적이며 빠르기까지 합니다.

THE SOLUTION

1. REFINED TITATIUM PRODUCTION

MOLYWORKS는 고품질 부품 제작용 금속 분말 공급 기업으로서 매우 낮은 산소 농도를 지닌 적층 제조 솔루션이 필요했습니다. 산소 농도가 낮을수록 금속 부품의 화학성분이 더 잘 유지되기 때문이었습니다.

DMP 금속 3D 프린터는 고유의 진공 챔버를 통해 매우 낮은 산소 농도(>25ppm)을 유지했기 때문에 MOLYWORKS에게 안성맞춤이었습니다. 특히 정밀한 산소 농도 조절을 필요로하는 티타늄 합금 제작에 도움을 주었습니다. 아울러 낮은 산소 농도는 아르곤 사용량을 감축시켰으며 완벽한 표면 마감을 가능하게 했습니다.

뿐만 아니라 낮은 산소 농도를 바탕으로 경쟁사 장비보다 월등히 뛰어난 화학성분 유지율을 보여주었으며 금속 분말 재사용이 가능해 경제적인 이점까지 톡톡히 보았습니다. 

2. GREATER APPLICATION FLEXIBILITY AND SPEED

3D SYSTEMS의 금속 3D 프린터를 도입하기 전, MOLYWORKS는 지극히 제한적인 3D 프린팅 기술만 사용할 수 있었습니다. 하지만 3D SYSTEMS의 DMP 금속 3D 프린터는 이러한 제약들로부터 MOLYWORKS를 해방시켜주었습니다. 탈부착이 가능한 프린트 모듈은 클리닝과 재료 교체 시간을 획기적으로 줄여주었으며 개발 싸이클 역시 단축시켰습니다.

MOLYWORKS의 한 관계자는 DMP 금속 3D 프린터가 MOLYWORKS의 시제품 제작 역량을 향상시켰다고 설명했습니다. 이전에는 새로운 합금으로 교체할 때마다 생산 라인이 몇 주간 가동을 멈췄지만, 동일한 파트를 각기 다른 9가지 방식으로 출력할 수 있는 DMP 3D 프린터를 도입한 후부터 회전율이 눈에 띄게 좋아졌다고 밝혔습니다.

3. STREAMLINED DESIGN TO PRODUCTION

DMP 금속 3D 프린터는 복잡한 형상을 가지고 있는 부품 제작에 특히 유리합니다. 굴곡, 패턴, 텍스처 등 요소를 선명하게 출력할 수 있기 때문입니다.

물론 옥톤社의 3DXpert 소프트웨어의 도움 없이는 힘들었을 겁니다. 3DXpert는 문제가 자주 발생하는 STL 파일과 씨름할 필요 없이 CAD 파일로 즉시 파트를 출력할 수 있고 이는 제품 설계부터 출력까지 소요되는 시간을 대폭 감소시켰습니다. 이 단일 소프트웨어 시스템은 사용자가 여러 소프트웨어를 오가며 작업한 파일을 저장하고 불러오는 수고를 덜어주며, 사용자 친화적 인터페이스를 통해 비숙련자도 쉽게 익히고 사용할 수 있습니다.

4. LARGER SCALE MANUFACTURING

DMP 금속 3D 프린터는 고출력 레이저 기반 3D 프린터 시장에서 가장 큰 빌드 사이즈를 가지고 있는 장비 중 하나입니다. 큰 빌드 사이즈는 진정한 의미의 설계 자유도를 제공하는 동시에 대형 파트 혹은 다수의 소형 파트를 한 번에 제작하기 유리합니다.

이런 장점들은 MOLYWORKS가 사업을 확장하는 데 큰 도움을 주었습니다. 실제로 DMP 금속 3D 프린터라는 날개를 단 MOLYWORKS는 미국 5개 정부 부서와 새로운 계약을 맺었으며, 헬스케어, 모빌리티, 항공우주, 국방, 석유, 가스 산업의 터줏대감 기업들과 신규 사업을 시작했습니다.

THE RESULTS

1. ACCELERATED WORKFLOWS: 생산 효율 향상을 통해 개발 싸이클 단축에 성공했습니다.

2. QUALITY AND PERFORMANCE IMPROVEMENTS: 고유의 진공 챔버는 매우 낮은 산소 농도에서 작업이 가능하게 했고 이는 퀄리티 향상으로 이어졌습니다.

3. PRODUCTIVITY EFFICIENCIES: 탈부착이 되는 프린트 모듈은 재료를 신속히 교체할 수 있도록 하여 MOLYWORKS의 생산성을 크게 강화시켰습니다.

4. STREAMLINED DESIGN TO PRODUCTION: 단일 소프트웨어로 부품 모델링부터 시뮬레이션, 출력 등 전반적인 제작 공정을 제어할 수 있었습니다.

5. MAXIMIZE GROWTH POTENTIAL: 자체 금속 적층 제조 역량 강화를 바탕으로 사업을 더욱 확장시켰습니다.

어떠셨나요? DMP 금속 3D 프린터에 대해 자세히 알 수 있었던 유익한 시간이었나요?

한국기술은 미국 3D SYSTEMS의 국내 최초, 최대 리셀러입니다. 국내 굴지의 대기업부터 수 많은 정부 기관까지... 수십 년간 축적된 업계 최고 수준의 노하우를 바탕으로 귀사에 가장 적합한 솔루션을 제공해 드리고 있습니다. 장비 도입이 부담되는 분들 혹은 퀄리티를 직접 확인하고 싶은 분들을 위한 시제품 제작 서비스도 제공하고 있으니까요, 언제든 편하게 한국기술로 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.

금속 3D 프린터 DMP를 재밌는 카드뉴스 형식으로 소개드립니다.

의료기기 산업에서 3D 프린터가 어떻게 활용되고 있는지, 재밌게 카드뉴스로 알려드릴게요~