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활용사례

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[자동차] 한국타이어를 위한 궁극의 시제품 제작 솔루션을 제공한 3D Systems

2021-03-02 18:56

[자동차] 한국타이어를 위한 궁극의 시제품 제작 솔루션을 제공한 3D Systemsnew

<< 활용장비: CJP ProJet 660Pro >>




한국기술 3D Systems 3D 프린터 활용사례 한국타이어




과제

- 치열해지는 타이어 업계에서 신제품 디자인과 개발이 필요로 되고 있음.

         

        해결방안

        - 형태와 기능을 평가할 수 있는 완벽한 풀 컬러 모델용 3D 프린터 ProJet CJP 660 활용.

               

              결과

              - 시장 내 발 빠른 대응을 위한 컨셉 모형 검토가 매일 가능하게 됨. 

               

              한국기술 3D Systems 3D 프린터 활용사례 한국타이어

               

              한국타이어의 디자인 부서는 3D Systems의 ProJet CJP 660 3D 프린터를 컨셉 디자인 프로세스의 핵심 부분으로 사용하고 있습니다. 

               

              3D 프린팅 기술은 디자인 팀이 부서 간의 커뮤니케이션 개선, 비용 절감, 디자인 데이터 보안 향상을 위해 도움을 주었습니다.

               

              한국기술 3D Systems 3D 프린터 활용사례 한국타이어한국기술 3D Systems 3D 프린터 활용사례 한국타이어

               

              1941년에 설립된 한국의 한국타이어는 현재 세계에서 7번째로 큰 타이어 제조업체이자 가장 빠르게 성장하고 있는 회사 중 하나입니다. 

               

              현재 전 세계 185개국에서 판매되고 있는 이 회사는 합리적인 가격에 고품질 타이어로 명성을 떨치고 있습니다. 

               

              하지만, 타이어 산업은 치열한 경쟁을 동반하고 있고, 한국타이어는 신제품의 디자인과 개발을 심각하게 받아들이고 있습니다. 

               

              최고 수준의 타이어를 공급하기 위한 노력의 일환으로, 한국타이어는 현재 진행 중인 타이어 디자인을 비밀로 유지하면서 혁신적인 타이어 디자인의 신속한 개발과 테스트를 가능하게 하는 최선의 방법을 찾고 있습니다.

               

              한국기술 3D Systems 3D 프린터 활용사례 한국타이어

               

              이를 염두에 두고 회사는 ColorJet 기술(CJP)을 사용하여 형태와 기능을 평가할 수 있는 완벽한 풀 컬러 모델을 만드는 3D 프린터인 3D Systems ProJet® CJP 660에 투자했습니다.

               

              한국기술 3D Systems 3D 프린터 활용사례 한국타이어

               

              한국타이어 디자인 부서의 캐드 전문가인 이명중 씨는 퇴근 전 프로젯 660에 타이어 디자인을 인쇄하고, 다음 날 아침 출근하면 최종 모델을 확인합니다.

               

               

              하룻밤 사이에 완성되는 모형 제작에는 겨우 7~8시간만이 소요됩니다.

               

               

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              [업계소식] 3D 프린팅 맞춤깔창 ‘피츠인솔’ 눈길

              2021-03-02 17:59

              [업계소식] 3D 프린팅 맞춤깔창 ‘피츠인솔’ 눈길new

              << 활용장비: SLS sPro, ProX 6100>>


               

               

               

               

               

               

              스포츠 산업종합지원센터의 개관... 3D 프린팅 맞춤깔창 '피츠인솔' 눈길

              한국기술 3D 프린터 3D 프린팅 SLS
              스포츠 산업종합지원센터의 개관...3D 프린팅 맞춤깔창 ‘피츠인솔’ 눈길.png

               

               

              문화체육관광부(장관 황희)와 국민체육진흥공단(이사장 조현재)이 합작한 스포츠 산업종합지원센터의 개관식이 23일 오후 2울 송파구 올림픽공원에서 황희 문체부 장관, 조현재 공단 이사장, 박성수 송파구청장 등이 참석한 가운데 열렸다.


              이날 개관식에서는 스포츠산업종합지원센터에 입주한 20여 개 스포츠 기업 가운데 움직이는 발바닥 압력 데이터를 기반으로 맞춤 깔창을 제조하는 기업 '피츠인솔'이 대표기업 선정, 눈길을 끌었다. 

               

              피츠인솔은 걷거나 뛰는 동적 데이터를 반영한 맞춤 인솔 스포츠 기업으로, 전 여자마라톤 국가대표 선수인 권은주 감독이 직접 보행분석 측정 시연에 참여한 것으로 알려져 있다. 

               

              권 감독은 당시 "수술을 두차례나 할 정도로 심한 평발로 고생했었다. 하지만 알키메이커의 과학적이고 정밀한 보행측정 방식을 통해 제작된 피츠인솔을 통해 건강하게 선수생활을 유지할 수 있었고 선수 생활 이후의 삶에서도 여전히 피츠인솔을 신고 마라톤을 즐기고 있다”고 피츠인솔 사용에 대한 소감을 밝힌 바 있다.


              피츠인솔의 제작 방식은 특별하다. 풋폼에 발을 누르거나 모눈종이에 발을 찍고 그 모양을 본떠 인솔을 디자인하던 과거 인솔은 실제 걷거나 뛰는 발 모양을 반영하기 어렵고 하중이나 열에 의해 쉽게 변형되는 내구성 한계가 있었으나 피츠인솔은 병원에서 사용하는 1등급 의료기기 footscan®을 통해 변화하는 발바닥 압력 데이터를 기반으로 설계되며 다수의 병원에서도 이를 사용 중에 있을 만큼 전문성을 인정받았다.


              또한 세계에서 유일하게 선택적 레이저 소결법 (Selective Laser Sintering, 이하 SLS)을 통한 3D 프린팅을 인솔에 활용하여 도식화된 맞춤 깔창 제작이 가능하다. SLS 소재 특성상 뛰어난 내구성과 정확성을 달성할 수 있어 과학적인 인솔 설계가 가능하다.


              이는 세계에서 유일하게 움직이는 보행 데이터를 측정해 맞춤 설계가 가능한 기술이다. 유럽 벨기에에서 7년간 10만명의 보행분석 데이터를 기반으로 개발되어 2015년부터 현재까지 80여개국에 약 100,000켤레 이상 제작됐다.
               

              정확도 뿐만 아니라 내구성과 가벼운 경량감을 보유하고 있어 축구, 마라톤, 싸이클, 스키, 골프, 등 다양한 스포츠 종목에서 국가대표 선수들도 피츠인솔 깔창을 사용하고 있다.
               

              세계적인 여자마라토너 폴라래드 클리프가 운동화 5켤레를 갈아신을 동안 단 1켤레의 인솔로 가능했을 정도이며, 기존 무게의 1/2 초경량 무게로 발이 가볍고(UK8 기준 90g) 동일 사이즈의 경우 다른 신발에도 호환가능한 맞춤깔창이라는 특징을 지니고 있다.


              또한, 전 국가대표 축구선수 오범석은 평발로 인한 불편함을 피츠인솔 평발깔창으로 이겨낸 것으로 알려졌다. 

               

              행사에 참여한 알키메이커(피츠인솔) 채경훈 대표는 “한국인의 체형과 스포츠 라이프 스타일에 최적화된 인솔을 통해 다양한 라이프 스타일에서 만나고 있으며 앞으로는 러닝이나 생활스포츠를 즐기는 20~30대 영역으로 확장시키고 3D 프린팅 기술 기반의 스마트 공장을 설립하는게 목표”라고 포부를 밝혔다.

               

              이어 그는 “이를 위해 ‘러너스랩’ 홈페이지를 새롭게 오픈하여 단순한 운동을 넘어 과학적인 분석과 제품, 전문적인 서비스로 건강한 라이프 스타일을 자리잡게 하고 함께 하는 러닝 문화를 리딩하는 커뮤니티를 구축하고 있다”고 덧붙였다.

               

               

              배연수 기자 | 스포츠W

              * 출처: http://www.sportsw.kr/news/newsview.php?ncode=1065583582616438

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              DyeMansion, 3D프린팅 후공정 기업 스타트업 스토리

              2021-02-22 14:13

              DyeMansion, 3D프린팅 후공정 기업 스타트업 스토리

               << 적용장비: 플라스틱 프린터 SLS, SLA, MJP, DLP>>


               

               

               

               

               

               

              DyeMansion은 3D프린팅된 파트를 고부가가치 제품으로 변환하는 후공정 분야의 글로벌 리더이다. 이들이 제공하는 자동화 된 후공정기술은 AM 기술의 적용을 일상생활 분야까지 확대해 나가는데 꼭 필요한 요소일 것이다. 따라서 회사의 기술은 현재 맞춤형 안경에서부터 차 내장, 식품까지 폭넓게 활용되고 있다. 

               

               

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              ▲ DyeMansion의 3D프린팅후공정 시스템

               


               

               

              BMW, Daimler, Under Armour, Jabil 같은글로벌 기업을 포함한 전세계 600개 이상의 고객을 보유하고 있으며 최종품질, 자동화, 산업화의 측면에서 3D프린팅 산업의 후공정을 선도하고 있는 DyeMansion의 창업은 2013년 뮌헨의 작은 지하실에서 시작됐다.

               

               

              DyeMansion의 창업자인Felix Ewald와 Philipp Kramer는 3D프린팅 서비스 기업인 Trindo社를 먼저 설립하고 고객사의 기업 디자인을 3D프린팅한 스마트폰 커버를 판매하고 있었다. 그러던 중 커버 색상이 바지 주머니에 물들어버리는 제품 결함으로 인해 Trindo는 납품 했던 200여개의 케이스를 모두 회수해야 했다. 그 해결책을 모색하는 가운데 2명의 젊은 창업자는 3D프린팅으로 만든 플라스틱 파트의 컬러화 기술에 큰 사업 기회가 있다는 것을 발견하게 되었고 자신들만의 독창적인 후처리 아이디어를 모색하기 시작했다.

               

               

               


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              ▲ DyeMansion 창업자,Philipp Kramer(좌)와 Felix Ewald(우)  

               

              AM Ventures는DyeMansion 창업팀의 가능성과 비전을 일찍부터 인식하고 있었다. 따라서 Trindo가 DyeMansion(Dye=염색, Mansion=하우스)으로 재창업한 2015년에 시드(Seed) 라운드 투자를 하게 된다. 또한 AM Ventures는 초기 개발단계 뿐아니라 3D프린팅 산업의 광범위한 네트워크를 지원함으로써 성공적인 창업을 이끌었다.

               

               

              AM Ventures 투자이후 9개월도지나지 않아, DyeMansion은 프랑크푸르트에서 개최된 폼넥스트(Formnext)전시회에서 자동화 된 컬러링 시스템을 세계 최초로 공개하고, Start-up Challenge에 선정되는 영예를 얻게 된다. 그 이후 고객의 주문이 증가했기 때문에 회사는 2016년 여름에 뮌헨 근교 Planegg에 새로운 사옥을 짓는다.

               

               

              성공적인 런칭 이후 DyeMansion은 3D프린팅 파트의 최종 용도에는 단순히 색상 이상의 것이 필요하다는 것을 곧 알게 됐다. 그래서 플라스틱의 표면 품질을 향상시키고 고객의 수작업의 양을 줄이기 위해2016년 11월 세계 최초의 DyeMansion Powershot 시리즈를 출시하고 제품 포트폴리오를 확대한다. 그후에도 DyeMansion은 독일의 많은 신생 유망기업 중에서도 존재감을 발휘하면서 독일경제기술부의 프로그램 Accelerator Tech에 선정되고 마침내 미국시장에도 진출했다. 회사멤버들은 2017년 여름을 실리콘밸리에서 경험이 풍부한 멘토와 함께 보냈다.

               

               

              3D프린팅 스마트폰 커버로 시작, 컬러후공정 자동화 솔루션 사업화

              시장 수요 맞춤 제품 개발로 성장, 친환경 공정 등 지속가능 발전추진

               

               

               

               

               

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              ▲ DyeMansion Print-to-Product 워크플로우

               

               

              실리콘밸리에서 얻은 새로운 아이디어와 고객의 의견을 종합하여 DyeMansion은 기존의 워크플로우를 개선해 2017년 가을 DyeMansion Print-to-Product라는 개념을 발표했다. 이 DyeMansion Print-to-Product 워크플로우는 제품의 표면 물질제거(Cleaning)와 표면처리(Surfacing), 컬러링(Dyeing)을 결합한 엔드투엔드 프로세스 체인을 고객에게 제공하기 위한 것이었고, 이러한 솔루션은 빠르게 시장에서 받아들여지며 회사의 성장을 가속화했다.

               

               

              한편 AM Ventures의 시드펀딩 후 2018년 9월에는 2곳의 새로운 투자자가 추가됐다. 재무적투자자인 UnternehmertumVenture Capital Partners(UVC 파트너)와 btov Partners는 산업에 특화된 전략적 투자자인 AM Ventures에이어 500만달러를 시리즈 A 펀딩으로 지원했다. 따라서 회사는 글로벌 사업을 더욱 확대하고 신제품Print-to-Product 워크플로우를 확대할 수 있었다.

               

               

              그리고 더 많은 후처리 옵션으로서 새로운 Powerfuse S 시스템을 2019년 폼넥스트에서 발표했다. 여기에는 사출성형부품 수준의 표면품질을 가능하게 하는 VaporFuse Surfacing 기술이 적용됐다. 이를 통해 3D프린팅의 최종 품질 수준을 높이고 어플리케이션의 확대를 이끌었다.

               

               

              DyeMansion은 지금의COVID-19 팬데믹 상황에서도 성공적으로 1,400만달러의 시리즈 B 자금을 조달, 눈부신 성장을 계속하고 있다. 여기엔 덴마크 노르딕알파파트너스(NAP) 및 기존투자자인 UVC 파트너, btov 파트너,KGAL, AM Ventures가 참여했다.

               

               

              오늘날의 팬데믹 상황은 많은 산업에 영향을 미쳤고, 그중 제조 공급망역시 큰 타격을 피할 수 없었지만 그에 따른 해결책으로 부상된 디지털 제조방식은 오히려 AM 산업에게성장의 기회가 되고 있다.

               

               

              실제 회사는 팬데믹으로 인한 전세계적인 경기침체에도 불구하고 오히려 2019년에 비해 2020년 성장을 하고 있다. 그리고 더 많은 직원을채용하고 해외시장 확대에도 박차를 가하고 있다.

               

               

              DyeMansion은 시대적 화두인 지속 가능한 발전에 적극 대처하고있다. 회사는 작년 European InnovationCouncil(EIC)의 Horizon 2020 프로그램에 선정되어 Powerfuse S 제품을 통해 European Climate Goals을 실현하는 것을 목표로 하고 있다. 이는 제품을 더 잘 만들기 위해서는 산업화와 지속 가능성이 동시에 추구되어야함을 인식하고 있기 때문이다.

               

               

              회사의 VaporFuse 기술과 하드웨어 Powerfuse S는 이러한 규칙에 따라 환경적 책임과 함께 하는 경제적인 지속 가능성을 추구하고 있다. 또한 Powerfuse S의 하드웨어 아키텍처는 폐기물을 배출하지않는 친환경 용제를 사용하고 있으며, 환경, 사업자, 지역문화에 악영향을 주지 않고 장기적인 경제성장을 가능하게 하기 위한 노력을 기울이고 있다.

               

               

              AM산업은 아직 그 잠재력에 비해 충분히 무르익지 않은 산업이다. 최근 많은 창업 기업이 산업의 성장을 주도하고 있다고 해도 과언이 아닐만큼 최근 수년간 새로운 기술 접근과 어플리케이션 개발이 다수의 스타트업을 통해 활발하게 이뤄지고 있다.


               

                

              이상민 아시아 총괄이사 | AM Ventures 

              *출처: 신소재경제

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              [업계소식] 신체 약자 위한 로봇의족·3D프린팅 임플란트 보급 연구 속도 낸다

              2021-02-22 11:41

              [업계소식] 신체 약자 위한 로봇의족·3D프린팅 임플란트 보급 연구 속도 낸다

              기계연, 충남대병원 · 중앙보훈병원과 신체 약자 위한 공동 R&D 추진

              한국기계연구원과 중앙보훈병원은 기계연이 개발한 스마트 로봇의족 실증의 일환으로 국가유공자 대상 보급 사업을 추진하면서 2020년 2월 ‘보철구 첨단화를 위한 국가 유공자 로봇의족 시연회’(왼쪽), 2020년 10월 ‘정형·재활의료기기 사업화 인증 및 실증지원 사업’ 1차 년도 시연회(오른쪽)를 개최하는 등 협력을 이어왔다. 기계연 제공.
              한국기계연구원과 중앙보훈병원은 기계연이 개발한 스마트 로봇의족 실증의 일환으로 국가유공자 대상 보급 사업을 추진하면서 2020년 2월 ‘보철구 첨단화를 위한 국가 유공자 로봇의족 시연회’(왼쪽), 
              2020년 10월 ‘정형·재활의료기기 사업화 인증 및 실증지원 사업’ 1차 년도 시연회(오른쪽)를 개최하는 등 협력을 이어왔다. 기계연 제공.

              한국기계연구원이 충남대병원, 중앙보훈병원과 신체 약자를 위한 연구개발에 공동으로 나선다.

               

              한국기계연구원은 18일 충남대병원에서 충남대병원, 중앙보훈병원과 불편한 팔다리에 착용해 움직임을 보완하는 보조기부터 3D프린팅 기술로 만든 임플란트 등 신체 약자를 위한 연구개발을 목표로 한 양해각서(MOU)ㅅ를 체결했다고 밝혔다. 

               

              세 기관은 향후 의료용 로봇, 진단 및 헬스 모니터링, 나노·3D 바이오프린팅 의료기술, 광학·플라즈마·소재 융합 등 첨단 의료기술 분야 연구협력을 비롯해 연구인력 교류, 시설과 장비, 학술 정보 공동 활용 협력을 추진한다. 

               

              기계연은 지난 2017년 충남대병원과 공동 연구과제 수행은 물론 연 2회 이상의 의료융합기술세미나를 개최하는 등 지속적으로 교류했다. 협력 연구 성과인 스마트 로봇의족은 기술력과 경제성으로 주목받았다. 

               

              이번 협약으로 중앙보훈병원도 협력에 참여해 의료 및 보건 분야 공동 R&D 의제 발굴, 의료기계 기술 상용화를 위한 협력의 폭을 넓힐 수 있게 됐다. 

               

              박상진 기계연 원장은 “보건·의료 분야의 연구개발 협력 강화는 고령화 사회에서 신체 약자를 위한 기술 성과를 낼 수 있어 의미가 있다”며 “연구성과로 더욱 안전하고 건강한 사회를 만드는 데 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.

               

              김민수 기자 | 동아사이언스

              * 출처: http://dongascience.donga.com/news/view/44063

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              3D SYSTEMS, 연료 인젝터에서 열 교환기까지 다양한 사례들 소개

              2021-02-15 11:30

              3D SYSTEMS, 연료 인젝터에서 열 교환기까지 다양한 사례들 소개

              << 활용장비: DMP Factory 500 & 350 / Flex 350 >>


               

               

               

               

               

               

               

               

              금속 프린터 활용한 유체 흐름 어플리케이션 사례 지원 확대

              3D시스템즈(3D SYSTEMS), 금속 프린터 활용한 유체 흐름 어플리케이션 사례 지원 확대.jpg


              적층 제조 기술(AM)을 최대로 활용한다는 것은 단순히 프린터를 잘 작동하는 것만을 의미하지는 않는다. 다른 기술과 마찬가지로, 공정에 대한 지식이 깊을수록 프로세스 과정에서 더 많은 것을 얻을 수 있고 관련된 응용 프로그램을 더 많이 개발할 수 있다.

               

              자동차와 모터스포츠, 항공우주, 에너지 및 그 외 적층 제조(AM) 기술 채택을 주도하고 있는 다양한 산업에서, 유체 흐름 애플리케이션보다 역동성을 더 잘 보여주는 분야는 없을 것이다.

               

              적층 제조(AM) 기술로 성능, 효율성, 신뢰성 면에서 우수한 유체 흐름 시스템을 만들 수 있다. 최근 3D시스템즈는 무료로 다운 가능한 eBook에서 유체 흐름 시스템용 적층 기술 어플리케이션을 소개하고 성능 개선에서 경량화에 이르는 다양한 분야에서의 광범위한 이점을 소개하였다.

               

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              DMP 금속 프린터로 제작한 연료 노즐

               

               

              디자인 자유도

              유체 흐름 에플리케이션을 위한 적층 제조의 다양한 이점은 설계 와도 밀접한 관련이 있다. 적층 제조(AM)는 기존 절삭 방식 제조에 비해 설계 자유도가 뛰어나 복잡한 내부 및 기하학적 구조와 특징을 가진 부품을 제작할 수 있다. 요약하자면, 이는 우리가 이제 유체 흐름 적용을 위하여 혁신적이고 더 뛰어난 디자인을 구상할 수 있다는 것을 의미한다.

               

              세계 최대 입자 충돌 가속기(세계 최고 대형 기계)인 거대 하드론 충돌기(LHC)를 운영하는 스위스에 본사를 둔 유럽 조직 CERN은 3D시스템즈 애플리케이션 혁신 그룹(AIG)과 제휴해 LHC 실험을 위한 티타늄 쿨 바를 재설계하고 제조했다. 적층 제조 기술(AM)은 연구용 목적으로 검출 영역을 -40˚C로 냉각시켜 입자 반응을 보존하는 데 사용되는 금속 부품 제작과 관련된 여러 난제를 극복할 수 있도록 지원했다.

               

              3D시스템즈(3D SYSTEMS), 금속 프린터 활용한  유체 흐름 어플리케이션 사례 지원 확대

               

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              LHCb 어셈블리용 3D 프린팅 쿨 바를 설계한 CERN 및 3D 시스템즈

               

               

              가장 큰 도전은 제한된 공간이었다: 충분한 열을 발산하면서도 제한된 공간에 맞춘 쿨 바를 제작해야 했고 검출기 효율성 및 해상도를 위해 평탄도 사양을 맞추는 동안 길이 140m, 폭 2㎜ 이하의 광 검출 스트립의 길이에 걸쳐 온도 균일성을 달성해야 했다.

               

              이러한 요건을 바탕으로 완벽한 부품 설계를 구상했다. CERN의 LHCB SciFi Tracker 프로젝트의 리더인 안토니오 펠레그리노는 해당 문건에서 ‘이 디자인은 매우 아름다웠지만, 일반적인 기존 제작 방식으로 제작할 수 없었다’고 설명했다.

               

              3D 시스템즈의 애플리케이션 혁신 그룹(AIG)과 CERN은 DMP(Direct Metal Printing) 프린터를 사용하여 티타늄 쿨바를 300개 이상 제조할 수 있었는데, 각각 0.25mm 벽 두께(열 방출을 개선하기 위한 것), 누설 조임성 및 평탄성 50미크론 등 필요한 사양을 충족했다.

               

              산업 부문에 걸친 유체 흐름 시스템

               

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              라멜라 열교환기 설계

               

               

              유체 흐름 시스템에서 적층 제조(AM)의 이점은 CERN을 훨씬 넘어 열 교환기에서 통합 냉각, 추진 시스템 및 연료 인젝터, 유체 다지관 및 마이크로 유체 공학에 이르기까지 광범위하다. AM은 이러한 모든 유체 흐름 애플리케이션에 대해 한 가지 이상의 방법으로 효율성 향상을 실현하고 있다.

               

              한편 적층 제조는 기하학적 구조 최적화 덕분에 더 경량화된 구조물을 생산할 수 있다. 이는 중량의 요인으로 운영비가 증가될 가능성이 있는 추진 시스템과 연료 인젝터와 같은 응용 분야에서 특히 중요하다.

               

              예를 들어 액체 로켓 엔진 인젝터를 설계할 때, 독일 우주 센터(DLR)는 3D 시스템즈 고객 혁신 센터와 협력하여 30개의 부품을 단일 부품으로 통합할 수 있었고, 최종 중량을 최대 10%까지 줄일 수 있었다.

               

              여기에 통합 설계는 기존 시스템에 존재하는 고장 지점을 제거해 전반적인 시스템 성능을 개선했다. 3D 프린터로 제작한 연료 인젝터에는 압력 및 온도 센서 채널과 같은 특정 기능도 통합되어 있어 냉각 및 연소 성능이 우수했다. 이러한 성능 향상 기능은 3D Systems의 DMP(Direct Metal Printing) 기술을 통해 실현 가능했다.

               

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              DLR의 발화 테스트

               

               

              DLR에서 인젝터 헤드 프로젝트를 관리하고 있는 마르쿠스 쿤은 같은 자료에서 ‘DMP 기술을 활용한 우주 연구 성공을 바탕으로 센서 통합과 연료 및 냉각수 분배에 대한 새로운 가능성을 염두 했을 때 3D 시스템즈 기술은 인젝터 헤드의 제조 설계 측면에 완벽하게 적합하다고 생각했다’고 설명했다.

               

              단순하고 더 뛰어난 흐름성

               

              적층 제조(AM)는 또한 유체 역학을 직접적으로 개선함으로써 유체 흐름 애플리케이션의 효율성을 향상시킬 수 있다. 대부분의 기존 제조 공정은 내부 채널을 통해 이동하는 유체가 정체된 구역에 갇힐 수 있기 때문에 모서리 부분이 뾰족한 설계를 선호하는데, 이는 문제가 될 수 있다.

               

              이는 결국 압력 손실로 이어지고 효율을 떨어뜨린다. 적층 제조(AM)를 위한 설계는 이러한 골치 아픈 설계 특징을 없애고 유체 역학에 최적화된 내부 채널을 만들 수 있다. 이러한 이점은 반도체 기계의 유체 다 지관과 연구소에 사용되는 마이크로 유체 소자에서 가장 명확하게 볼 수 있다.

               

              마찬가지로, 최대 냉각을 달성하기 위해 의도적인 난류를 가진 유체 흐름 시스템을 설계할 수 있다. 예를 들어 열 교환기의 경우 내부 난류는 열 전달을 증가시킬 수 있으며, 이는 냉동 기기, 에너지 생성 및 기타 많은 용도에 유용할 수 있다. 전체적으로 적층 제조(AM)는 엔지니어와 유체 흐름 전문가가 제조상의 제약이 아닌 유체 역학으로부터 설계를 기초할 수 있도록 한다.

               

              3D시스템즈(3D SYSTEMS), 금속 프린터 활용한  유체 흐름 어플리케이션 사례 지원 확대

               

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              3D 프린터로 제작한 유압 매니폴드

               

               

              적층 제조는 유체 흐름 애플리케이션의 상태를 보다 개선하여 부품 통합을 통한 제조 가능성 향상, 중량 감소 및 혼합 효율을 통한 뛰어난 효율성 및 공간 활용도를 제공하고 있다. 이는 LHC용 3D 프린팅 금속 쿨바, 연료 인젝터 또는 작은 채널이 있는 플라스틱 마이크로 유체 소자 등 사실상 모든 유체 역학 영역에 해당된다.

               

              그럼에도 연구 곡선은 새로운 제조공정뿐만 아니라 완전히 새로운 설계 방식까지 포괄하기 때문에 상당히 가파르다고 할 수 있다. 다행히 적층 제조(AM) 기술 도입 장벽 화를 위해 전문가들이 손을 잡고 있다.

               

              김우겸 기자 | 산업일보 국제산업부

              * 출처: http://www.kidd.co.kr/news/219947

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              [업계소식] 美 해군, 3D 프린팅 기술로 군함용 안테나 만든다

              2021-02-15 10:59

              [업계소식] 美 해군, 3D 프린팅 기술로 군함용 안테나 만든다

               미국 해군이 3D 프린팅 기술로 군함에서 활용되는 원통형 안테나를 만들어 화제다. 기존 금속으로 안테나를 제조할 때보다 무게가 가볍고 생산 시간도 적게 들어 효율적이다. 

               

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              NRL이 3D 프린팅 기술을 활용해 만든 군함용 원통형 안테나(위). 사진 중간에 있는 기존 안테나보다 훨씬 부피가 작다. <자료= NRL>

               


               

              최근 미국 해군 연구소(NRL)는 3D 프린터로 군함용 안테나를 생산했다. 안테나는 군함 항로를 계산하고 적함의 위치를 알아내는 데 중요한 역할을 한다.

               

              임무 수행 중 안테나 고장이 발생하면 이른 시간 내에 교체해야 하지만 개별 군함에 맞는 부품을 만들어내려면 주 단위 이상 시간이 소요됐다.

               

              그러나 NRL은 3D 프린팅 기술로 단 몇 시간 만에 이 부품을 만들어 생산 시간을 획기적으로 줄였다. 원통형으로 만들어진 이 안테나는 X-밴드 레이다를 탑재하고 있고, 360도 전방을 탐지할 수 있는 등 기술 면에서도 뒤지지 않는다.

               

              NRL 연구진은 “기존보다 안테나 무게와 부피가 훨씬 줄어 다양한 응용처에 활용할 수 있고, 기존에 쓰였던 단단한 금속 부품을 대체할 수 있을 것으로 본다”고 밝혔다.최근 미 해군은 군함에 탑재되는 다양한 부품을 3D 프린팅 제품으로 생산하기 위해 공을 들이고 있다.

               

              한 예로 미 해군 'NPS'(Naval Postgraduate School)라는 교육 기관은 제록스 3D 프린터를 설치해 미군이 필요한 부품을 관련 기술로 생산하는 연구를 시작했다.

               

              또 미 해군 소속 'NAVSEA'라는 조직은 부품 생산에 드는 비용을 2억5000만달러(약 2800억원)가량 줄이는 것을 목표로 7개 연구개발(R&D) 프로그램을 가동했는데, 3D 프린팅을 활용해 주요 부품 생산 기술을 확보할 것으로 전망된다.

               

              새로운 폴리머 소재를 활용, 스스로 움직이는 잠수함을 개발하려는 움직임도 있다.

               

              한편 세계 각지에서 선박에 들어가는 대형 부품을 3D 프린팅으로 생산하려는 움직임이 있어 화제가 된 바 있다. 프랑스 방위 산업 회사는 최근 무게 200㎏, 지름 2.5m에 달하는 선박용 프로펠러를 3D 프린터로 출력해 눈길을 끌었다. 

               

              강해령 기자 | 전자신문

              * 출처: https://www.etnews.com/20210214000071

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              [업계소식] 첨단 의료기기도 3D프린팅으로 공동제조...대구에서 세계 최초 추진

              2021-02-10 15:26

              [업계소식] 첨단 의료기기도 3D프린팅으로 공동제조...대구에서 세계 최초 추진

              << 활용장비: DMP Flex 350 >>


               

               

               

               

              대구에서 세계 최초로 3D프린팅을 이용해 의료기기를 공동으로 제조하는 실증작업이 실시된다.

               

              첨단의료기기 공동제조소에 설치된 3D프린터(3D Systems DMP Flex 350)의 모습. /대구시

               

              대구시는 ‘스마트웰니스 규제자유특구’를 통해 ‘첨단 의료기기 공동제조소 구축 및 품질책임자 공동 지정’(이하 공동제조소) 실증을 4일부터 본격 착수한다고 밝혔다.

               

              대구는 2019년 8월9일부터 오는 8월8일까지 2년간 한시적으로 스마트웰니스 규제자유특구로 지정됐으며, 첨단 ICT기술을 의료분야에 접목하는 대표적인 의료·헬스특구는 지난해 7월 지정됐다.

               

              특구에서는 현행법상 금지돼 있는 사업이나 연구를 할 수 있다.

               

              4일부터 본격 착수하는 공동제조소에서는 다수의 기업이 하나의 공장을 공동으로 활용할 수 있게 된다. 구체적으로는 인공관절, 두개골 성형재료 등 첨단의료기기 8개 품목을 대상으로 3D프린터를 이용해 시제품을 생산하는 것이다.

               

              대구시는 “이를 통해 올해 상반기 중 식약처의 인·허가를 거쳐 제품의 상용화를 추진할 계획”이라고 밝혔다.

               

              현행 ‘의료기기법’ 등 관련 법령에서는 의료기기의 제조를 위해서는 GMP(Good Manufacturing Practice·의료기기 제조업체가 생산·판매하는 의료기기가 안전하고 유효하며, 의도된 용도에 적합한 품질로 일관성 있게 제조·판매됨을 보장하는 품질경영시스템의 최소한의 요구 조건) 인증 제조시설 및 품질책임자 확보 등이 요구돼 투자 여력이 부족한 중소기업에게는 의료기기 시장 진입에 어려움이 있었다.

               

               

              공동제조소가 설치된 곳은 대구경북첨단의료복합단지 내의 경북대 산학협력단(첨단정보통신융합산업기술원) 부지 내에 있다. 여기에는 클린룸 설비가 갖추어져 있으며, 금속 3D프린터 5대, 플라스틱 3D 1대, 세척기 등의 장비가 있다.

               

              경북대 산학협력단이 주관하는 공동제조소 실증사업에는 ㈜멘테스로지텍 등 12개 사업자가 참여하고 있다.

               

              대구시는 하나의 공장에서 하나의 기업만 의료기기를 제조해야 한다는 규제를 극복하고 다수의 기업이 하나의 공장을 공동으로 활용할 수 있는 공동제조소를 통해 최소 20억원 이상의 3D프린터 설비투자 비용을 경감할 수 있게 됐다고 보고 있다.

               

              또 이번 실증을 통해 기업의 의료기기 상용화가 이뤄지면 의료기기 조제기업의 제품개발과 생산에 소요되는 시간과 비용을 획기적으로 줄여 국내 3D프린팅 의료기기의 산업 성장을 주도하고 관련 규제법령의 정비와 정책수립을 위한 근거자료로도 활용될 것으로 기대하고 있다.

               

              홍의락 대구시 경제부시장은 “대구 스마트 웰니스 규제자유특구에서 기업들이 제조 프로세스의 혁신을 통해 새로운 비즈니스 모델을 창출할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

               

              박원수 기자 | 조선일보. 편집국 사회부 대구취재본부 

              * 출처: https://www.chosun.com/national/regional/2021/01/04/6NJYIREIBJAN5JOFSUIFTMGPEQ/

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              [업계소식] 현대건설, 3D프린팅 '비정형 거푸집' 시공기술 확보

              2021-02-10 15:26

              [업계소식] 현대건설, 3D프린팅 '비정형 거푸집' 시공기술 확보

              다양한 소재 활용 가능…비용·시간 절약 효과힐스테이트 레이크 송도 2차에 국내 첫 적용.


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              3D프린팅으로 제작한 비정형 거푸집. /사진제공=현대건설

              현대건설은 미래 건설기술 확보를 위해 대형 복합소재 3D프린팅 비정형 거푸집 시공기술을 확보하고 관련 특허 출원을 진행하고 있다고 8일 밝혔다. 회사는 2019년부터 대형 3D프린팅 전문기업인 쓰리디팩토리와 함께 복합소재 3D프린팅 연구에 착수했다.

              복합소재 3D프린팅은 사용 가능한 소재가 다양한 것이 장점이다. 저강도 플라스틱, 고강도 탄소섬유, 유리섬유 등 여러 소재를 사용할 수 있다. 두 가지 이상 재료를 혼합해 새로운 소재로도 제작할 수 있다.

              이를 활용하면 제작비용이 높고 제작기간이 오래 걸리는 기존 거푸집 소재(합판·스틸)의 단점을 보완할 수 있다는 설명이다. 회사가 개발한 복합소재 3D프린틍 비정형 거푸집 제작기술은 산업용 대형 3D프린터를 사용으로 출력과 동시에 표면 가공이 가능해져 가공오차를 최대 0.001㎜ 이내로 정밀 구현할 수 있다. 가로 2.5m, 세로 5m, 높이 1.5m 크기의 거푸집을 한 번에 제작해 제작기간을 획기적으로 단축해 경제성·고품질을 기대할 수 있다고 밝혔다.

              이밖에 현대건설은 첨단 기계식 터널 굴착 공법인 TBM의 세그먼트 제작에 사용되는 거푸집에도 3D프린팅 기술을 적용하는 연구를 진행 중이다.


              힐스테이트 레이크 송도 2차에 설치된 국내 최초 복합소재 3D프린팅 비정형 벤치. /사진제공=현대건설



              현대건설은 복합소재 3D프린팅 기술을 활용해 비정형 조경구조물 제작 기술을 개발하는 한편 지난해 7월 관련 특허를 출원했다. 회사는 지난해 입주한 ‘힐스테이트 레이크 송도 2차’에서 국내 최초로 비정형 조경구조물인 옥외용 벤치(폭 1m, 높이 1m, 길이 8m)를 적용했다. 각기 다른 형상으로 이뤄진 약 200개의 부재들을 3D프린팅으로 적층·가공해 제작했다.

              현대건설은 앞으로도 조경 구조물 제작에서 3D프린팅 기술을 자사 ‘디에이치’ 브랜드 적용 현장에 적용할 계획이다. 현대건설 기술연구소 관계자는 “대형 복합소재 3D프린팅 기술개발을 계기로 향후 미래 건설업계의 패러다임 변화를 선도할 것”이라고 말했다.

              /진동영 기자 jin@sedaily.com

              * 출처: https://www.sedaily.com/NewsView/22IGATTK61

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              [우주] 3D 프린팅으로 액체 로켓 엔진 인젝터를 설계한 독일항공우주센터(DLR)

              2021-02-03 18:01

              [우주] 3D 프린팅으로 액체 로켓 엔진 인젝터를 설계한 독일항공우주센터(DLR)

              << 활용장비: DMP 350 >>


               

               

               

               

               

              '유럽형 차세대 소형 발사체'(SMall Innovative Launcher for Europe, SMILE 프로젝트라고도 함)라는 유럽연합(EU) Horizon 2020 프로젝트는 소형 위성 발사체를 설계하여 소형 위성(최대 150kg)을 500km 태양 동기 궤도에 보내는 것을 목표로 합니다. 독일 슈투트가르트에 소재한 독일항공우주센터(Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, 또는 DLR) Institute of Structures and Design은 참여 기관 14곳 중 하나로 SMILE 프로젝트 발사체의 액체/액체 로켓 엔진 인젝터 개발을 담당합니다. 이 기관이 액체 추진 시스템에 중점을 두는 이유는 시스템 개조 및 재사용 가능성 때문입니다. 따라서 소형 위성 발사체에 높은 비용의 효율적인 솔루션을 제공합니다.

               

              액체 산소(LOX)/등유 엔진의 고도로 복잡한 인젝터 헤드 부품을 고려하여 DLR은 벨기에 루벤에 위치한 3D Systems의 고객 혁신 센터(CIC)와 협력하여 새로운 가능성과 성능을 지원할 수 있는 3D 프린팅 인젝터를 설계했습니다. 3D Systems의 루벤 CIC는 고객이 제품 개발과 검증, 상용화에 필요한 리소스에 액세스할 수 있도록 하여 고급 응용 분야를 전문으로 가속화하는 세계적인 센터 네 곳 중 하나입니다.

               

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              <금속 프린팅 인젝터 헤드의 특징은 30:1 부품 수 감소와 10% 중량 감소>

               

              성공의 파트너

               

              동축 인젝터 헤드를 3D 프린트로 제작 하기로 선택할 때 DLR은 적층 제조의 여러 핵심 이점을 활용하고자 했습니다. 예를 들면 모놀리식 설계를 이용해 부품 수를 줄이고 냉각 채널과 같은 주요 기능을 통합하여 전체적인 추진 시스템의 성능을 개선하는 것입니다.

               

              DLR에서 인젝터 헤드 프로젝트를 관리하는 Markus Kuhn과 Ilja Müller는 3D Systems를 파트너로 선정한 것은 이 3D 프린팅 회사가 항공우주 응용 분야의 금속 3D 프린팅 부문에서 이룬 성공적인 실적을 고려했기 때문이라고 말합니다. "DMP와 관련된 우주 관련 사업의 성공에 근거했을 때, 센서 통합과 연료 및 냉각수 분배의 새로운 가능성을 생각하는 3D Systmes가 인젝터 헤드의 제조 측면을 위한 설계를 제공하는 데 딱 들어맞는다고 생각했습니다", Kuhn 씨는 설명합니다.

               

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              <3D 프린팅 인젝터 헤드의 고온 연소 테스트에서는 우수한 혼합 및 연소 효율을 보여주었습니다.>

               

              연료 인젝터 설계 최적화와 부품 수 감소

               

              로켓 인젝터라는 부품을 통해 연료와 산화제가 연소 챔버로 들어갑니다. 성공적인 액체 로켓 연료 인젝터는 적절하게 원자화 및 혼합되어 로켓이 움직이는 데 필요한 연소를 만들어낼 수 있는 방식으로 이러한 구성 요소를 분사합니다.

               

              3D Systems의 프로젝트 엔지니어인 Koen Huybrechts 씨에 따르면 DLR이 구상한 액체 연료 인젝터 헤드에는 DMP를 사용한 3D 프린팅을 통해서만 가능했던 여러 성능 개선 기능이 포함되어 있습니다. "최적화된 성능과 냉각의 필요성, 압력 및 온도 센서 채널의 설계 복잡성, 일관되고 쉽게 반복할 수 있는 공정으로 어셈블리와 생산을 간소화하려는 바람이 모두 합쳐져 ProX® DMP 350을 만나게 되었습니다"라고 Huybrechts 씨는 말합니다.

               

              DMP를 사용한 금속 3D 프린팅으로 DLR에서 다음이 가능해졌습니다.

               

              • 연료 및 냉각수 분배의 가능성을 통해 부품 성능 최적화
              • 3D 경로 압력 및 온도 센서 채널의 손쉬운 구현
              • 중간 생산 및 어셈블리 단계 제거
              • 기존 제작 방법의 제한 없이 열, 질량 및 유압 성능을 독립적으로 최적화
              • 모놀리식 설계로 어셈블리 실패 지점을 방지하고 품질 측면 향상
              • 기계 가공 단계를 줄여 고도로 통합된 다기능 인젝터 생산 

               

              금속 3D 프린팅을 사용하여 DLR은 동축 인젝터의 설계 방법을 크게 변경할 수 있었고 여러 하위 구성 요소가 필요 없게 되어 생산 시간과 비용을 현저히 줄였습니다. 30개에서 1개로 줄어든 부품 수로 최종 중량이 10% 감소하고 고정 위치에서 알려진 실패 지점을 제거해 관련 품질 관리 조치를 완화하고 시스템 성능을 개선했습니다.

               


              정밀 금속 프린팅으로 부품 통합

               

              3D Systems의 응용 프로그램 엔지니어는 3DXpert™를 사용하여 인젝터 헤드 파일의 프린팅을 준비했습니다. 3DXpert는 올인원 소프트웨어로 금속 적층 제조 공정 전체를 포괄합니다. 3D Systems는 후처리에서 분말 제거가 용이하도록 사전 프린팅 작업을 수행하였고 부품이 복잡한 과정 없이 제작되도록 프린트 가능성 검사도 실행했습니다.

               

              3D Systems의 루벤 CIC에서 최종 부품은 내산화 및 내부식성 소재인 인코넬 합금 LaserForm® Ni718(A)를 사용하여 3D Systems ProX DMP 350 금속 프린터로 제작 되었습니다. LaserForm Ni718(A)의 특징은 최대 700°C 극저온에서 인장, 피로, 크리프, 파열 강도가 우수하다는 것입니다. 따라서 고온 응용 분야에 이상적입니다.

               

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              <인젝터 헤드 유량: 파란색 = LOX, 주황색 = 등유, 빨간색 = 필름 레이어, 녹색 = 증산 냉각>

               

              일단 프린트되면 3D Systems 팀은 사용되지 않는 소재를 부품 내부에서 제거하고 응력 제거를 위해 부품을 열처리한 다음 와이어 방전가공(EDM)을 사용하여 제작판에서 부품을 제거했습니다.


              도구 없는 생산으로 설계 주기 가속화

               

              3D Systems의 적층 제조 전문성과 DMP를 사용하여 DLR은 많은 시간이 걸리는 공구 세공 없이 설계 변경을 신속하게 통합하고 탐색할 수 있었습니다. 이 기능은 DLR의 설계 주기에 매우 중요했습니다. 인젝터 헤드 원형의 1단계 설계와 테스트를 위한 리드 타임이 단 몇 주 밖에 없었기 때문입니다.

               

              "ProX DMP 350과 3D 프린팅 설계에 관한 3D Systems의 지식을 결합하여 저희는 훨씬 짧은 기간에 더 많은 디자인 옵션을 테스트할 수 있었습니다"라고 Kuhn 씨와 Müller 씨는 말합니다.

               

              금속 3D 프린팅을 통해 DLR은 이중 소용돌이 인젝터 요소로 동축 사출 기법을 적용하여 인젝터 헤드의 산화제 연료 혼합을 최적화할 수 있었습니다. 냉각 솔루션은 두 가지가 구현되었고 각각 최소 선폭 0.2mm, 최대 길이/직경 비율이 45인 미세 채널을 사용했습니다. 또한 설계에서는 인젝터 헤드에 필름 배치 기능을 통합하여 엔지니어가 필름 질량 유속을 인젝터에서 직접 조정할 수 있습니다.

               

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              <3D 프린팅 인젝터(파트너: 3D Systems)와 세라믹 연소 챔버가 적용된 LOX/등유 로켓 엔진 배치>

               

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              <인젝터 헤드 내부 뷰는 금속 3D 프린팅으로 가능해진 복잡성을 보여줍니다.>

               

              저비용으로 뛰어난 성능 개선

               

              DLR은 냉각수 분배 시스템을 인젝터와 직접 통합하여 추가적인 성능 개선을 끌어내 엔지니어가 벽 증산 및 필름 냉각 기법을 구현하고 독립적으로 제어할 수 있게 했습니다. 인젝터 내에서 적용될 때 냉각수 필름은 높은 열 플럭스로부터 벽 구조를 보호하는 연소 챔버의 뜨거운 내측에 형성됩니다. 이러한 유형의 시스템은 기존 재생 냉각보다 제조가 훨씬 쉽고 저렴한 것으로 간주됩니다.

               

              세라믹 섬유 매트릭스 복합재(CMC)와 같은 정교한 세라믹 소재와 함께 DLR과 3D Systems에서 개발한 이 설계와 제조 방법으로 인젝터 헤드용으로 개발된 구조와 시스템은 여러 번 재사용되고 그 기술이 다른 응용 분야에 전달될 수도 있습니다.

               

              새로운 설계를 평가하기 위해 DLR은 내부 흐름에 관한 수치 시뮬레이션을 수행하여 각 추진제의 공급 라인에서 연료 분배 및 관련 압력 손실을 추정했습니다. 후속 비발화 시험에서는 수치적으로 측정된 데이터와 실험적으로 측정된 데이터 사이에 우수한 상관관계를 보여주었습니다. 스페인의 PLD Space(또 다른 SMILE 프로젝트 파트너)에서 실시된 최종 3D 프린팅 인젝터 헤드의 고온 연소 테스트에서는 DLR에서 설계한 로켓 추력 챔버 어셈블리와 결합하여 훌륭한 혼합 및 연소 효율을 보여주었습니다.

               

              더 나아가 금속 프린팅으로 가능해진 새로운 설계와 제조 공정은 높은 수준의 기하학적 자유, 생산 단계 감소로 출시 시간 단축, 소재 및 부품의 최적화된 사용, 지속적인 성능 개선, 강화된 구조적 무결성을 계속 제공하여 인젝터의 수명을 연장할 것으로 기대됩니다.

               

              "기존 방법으로 제조된 동등한 최첨단 부품과 비교했을 때 3D 프린팅 인젝터 헤드의 통합된 기능이 월등히 우수하고 제작 기간과 비용이 절감된다고 확실히 말할 수 있습니다", Müller 씨의 설명입니다.

               

              항공우주 분야에서 금속 적층

               

              금속 3D 프린팅은 항공학 및 항공우주 분야의 핵심 기술로 인기를 얻고 있습니다. 경량화, 연료 절감, 작동 효율 개선, 부품 통합, 출시 기간 단축, 부품 보관 요건 감소 등 업계의 주요 우선순위와 3D 프린팅의 이점이 일치하기 때문입니다.

               

              항공우주 시장에서 3D Systems의 DMP 기술을 입증한 최근 프로젝트는 다음과 같습니다.

              • 상업용 통신 위성에서 사용하기 위해 테스트 및 검증된 최초의 3D 프린팅 무선 주파수(RF) 필터. Airbus Defence and Space의 새로운 필터는 이전 설계보다 중량 을 50%까지 줄였습니다.
              • 기존 방법으로 제조된 것보다 더 나은 중량 대비 강성 비율에 25% 더 가벼운 티타늄 브래킷. Thales Alenia Space와 3D Systems의 협력을 통해 도입되었습니다.
              • 유럽우주국(ESA)과 3D Systems의 프로젝트에서 만든 엔진 부품. 이 부품은 중량을 줄이고 어셈블리를 간소화하며 제조 속도를 높이고 후기 단계 설계 조정을 쉽게 할 수 있습니다.
              • 중량을 70%까지 줄이면서 모든 기능적 요구 사항과 GE Aircraft 과제를 충족하는 토폴로지 최적화된 항공기 브래킷


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              [의료] Figure4로 개발된 코로나 바이러스 고속 진단 키트

              2021-02-03 12:20

              [의료] Figure4로 개발된 코로나 바이러스 고속 진단 키트

              << 활용장비: Figure4 >>




              과제

              - 휴대 가능한 고속 진단 테스트를 위해 생체에 적합하고 기능적인 마이크로플루이딕스(Microfluidics) 구성요소를 개발합니다.

                     

                    해결방안

                    - 3D Systems의 Figure4 독립형과 생산 등급의 생체적합성 소재

                           

                          결과

                          - 생체에 적합한 마이크로플루이딕스(Microfluidics) 매니폴드의 고속 반복
                          - 생체적합성 소재는 필요한 생화학 반응을 억제하지 않음
                          - 효율성 개선을 위해 배치 후처리
                          - 3D프린트의 속도와 정확성으로 더 많은 실험적인 설계 가능

                           

                          전 세계적으로 놀랍도록 급속한 COVID-19의 전파로 인해 쉽게 사용할 수 있고 신속한 질병 진단의 중요성이 강조되었습니다. 

                          질병 테스트 역량을 통해 추가 확산을 막는 억제 능력을 개선할 수 있을 뿐 아니라 전염병학자가 더 많은 정보를 수집해 보이지 않는 위협을 더 잘 파악할 수 있습니다. 

                          전파 수단의 공개부터 감염율까지 이제 전염병 테스트의 중요성이 전 세계적으로 인정되고 있습니다.

                           

                          Pantelis Georgiou 박사가 이끄는 Imperial College London의 연구팀은 Lacewing이라는 병원체 감지를 위한 프로젝트를 통해 이 문제를 정면으로 다루고 있습니다. 

                          클라우드 서버와 동기화된 스마트폰 앱에서 20분 내로 결과를 제공하는 Lacewing은 SARD-CoV-2-RNA를 포함하여 휴대할 수 있는 질병 테스트가 가능하도록 하고 지오태깅을 통해 질병 진행 단계의 추적을 자동화합니다. 

                          분자생물학과 최첨단 기술을 결합해 진단의 세계에서 접근과 정보 격차를 메우겠다는 '첨단 랩 (lab-on-a-chip)' 플랫폼입니다. 

                          다른 진단 기술에는 고가의 대형 광학 장비가 필요한 데 반해 전기 감지 방법과 소형 Lacewing은 접근 방식의 진정한 혁신입니다.

                           

                          Lacewing의 기술 중 핵심은 3D Systems Figure 4® Standalone 3D 프린터와 생체적합성 생산 등급 소재입니다. 

                          Imperial College 박사 과정 학생이자 연구 조교인 Matthew Cavuto에 따르면 마이크로플루이딕스 (microfluidics) 및 기능성 구성요소의 원형 제작과 생산에 모두 사용되는 핵심 Lacewing 구성요소는 Figure 4의 기능에 기반하여 설계되었다고 합니다. 

                          "마이크로플루이딕스 (microfluidics)는 까다로운 문제로, 고가의 느리고 노동 집약적인 무균실 프로세스를 통해 전통적으로 제작되었습니다." 

                          "Figure 4를 통해 칩의 여러 감지 영역으로 샘플 유체를 전송하는 복잡한 내부 3D 유체 채널이 있는 부품을 빠르게 프린트할 수 있어서 마이크로플루이딕스 (microfluidics) 생산 역량이 크게 개선됩니다."

                           

                          이 프로젝트에서 설계 요소가 중요한 것만큼 고도로 정교한 솔루션의 한 조각일 뿐입니다. 

                          3D Systems의 Figure 4로 가능해진 부품 복잡성 및 세부구조 충실도 외에도 이 3D 프린팅 솔루션으로 연구팀은 프린트 속도, 프린트 품질, 생체적합성 소재 옵션 면에서 도움을 받았습니다.

                           

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                          <Figure 4 PRO-BLK 10으로 프린트한 인클로저 내부에 있는 Figure 4 MED-AMB 10으로 3D 프린트한 미소유체 카트리지>

                           

                          COVID-19 테스트 요구에 부응하는 빠른 반복

                          Lacewing 플랫폼은 현재 2년이 조금 넘는 기간 동안 개발되고 있으며 환자 샘플 내 병원체의 DNA나 RNA를 식별하여 작동하는 분자 진단 테스트입니다. 

                          이 유형의 테스트를 통해 특정 질병(뎅기열, 말라리아, 결핵, COVID-19 등)에 감염되었는지 여부뿐만 아니라 증상의 심각도를 더 잘 알 수 있는 감염의 정도까지 판단할 수 있습니다.

                           

                          COVID-19 발발 이전에 이 테스트의 원동력은 세계 벽지에서 휴대할 수 있는 테스트를 가능하게 하는 것이었습니다. 

                          스마트폰 시대에 휴대성은 당연한 것으로 생각되는 경우가 많지만 분자 진단에는 전통적으로 고가의 대형 실험실 장비가 필요했습니다. 

                          Lacewing은 마이크로칩을 사용하여 이전의 광학 기법을 전기 기법으로 대체하고 Figure 4 모듈형과 생체적합성 소재를 사용하여 빠르게 원형을 제작하고 반복적으로 생산되었습니다. 

                          각 Lacewing 마이크로플루이딕스 (microfluidics) 카트리지는 대략 30mm x 6mm x 5mm로, 10마이크론 레이어로 프린트되었습니다.

                           

                          연구팀이 세계적인 COVID-19 테스트 요구에 부응하여 테스트를 조정하면서 거의 매일 새로운 설계를 프린트하기 시작했습니다. 

                          Cavuto는 이 상황에서 장비 속도가 가장 큰 이점이었다고 했습니다.

                          "어떤 때는 Figure 4로 특정 구성요소의 세 가지 버전을 하루에 프린트하고 테스트할 수 있었습니다." 

                          설계를 빠르게 반복하는 이 능력은 새로운 것을 시도하는 어려움을 제거했고 그 결과로 발생한 실험과 향상된 정보 수집으로 인해 시스템이 전반적으로 개선되었습니다. 

                          "지난 2달 동안 30가지 버전을 수월하게 시도했습니다." Cavuto의 말입니다.

                           

                          팀은 SOLIDWORKS로 부품을 모두 설계하고 3D Sprint® 소프트웨어를 사용하여 각 빌드를 설정합니다. 

                          3D Sprint는 3D Systems의 올인원 소프트웨어로, 3D 프린트 공정을 준비, 최적화 및 관리하며 팀에서 예상치 못한 문제를 발견하고 해결하는 데 유용했습니다. 

                          "가끔 발생하는 STL 오류는 3D Sprint의 준비 탭에서 해결할 수 있습니다." 

                           

                          과거 다양하게 많은 3D 프린터를 사용한 Cavuto는 프린트 시간, 비용, 품질 면에서 장애가 적어서 Figure 4가 다르다고 말합니다. 

                          다른 프린터의 경우 Cavuto는 시간과 소재 비용 면에서 모두 프린트 가치가 있는지 의문이 들었지만 Figure 4를 사용하면서 그런 의문이 사라졌습니다. 

                          "부품을 프린트하고 잘 작동하는지 확인합니다. 잘 작동하지 않으면 재설계해서 단 몇 시간 만에 다시 프린트합니다." 

                          Cavuto의 설명입니다. 

                          "프린터의 속도가 워낙 빨라서 아주 신속하게 반복할 수 있습니다."

                           

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                          <소재의 생체적합성은 억제 없이 의도한 반응이 발생하는 데 중요합니다.>

                           

                           

                          진정한 생체적합성 소재는 화학 반응을 억제하지 않습니다.

                          고속 테스트 옵션을 위한 시간 압박에도 불구하고 속도는 연구팀에 가장 중요한 요소가 아니었습니다. 이 응용 분야는 DNA와 직접 접촉하기 때문에 특정 생체적합성 소재로만 가능합니다.

                           

                          Imperial College팀은 Figure 4® MED-AMB 10, 즉 생체적합성에 관한 ISO 10993-5 및 10 표준(세포 독성, 민감도, 자극)*을 충족하는 투명 황색 소재를 사용하며 오토클레이브를 통해 살균 가능합니다. 이 소재는 반투명 마이크로플루이딕스 (microfluidics) 매니폴드에 사용합니다. "Figure 4 MED-AMB 10은 PCR 반응에서 인상적인 생체적합성을 보여주었습니다." Cavuto의 설명입니다. "과거에 사용했던 많은 소재는 이 반응을 억제했지만 Figure 4 MED-AMB 10은 화학 반응과 상호작용이 적었습니다." 이 사실은 프로젝트 전체에 매우 중요합니다. 생산 소재에 의한 간섭으로 인해 의도한 반응이 지연되거나 발생하지 않을 수 있기 때문입니다.

                           

                          Figure 4의 다양한 소재 포트폴리오 사용

                          팀에서는 Lacewing의 미소유체 구성요소를 프린트하는 데 Figure 4 MED-AMB 10을 사용할 뿐만 아니라 장치 인클로저에는 생산 등급의 경질, 내열성 소재인 Figure 4® PRO-BLK-10을, 장치 전체의 개스킷에는 새로 출시된 탄성 소재 Figure 4® RUBBER-65A BLK를 사용합니다.  Lacewing의 한 부분은 모양과 감촉이 생산 폴리프로필렌과 같은 소재인 Figure 4® FLEX-BLK 20으로도 제작됩니다.  전자 장치와 일부 하드웨어를 제외하고 현재 거의 장치 전체를 Figure 4 시스템으로 생산합니다.

                           

                          20분 이내로 세척 및 후처리 완료

                          깨끗하고 매끄러운 표면은 Lacewing 카트리지의 최종 성능에 매우 중요합니다. 이런 이유로 연구팀은 단일 레이어로 카트리지를 프린트하기 위해 Figure 4의 쌓기 또는 겹치기 기능을 사용하지 않습니다. 프로젝트가 여전히 설계 단계에 있으므로 팀에서는 아직 제작판을 완전히 로드하지 않았지만 한 번에 약 30개의 미소유체 카트리지를 최대 제작 용량으로 예상합니다.

                           

                          응용 분야의 민감도를 감안하면 후처리가 중요합니다. 프린트되고 나면 부품은 IPA 배스에서 세척하고 경화 및 연마 처리 후 다시 세척하여 부품에 잔여물이나 연마 입자가 완전히 제거되도록 합니다. Cavuto는 "어떤 경우에도 오염이 되지 않는 것이 가장 중요합니다"라고 말합니다. "깨끗하고 멸균 처리된 부품을 유지하는 것이 성공적인 반응과 정확한 진단에 중요합니다."

                           

                          전체적으로 Cavuto는 후처리에 걸리는 시간이 20분 이내이고 대부분의 부품은 한 번에 공정을 마칠 수 있다고 예상합니다.

                           

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                          개발 및 혁신을 위한 새로운 기능

                          "Figure 4를 통해 프린트할 수 있는 것이나 만들 수 있는 것이 늘었습니다." "해상도, 속도, 표면 품질, 소재 범위, 생체적합성 면에서 Figure 4와 견줄 만한 것은 없습니다. 이제까지 거의 모든 유형의 3D 프린터를 사용해 봤습니다."

                           

                          Imperial College 연구팀은 COVID-19 테스트를 조만간 영국국립보건서비스(NHS)에서 검증 받아 향후 6개월 내로 생산 확대에 나설 계획입니다. Lacewing의 작동 방식을 자세히 확인하려면 Imperial College 연구팀의 이 정보 페이지를 살펴보십시오.

                           

                          3D Systems Figure 4와 생체에 적합한 생산 등급 소재를 자세히 알아보려면 소재 백서를 다운로드하십시오.

                           

                          * 생체 적합성은 ISO 10993-5 및 -10에 따라 설정된 단일 기하형상 및 샘플에 대해 3D Systems에서 실시한 테스트를 기준으로 합니다. 사용자는 사용 적합성 및 응용 분야에 대한 생체 적합성을 확인해야 합니다.

                           

                           

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