우리 모두 해변에 모래성을 쌓아 본 적이 있을 겁니다. 거대한 벽, 위풍당당한 탑, 상어로 가득한 해자까지. 저와 비슷하다면, 적은 양의 물이 얼마나 잘 뭉쳐지는지 놀랄 겁니다. 적어도 형이 나타나서 파괴적인 기쁨에 휩싸여 모래성을 걷어차기 전까지는 말이죠.
기업가 댄 겔바트 역시 물을 이용해 재료를 결합하는데, 그의 디자인은 주말 해변에서 볼 수 있는 광경보다 훨씬 더 내구성이 뛰어납니다.
브리티시 컬럼비아주 밴쿠버와 일리노이주 리버티빌에 있는 금속 3D 프린팅 시스템 공급업체인 Rapidia Tech Inc.의 사장 겸 창립자인 Gelbart는 경쟁 기술에 내재된 시간 소모적인 단계를 제거하는 동시에 지지체 제거를 크게 단순화하는 부품 제조 방법을 개발했습니다.
또한 이 기술을 사용하면 여러 부품을 결합하는 것도 물에 살짝 담가서 붙이는 것보다 어렵지 않습니다. 심지어 기존 제조 방법으로 만든 부품이라도 마찬가지입니다.
겔바트는 자신의 수성 시스템과 왁스와 폴리머(부피 기준)가 20~30% 함유된 금속 분말을 사용하는 시스템 간의 근본적인 차이점을 논의합니다. Rapidia 양두형 금속 3D 프린터는 금속 분말, 물, 그리고 0.3~0.4%의 수지 바인더를 사용하여 페이스트를 생성합니다.
이로 인해 경쟁 기술에서 요구되는 종종 며칠이 걸리는 탈지 공정이 제거되고 부품을 바로 소결로로 보낼 수 있다고 그는 설명했습니다.
겔바트는 "다른 공정들은 대부분 오랜 역사를 가진 사출 성형(MIM) 산업에서 이루어지는데, 소결되지 않은 부품이 금형에서 쉽게 분리될 수 있도록 비교적 높은 비율의 폴리머를 함유해야 합니다."라고 말했습니다. "하지만 3D 프린팅을 위해 부품을 접합하는 데 필요한 폴리머의 양은 실제로 매우 적습니다. 대부분의 경우 0.1%면 충분합니다."
그렇다면 왜 물을 마셔야 할까요? 모래성을 이용해 페이스트(이 경우 금속 페이스트)를 만들 때처럼, 폴리머는 건조되는 동안 조각들을 서로 붙들어 고정합니다. 그 결과, 보도 분필처럼 점성과 경도를 가진 부품이 만들어지며, 조립 후 가공, 부드러운 가공(겔바트는 소결 후 가공을 권장하지만), 다른 미완성 부품과 함께 물을 사용하여 조립한 후 오븐으로 보내도 충분히 견딜 수 있습니다.
탈지 과정을 없애면 더 크고 두꺼운 벽을 가진 부품을 인쇄할 수 있습니다. 폴리머로 함침된 금속 분말을 사용하면 부품 벽이 너무 두꺼워도 폴리머가 "타버릴" 수 없기 때문입니다.
겔바트는 한 장비 제조업체가 6mm 이하의 벽 두께를 요구한다고 말했습니다. "컴퓨터 마우스 크기의 부품을 제작한다고 가정해 보겠습니다. 이 경우 내부는 속이 비어 있거나 일종의 메시 형태여야 합니다. 이는 다양한 용도에 적합하며, 경량화도 목표입니다. 하지만 볼트나 기타 고강도 부품처럼 물리적 강도가 필요한 경우에는 [금속 분말 사출]이나 금속 사출 성형(MIM)은 일반적으로 적합하지 않습니다."
새로 인쇄된 매니폴드 사진은 Rapidia 프린터가 생산할 수 있는 복잡한 내부 구조를 보여줍니다.
겔바트는 프린터의 몇 가지 다른 특징들을 설명합니다. 금속 페이스트가 들어 있는 카트리지는 리필이 가능하며, 사용자가 리필을 위해 Rapidia에 반납하면 사용하지 않은 재료에 대한 포인트가 적립됩니다.
316 및 17-4PH 스테인리스 스틸, INCONEL 625, 세라믹, 지르코니아는 물론 구리, 텅스텐 카바이드, 그리고 현재 개발 중인 여러 소재를 포함한 다양한 소재를 사용할 수 있습니다. 많은 금속 프린터의 핵심 재료인 지지대는 손으로 제거하거나 "증발"할 수 있는 기판을 인쇄하도록 설계되어, 기존 방식으로는 재현할 수 없는 내부 구조를 구현할 수 있습니다.
Rapidia는 4년째 사업을 해왔고, 이제 막 시작하는 단계입니다. Gelbart는 "회사가 상황을 개선하는 데 시간을 들이고 있습니다."라고 말했습니다.
현재까지 그와 그의 팀은 브리티시컬럼비아주 셀커크 기술 접근 ​​센터(STAC)에 설치된 시스템을 포함하여 총 5개의 시스템을 구축했습니다. 연구원 제이슨 테일러는 1월 말부터 이 기계를 사용해 왔으며, 기존 STAC 3D 프린터 여러 대에 비해 많은 장점을 확인했습니다.
그는 소결 전에 원재료를 "물로 접착"하는 능력이 큰 잠재력을 가지고 있다고 언급했습니다. 그는 또한 화학 물질의 사용 및 폐기를 포함하여 탈지와 관련된 문제에 대해서도 해박합니다. 비밀 유지 계약으로 인해 테일러는 자신의 작업 내용 대부분을 공개할 수 없지만, 그의 첫 번째 테스트 프로젝트는 많은 사람들이 떠올릴 법한 3D 프린팅 스틱입니다.
"완벽하게 완성됐어요." 그가 미소를 지으며 말했다. "페이스 작업을 마치고 샤프트 구멍을 뚫어서 지금 사용하고 있어요. 새 시스템으로 완성한 작업 품질에 정말 감탄했습니다. 모든 소결 부품과 마찬가지로 약간의 수축과 약간의 정렬 불량이 있지만, 기계는 충분히 만족합니다. 설계 과정에서 이러한 문제를 지속적으로 보완할 수 있습니다."
Additive Report는 실제 생산에서 적층 제조 기술의 활용에 중점을 두고 있습니다. 오늘날 제조업체들은 3D 프린팅을 사용하여 도구와 고정구를 제작하고 있으며, 일부는 대량 생산에 적층 제조(AM)를 활용하기도 합니다. 이들의 사례를 여기에서 소개합니다.