Flame Retardant Resin로 새로운 영역을 개척한 Avance Design

Avance Design은 미국 인디애나주 인디애나폴리스에 있는 제품 개발 및 엔지니어링 컨설팅 회사이며 20년 이상 3D 프린팅 기술을 사용해 왔지만 새로운 3D 프린팅 소재가 개발될 때마다 여전히 새로운 기회와 응용 분야가 확장되는 모습을 확인하고 있습니다. 

Avance 사는 주조, 성형, 기계 가공, FDM 프린팅 기술과 함께 세 대의 Form 3+ 프린터와 두 대의 Form 3 SLA 프린터를 갖추고 의료, 로봇 공학, 건축, 전자 산업에 사용되는 제품을 개발하고 있습니다. Formlabs의 신소재인 Flame Retardant Resin을 사용한 이래, Avance 사는 자사의 개발 주기를 단축하고 비용을 절감했으며 UL 94 인증 파트를 생산하느라 지출했던 인건비 또한 절약하게 되었습니다. 

Avance 사의 토니 파커(Tony Parker) 대표와 함께 Flame Retardant Resin을 도입한 후 가능해진 Avance 사의 소량 생산, 대량 맞춤화, 고객 맞춤 생산 실행에 관해 대담을 나눠보았습니다.

Avance Design 사의 고객사 중에는 의료 분야, 방위 산업, 중장비 제조, 보안, 로봇 공학 분야에 사용되는 전자 장비용 맞춤형 배터리 충전 솔루션을 제조하는 Energy Access 사가 있습니다. Energy Access 사가 독특한 형태의 배터리와 맞춤형 디자인에 잘 들어맞는 충전 솔루션을 디자인해달라는 요청을 해왔습니다. 파커 대표는 “충전 솔루션에 배터리를 안전하게 집어 넣어 배치할 수 있는 인클로저를 디자인하는 일이 저의 업무입니다. 결국 그런 요구 사항을 충족하려면 포켓을 디자인해야 했죠.”라고 합니다. 

Avance 사의 입장에서 특수한 형태의 장비에 끼워 맞출 수 있는 제품을 디자인하고 개발하는 업무는 쉬운 축에 속하는 것이었습니다. 난관은 3D 프린팅으로 제작된 맞춤형 파트에 사출 성형으로 대량 생산된 최종 제품의 컴포넌트에 적합한 소재 물성을 갖춰야 하는 단계에서 시작되었습니다.  

Energy Access 사는 모든 파트의 UL 94 인증 획득을 전사 규모의 표준으로 제정하여 눈에 보이지 않는 환경적 위해로부터 자사의 제품으로 보호하려고 했으므로 Avance 사는 Energy Access 사의 기존 제품과 경계 없이 들어맞을 수 있는 파트를 제공해야 했습니다. 파커 대표는 “소재 물성이 동일해야 최종 조립 방법을 보완할 수 있고 최종 제품에 기계 피처를 통합하기가 더 쉬우므로 동일한 소재 물성을 갖추고 싶었습니다.”라고 설명합니다. 

Avance 사에서 강도, 유연성, UL-94 난연성 등의 기존 제품의 소재 물성과 동일한 물성을 얻으려면 기존 폴리우레탄 주조 공정을 진행해야만 했습니다. 파커 대표는 금형 패턴을 3D 프린팅이나 기계 가공으로 제작한 후 그 주변을 실리콘으로 감싸 금형을 만들고 상업적으로 이용 가능한 UL 등급 폴리우레탄을 찾아 실리콘 금형에 부은 다음 주조된 폴리우레탄 파트를 분리해 후처리하는 방식을 사용했습니다. 파커 대표는 “파트 하나당 며칠이 걸리고, 20개 주문하면 3주 정도 걸렸죠.”라고 회상합니다. 

Formlabs의 Flame Retardant Resin을 사용하는 지금은 여러 단계를 생략하고 CAD 설계에서 완성된 파트까지 훨씬 빠르게 진행할 수 있습니다. 파커 대표는 “Flame Retardant Resin으로 해당 파트를 직접 3D 프린팅할 수 있으므로 파트 20개를 모두 제작하는 데 필요한 시간을 약 1주일로 단축할 수 있습니다”라고 합니다.

^{*Labor costs are calculated at $80/hour.}

이렇게 단축된 워크플로는 파커 대표의 개발 프로세스에 막대한 영향을 미쳤지만 다른 고려 사항을 완벽하게 해결하지는 못 했습니다. 과정이야 어떻든, 수년간 FDM 3D 프린팅을 이용하면 UL 인증을 받은 소재를 사용할 수 있었습니다. Flame Retardant Resin 파트의 표면 마감은 아주 우수했으며 FDM 프린터로 프린팅한 파트에 확연히 보이는 레이어 층이 보이지 않았습니다. 파커 대표는 “Flame Retardant Resin으로 프린팅한 파트의 표면 품질은 아주 인상 깊었습니다. 파트는 거의 프라이머가 코팅된 것 같았고 샌딩할 때도 프라이머를 바른 것 같은 느낌이었습니다. 도색 전 필요한 마감 처리가 아주 쉬었고 이 점은 정말 큰 도움이 되었죠”라고 만족감을 드러냈습니다. 

The Avance 사의 담당자들은 이 파트가 더 거대한 종합 어셈블리를 이뤄 제대로 작동할 것임을 확신할 수 있었습니다. 여기에서 작동은 나사식 인서트품을 끼워넣을 수 있음을 의미합니다. 파커 대표는 “압입 인서트에는 특유의 변수가 있지만 필요한 구멍 크기에 따른 권장 사항을 따랐고 기본 인서트를 넓히는 데 작은 프레스를 사용하니 파트가 제대로 작동했습니다. 문제가 전혀 생기지 않았고 인서트는 잘 고정되었습니다”라고 회상합니다.

인서트를 쉽게 끼워 넣을 수 있으니 향후 조립 과정에 변화가 생겼습니다. 파커 대표는 Formlabs의 기술로 프린팅한 파트로 UL 시험을 통과하고 배터리 충전기의 다른 부분과 흡사한 유연성과 강도를 갖췄으며 나사산이 있는 패스너를 일관적으로 끼워 넣을 수 있는 파트를 생산할 수 있었습니다. 3D 프린팅으로 제작한 파트지만 Flame Retardant Resin 파트를 조립하는 데 고객의 조립 방법을 거리낌 없이 사용할 수 있었습니다. 파커 대표는 “Energy Access 사의 사례에서는 FDM이나 주조 방법과 함께 사용된 난연 등급 소재에 그닥 깊은 인상을 받지 못 했어서 고객이 크게 기뻐했습니다. 개발, 변경, 설계와 제조 프로세스 전체에서 동일한 소재를 사용할 수 있는 점을 무척 마음에 들어 했죠”라고 합니다.

Avance Design 사는 UL 등급 소재 이외에도 다양한 프로젝트를 다수 진행합니다. 각 프로젝트는 고객사 입장에서 가장 중요한 기능이 무엇인지 토론하고 분석하는 것에서 출발하며 파커 대표는 어떤 경우에도 Formlabs의 레진을 단번에 선택할 수 있습니다 그는 증명이라도 하듯 “언제라도 레진 카트리지 20 ~ 30개 정도는 준비되어 있습니다.”라고 합니다. 최근 프로젝트 중 하나를 진행할 때는 고객사가 의학 수업용 시뮬레이션 장치에 유연한 소재를 사용하도록 요구했습니다. 파커 대표는 Flexible 80A  Resin으로 장치에 사용되는 파트를 디자인했습니다. 결과는 성공적이었고 Avance 사는 Form 3+ 프린터로 1000개가 넘는 파트를 프린팅하여 소량 생산 사용 사례를 입증했습니다.  

다른 활용 가능성은 주변 환경에 어울리는 스타일과 장식을 갖춘 도어 컴포넌트 같은 품목을 소량으로 생산해야 하는 건축 분야에서 찾아볼 수 있습니다. 고객은 Avance 사에 건축물의 장식과 스타일에 어울리는 전자 제품용 맞춤형 디자인 인클로저 같은 품목을 의뢰합니다. 최종 사용 분야에서 요구하는 강도와 형태를 충족하는 한편 금형이나 기계 가공에 비용을 들이지 않고 싶었던 파커 대표는 Form 3+와 Form 3 프린터에서 최종 사용 제품을 소량으로 프린팅할 수 있었습니다.

또 하나의 소재를 비장의 무기로 보유하게 된 파커 대표는 Flame Retardant Resin에 잠재된 응용 분야를 개척하게 되어 흥분했습니다. 파커 대표는 “파트를 주조하거나 FDM 방식으로 프린팅하곤 하는 사람들이 있었지만 이 레진이 출시된 것을 알게 된다면 새로운 문이 열리게 될 것입니다. 더 빠르고 저렴한 방법으로 완성된 파트를 손에 쥘 수 있으니까요.”라고 합니다. 

파커 대표는 Avance 사의 고객 중 어떤 고객은 복잡한 주조 과정 때문에 3D 프린팅을 의료, 엔지니어링, 로봇 공학 응용 분야에 사용할 엄두를 내지 못 한다고 생각합니다. “3D 프린팅을 살펴본 일부 고객은 주조 공정을 진행할 가치가 없다고 할 것임을 잘 알고 있습니다. 그러나 이제 3D 프린팅을 통해 바로 생산할 방법이 생겨 그런 요구 사항이 존재하는 분야에서 사용할 수 있습니다. 그런 가능성을 발현하게 되니 정말 기분이 좋습니다.”라며 대표는 흥분을 감추지 못 했습니다. 

업무에서 Flame Retardant Resin을 활용할 방법을 알아 보시려면 제품 페이지로 이동하시거나 영업팀에 문의하여 특수 응용 분야를 상담해 보세요.