Formlabs이 3D 프린팅 성능 응용 분야에 Flame Retardant Resin을 소개합니다.

항공, 전자, 의료 장비, 운송 같은 산업의 제조 업체에 난연성 파트를 요구하는 것은 아주 익숙한 일입니다. 해당 환경에서는 스파크, 에테르, 기타 연료원을 흔히 찾아볼 수 있어 규제 감독을 엄격하게 하여 작업장과 제품을 안전하게 유지해야 합니다. 이런 규제의 황금율이 UL 94이며 이는 점화가 된 후 소재가 화염을 끄거나 퍼뜨리는 경향을 측정하는 플라스틱 가연성 인증입니다. Formlabs의 Flame Retardant Resin은 UL 94 V-0 블루 카드 인증을 획득했으며 FAR 25.853(a) 화염 표준 및 연기 및 독성 테스트를 통과했고 화염, 발화원, 고온의 위해 환경을 견딜 수 있는 소재입니다.

이전부터 이런 기준을 충족하는 플라스틱은 기계 가공, 사출 성형, 주조의 공정에만 사용할 수 있었습니다. 이런 공정에는 고가의 산업 장비나 수 시간에 걸친 수작업이 필요할 때가 있습니다. 기계 공장이나 성형 작업을 아웃 소싱하는 기업이 많지만 그렇게 하면 몇 주나 걸리는 리드 타임 또는 비싼 운송비를 감당해야 합니다. 주조 처럼 더 저렴한 인하우스 공정으로 실리콘과 폴리우레탄을 성형하려면 기계 가공이나 3D 프린팅으로 제작된 패턴을 기반으로 여러 단계를 거쳐야 합니다. 지금까지는 아웃 소싱 워크플로나 인하우스 워크플로가 모두 고가이거나 비효율적이고 노동 집약적이기까지 해서 지속적으로 사용하기 어렵고 UL 94 등급을 요구하는 분야에는 활용 가능성이 없었습니다. 

다행히도, 일부 3D 프린팅 소재가 개발되어 고내열성 또는 난연성 소재를 사용할 수 있게 되었지만 이 또한 완벽하지는 않았습니다. 난연성 필라멘트를 제공하는 용융 적층 모델링 방식(FDM) 3D 프린터 제조 업체가 많지만 해당 방식으로 제작된 파트는 기능 테스트, 고객이 접하는 최종 사용 파트, 또는 유지보수와 수리 분야에 적합하지 않습니다. 이전에도 SLA를 비롯한 다른 기술로도 등방성을 갖추고 튼튼하며 우수한 표면 마감을 자랑하는 고내열성 3D 프린팅 소재를 사용할 수 있었지만 UL 94 인증은 받지 못했습니다.

Flame Retardant Resin의 장점 하나하나가 결합되어 고성능 응용 분야를 개척할 수 있고, 인증을 획득하여 안전한 워크플로가 가능하며, 이 모든 것 이면에는 손쉽게 접근할 수 있는 Formlabs의 SLA 플랫폼이 있습니다. 80°C에서 120분 간 후경화한 Flame Retardant Resin 파트는 열변형 온도가 0.45 MPa에서 111°C이며 인장 탄성계수가 3.1 GPa입니다.고온에서 사용하도록 설계된 기타 소재는 부스러지기 쉽지만 Flame Retardant Resin은 기능 어셈블리용 컴포넌트로 사용할 수 있고 나사 스레드용으로 드릴 작업도 할 수 있습니다. 파트가 견고하고 크립이 잘 생기지 않으므로 실내 및 산업 환경에서 안정적이고 일관된 품질을 얻을 수 있습니다. 다수의 FDM 방식으로 제작된 파트와는 달리 난연성 레진으로는 깔끔한 선과 높은 치수 정확도로 매끄럽고 광택이 없는 표면 마감을 보여 최종 사용 제품 또는 엄격한 공차가 필요한 조립품에 적합한 파트를 제작할 수 있습니다.

^{*Frame Retardant Resin에는 두 가지 후경화 옵션이 있습니다. 기술 데이터 시트를 토대로 후경화 공정에 따라 변하는 기계적 특성과 물성을 확인하여 용도에 가작 적합한 후경화 공정을 선택하세요. 최고의 HDT인 0.45 MPa에서 111 °C를 얻으려면 파트를 Form Cure에서 80 °C로 120분 간 후경화합니다. 최고의 내열성을 요구하지 않는 응용 분야지만 인성을 높이고 싶다면, Form Cure에서 70 °C로 60분 간 후경화합니다.}

항공 우주 및 자동차와 같은 산업 분야에서는 일반적으로 일부 유형의 3D 프린팅을 프로토타이핑 워크플로에 도입하지만, 개발 단계에서 가연성에 대한 규제 요구 사항을 준수하기 위해 기존 제조 방법으로 전환해야 하는 경우가 많습니다. 일반적인 3D 프린팅 소재는 강도와 열 변형 온도가 기능 테스트를 수행할 정도는 되지만 UL 등급은 아닙니다. 이제 Flame Retardant Resin을 사용할 수 있으므로 대기업은 개발 일정을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 설계에서 유지 관리 및 수리 작업과 제조 설비에 이르기까지 팀 전체가 같은 재료를 사용할 수 있습니다.

제품의 규정 준수를 보장하기 위해 OEM에서 유지 보수 및 수리 부품을 주문해야 하는 산업 분야가 많습니다. SLA 3D 프린팅은 파트당 비용이 저렴하고 효율성이 우수함에도 불구하고 지금까지는 실행 가능한 옵션이 아니었습니다. Flame Retardant Resin이 개발된 덕분에 SLA 3D 프린팅을 마침내 주문형 수리 파트 제조 솔루션으로 배포할 수 있게 되었습니다. 

Form 3+와 Form 3L 같은 확장성 있는 플랫폼을 사용하면 대규모 팀이 막대한 투자 없이도 3D 프린터 제품군의 처리량을 늘릴 수 있으므로 프로토타입을 제작하는 팀이든, 최종 사용 제품을 제작하는 팀이든, 모든 팀이 동일하게 실제 환경에서 사용할 수 있는 난연성과 자기 소화성을 갖추고 잘 휘지 않고 견고한 소재를 활용할 수 있습니다.

Flame Retardant Resin을 이용하면 제품의 반복 설계 단계에서 최종 사용 파트의 소량 생산으로 이어지는 워크플로를 간소화할 수 있습니다. Flame Retardant Resin과 Formlabs Form 3+ 또는 Form 3L을 함께 사용하면 기능 및 환경 테스트와 조기 도입용 중소량 생산 실행에 사용되는 소재와 동일한 소재로 프로토타입을 신속하게 제작할 수 있습니다. 프로세스 전체에서 한 가지 소재를 사용하면 재설계 사례를 줄이고 제품 관리자가 성능 및 사용자 피드백에 전적으로 집중할 수 있습니다. 장애물로 작용하는 모든 규제를 통과할 수 있는 강력하고 기능적인 파트를 제작할 수 있는 능력을 갖추면 제품을 소비자에게 제공하고 시장에서 이윤을 추구할 기회를 포착하는 데 박차를 가할 수 있습니다. 

NZ Technologies(NZTech)는 의료 및 외과용 터치리스 시각화 플랫폼과 같은 고급 인간 기계 상호작용(HMI, Human Machine Interaction) 제품의 설계 및 제조에 특화된 기업입니다. 이러한 제품은 최종 사용 환경에서 처음부터 끝까지 완전히 UL 인증을 받아야 하는 경우가 많습니다. 의료 기기와 같은 의료 응용 분야의 경우 제품은 수술실 환경의 요구 사항을 충족하기 위해 난연성 및 자기 소화성 소재로 제작되어야 합니다. 설계 프로세스를 간소화하려면 컨셉 모델 목업도 동일한 재료로 제작하는 것이 좋습니다.

NZTech의 제작팀은 외과 의사를 위한 비접촉식 인터페이스인 자사의 TIPSO® AirPad 제품을 프로토타이핑하는데 FDM 프린터 필라멘트를 사용해왔습니다. 그렇지만 막상 제작된 파트는 해상도와 정확도가 부족했습니다. 이렇다 보니, NZTech의 조던 캐리안토(Jordan Karyanto) 책임 하드웨어 엔지니어는 제품 인증에 필요한 IEC60601-1(국제) 및 EN60601-1(유럽) 규정을 모두 준수하는 Form 3+의 해상도와 온디맨드 기능, 그리고 UL 94 등급이 필요했습니다. 조기에 Flame Retardant Resin를 사용해본 캐리안토 책임은 단일 워크플로에서 필요했던 요구 사항을 모두 충족할 수 있었습니다.

캐리안토 책임과 그 팀이 Form 3+로 프린팅한 파트는 정확했고 덕분에 후처리 작업이 많이 필요하지 않아서 곧바로 다른 산업 분야의 테스트와 인증을 거칠 수 있었습니다. 캐리안토 책임은 “테스트용 파트를 제작한다면 최종 제품처럼 보이고 작동도 해야 합니다. 우리는 치수 정확도가 필요한 인클로저에 전자 컴포넌트를 쉽게 끼우고 싶었습니다. 인클로저를 난연성 소재로 제작하면 즉시 테스트 단계에서 인증받을 수 있어서 성능과 규정 준수를 한 번에 얻을 수 있었죠.”라며 만족스러워 합니다.

Avance Design은 미국 인디애나주 인디애나폴리스에 있는 제품 개발 및 엔지니어링 컨설팅 회사이며 10년 이상 3D 프린팅 기술을 사용해 왔지만 새로운 3D 프린팅 소재가 개발될 때마다 여전히 새로운 기회와 응용 분야가 확장되는 모습을 확인하고 있습니다. Avance Design의 토니 파커(Tony Parker) 대표와 Flame Retardant Resin 워크플로에 관해 대담을 나눠 보았습니다. 

Avance 사는 주조, 성형, 기계 가공, FDM 프린팅 기술력과 세 대의 Form 3+ 프린터와 두 대의 Form 3L SLA 프린터를 갖추고 의료, 로봇 공학, 건축, 전자 산업에 사용되는 제품을 개발합니다. Avance 사가 전자 산업 분야 고객 중 한 회사에 납품하는 제조 파트에는 지금까지 줄곧 폴리우레탄 주조 공정이 필요했습니다. 파커(Parker) 대표는 금형 패턴을 3D 프린팅이나 기계 가공으로 제작한 후 그 주변에 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 Resin로 해당 파트를 직접 3D 프린팅할 수 있었으므로 파트 20개를 모두 제작하는 데 시간을 약 1주일로 단축할 수 있습니다”라고 합니다.

Formlabs의 SLA 워크플로에 Flame Retardant Resin을 사용하니 UL 인증 파트를 제작하는 데 드는 시간과 인건비를 절약한 것은 물론이고 설계 자유도와 탁월한 표면 마감, 튼튼하고 내구성 좋은 파트를 얻어 나사 구멍 태핑 작업 같이 추가적인 응력이 가해지는 작업을 편하게 할 수 있었습니다.