3D 프린팅 업계에 새 바람을 불러온 Formlabs의 소재 혁신

업계는 매일 수천, 수만 개의 파트를 적층 가공으로 생산하고 있습니다. 수년에 걸쳐 수십억 달러와 셀 수 없는 시간을 적층 가공용 하드웨어에 투자해 온 지금은 복잡하고 정교한 형상을 더 안정적이고, 더 정확하고, 더 빠르고, 더 섬세하게 구현할 수 있게 되었습니다.

그러나 3D 프린터는 적층 제조라는 방정식의 절반에 불과합니다. 정교한 CAD 프로그램과 강력한 3D 프린터가 만나면 규모가 다양한 조직에서 놀랍도록 세밀한 맞춤형 파트를 제작할 수 있지만, 이러한 파트는 무엇으로 만들어지나요? 어떤 장점이 있죠? 3D 프린팅 파트는 형태 구현이 중요한만큼 소재 물성도 중요하지만, 적층 제조 분야의 재료 과학은 너무 오랫동안 하드웨어와 소프트웨어의 뒷전으로 밀려나 있었습니다. 디지털 트렌드(Digital)의 드류 프린들(Drew Prindle)은 “적층제조는 다양 소재를 선택할 수 없는 어려움을 겪어왔습니다.”라고 소재의 중요성을 언급했습니다. 드류는 원하는 것은 무엇이라도 프린팅할 수 있다며 단순한 플라스틱으로 만들 수 있는 것일 때만 그렇다고 소재의 한계를 꼬집었습니다.

Formlabs은 다른 관점에서 소재를 바라봅니다. 당사는 초창기부터 사용하기 쉬운 전문가용 프린터에 투자하는 만큼 첨단 응용 분야를 열어주는 획기적인 소재 과학에도 집중했습니다. 사실, 시간이 흐르면 흐를수록 소재의 중요성은 더 커지고 있습니다. 소재 라이브러리에 45가지가 넘는 소재를 보유하고 있는 Formlabs은 하드 웨어 기업이기도 하지만 재료를 생산하는 기업이기도 한 점을 자랑스레 말씀드리고 싶습니다. 

유연하고 탄력있는 소재에서 초고강성 소재까지, 그리고 또 난연성 소재에서 정전기 방지 소재까지, 강력한 소재로 구성된 종합 라이브러리를 구축하여 적층 산업을 발전시켜 왔습니다. 이제 Formlabs은 획기적인 화학 신소재, Alumina 4N Resin과 Silicone 40A Resin 두 가지를 소재 라이브러리에 추가했으며 그에 따라 신규 핵심 응용 분야를 개척하는 데 박차를 가하고 있습니다. 본사를 둘러보면 실험복을 입은 수십 명의 재료 과학자들이 차세대 첨단 3D 프린팅 소재를 연구하는 모습을 쉽게 마주칠 수 있습니다. 오늘처럼 세심하게 제조하고 활용성이 무궁무진한 소재를 고객에게 공개하는 날에는 왜 우리가 그저 평범한 하드웨어 회사를 넘어 소재를 진심으로 다루는 회사인지 쉽게 알 수 있습니다. 

고객사(10만 개 이상!)가 조직의 혁신과 효율성, 성과를 증진하도록 도움을 드릴 수 있었던 이유는 모두 이러한 소재의 폭넓고 고유한 기능 덕분입니다. 저희는 재료 과학 프로그램을 매우 자랑스럽게 생각하며, 여러분께 그 비하인드 스토리를 공개하고자 합니다.

다음 내용을 계속 읽어 보세요.

• 소재 개발의 역사
• 업계를 선도하는 소재 라이브러리
• 동급 최강 재료 연구팀
• 소재 제조 수직 통합 
• 소재 확장을 통한 더 유연하고 자유로운 선택의 기회 제공 계획

출범한 첫 날부터 재료 개발은 우리 임무의 핵심이었습니다. 처음에는 빠르게 프린팅할 수 있고 다양한 용도에서 우수한 성능을 발휘하는 다목적 소재에 집중했습니다. Clear Resin, Grey Resin, Black Resin, White Resin같은 초기 범용 소재는 데스크톱 프린터로도 고정밀 3D 프린팅이 가능하다는 확신을 심어주었습니다. 엔지니어와 제조업체가 프로토타입에서 단순히 형태 이상의 것을 구현하기 위해 당사의 제품에 의존하게 되면서부터 당사의 소재팀은 도전에 직면했고 Flexible Resin, Tough Resin, Durable Resin 등 최초의 엔지니어링 소재를 개발하게 되었습니다. 저희는 처음부터 이들 소재가 제각각 가장 중요하고 일반적인 엔지니어링 요구 사항을 충족하도록 설계했습니다. 그리고 포장에서 꺼낸 직후 바로 사용할 수 있도록 광범위한 튜닝 및 테스트를 거쳤습니다.

이러한 소재를 사용하게 된 얼리 어답터들은 그제서야 기능 테스트와 최종 사용 파트도 3D 프린팅으로 진행할 수 있었습니다. 기존에 아웃소싱하던 워크플로에서 점점 더 많은 부분을 기업이 자체적으로 처리할 수 있도록 지원함으로써 혁신에 힘을 실어주었고, 자료 라이브러리를 확장함으로써 고객에게 새로운 기회가 열린다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 느리고 비싸고 딱딱한 기존 제조 공정에 갇혀 있던 기업들이 순식산에 3D 프린팅을 활용할 수 있는 자유를 얻었습니다.

이를 보고 우리는 소재 개발을 두 배로 늘리고 더 고성능의 소재를 만들기 위한 R&D 노력을 강화했습니다.

많은 엔지니어, 제품 개발자, 디자이너가 이제 3D 프린팅이라는 렌즈를 통해 프로젝트에 접근하고 있습니다. 이제 3D 프린팅은 생산에 있어 기본 옵션인 경우가 많으며, 소재의 다양성은 결정적인 요소입니다.

산업 실험실 장비 제조업체인 Labconco와 같이 점점 더 많은 고객들에게 다양한 소재 옵션을 제공하는 점이 Formlabs의 장점입니다. Labconco의 제품 개발 엔지니어인 브랜트 그리핀(Brent Griffith)은 “Form 3L을 구매한 이유는 Formlabs의 레진 라이브러리에 액세스하고 싶었기 때문입니다. 유연성을 확보하고 새로운 기회와 가능성을 열어줄 것이라는 것을 알았습니다.”라며 후기를 전합니다. 

45가지가 넘는 소재로 구성된 라이브러리가 사출성형과 열성형 등에 필요한 3D 프린팅 신속 툴링같은 2차 제작 공법을 비롯한 갖가지 응용 분야를 향해 활짝 열려있습니다. 값비싼 금속 기계 가공 대신 Rigid 10K Resin을 3D 프린팅하여 사출 금형을 제작하면 많은 제조 업체가 수십만 달러의 비용 절감 효과를 거둘 수 있습니다. 

2023년 9월, Formlabs은 세라믹 소재인 Alumina 4N Resin을 출시하여 항공우주, 자동차, 산업용 주조 분야에서 기존 제품보다 10배 저렴한 가격으로 3D 프린팅 세라믹을 이용할 수 있도록 진입 장벽을 낮추고자 합니다. 이제 가격이 합리적인 데스크톱 3D 프린터만 갖추면 1인 컨설팅 회사처럼 규모가 작은 기업에서 NASA 처럼 규모가 큰 기업까지, 다양한 규모의 기업이 오랫동안 접근하기가 어려웠던 기술을 이용할 수 있습니다.

실리콘은 엔지니어와 제조업체가 즉시 알아볼 수 있는 소재로, 이미 전 세계 곳곳에서 우리가 매일 접하는 제품에 사용되고 있습니다. 그러나 3D 프린팅 분야의 실리콘은, 매우 비싸고 복잡한 소수의 3D 프린팅 기술로만 사용할 수 있어 그 동안 접근하기 어려웠습니다. Formlabs이 특허 출원 중인 Pure Silicone Technology™(순수 실리콘 기술)로 개발된 Silicone 40A Resin은 최초로 대중성을 획득한 100% 실리콘 3D 프린팅 소재입니다. Form 3 시리즈 데스크톱 레진 3D 프린터와 결합하면 실용성과 설계 자유도라는 시너지를 생성하여 많은 제조기업에서 이전에는 접근하기 어려웠던 제품의 개발과 소량 생산으로 향하는 길이 활짝 열릴 것으로 기대합니다.

정형외과에서 치과 수술에 이르기까지 의료 산업은 3D 프린팅 제조업체의 진입 장벽이 가장 높은 분야입니다. 제품 수명 주기의 모든 단계에서 규제를 받으며 승인 절차를 거쳐야 하는데, 그만한 이유가 있습니다. 구강 내 수술용 가이드로 승인된 최초의 Dental SG Resin에서 Dental LT Comfort Resin같은 장기 사용 소재까지, 당사의 생체적합성 소재는 모든 적응증을 하나하나 개척해가고 있습니다. 이러한 특수 소재 덕분에 의료진은 제품이나 기기의 안전에 대한 걱정 없이 업무에만 집중할 수 있습니다.

오늘의 기념비적인 업적을 이루기까지 Formlabs은 자체 제품 개발 및 생산에 자사의 소재를 직접 사용하고 고객과 긴밀히 협력하며 소재가 지속적인 성공의 관문이라는 것을 알고 소재 개발에 진지하게 투자하고 있습니다.

업계에 변화을 가져올 소재를 개발하려면 최고이자 가장 뛰어난 인재가 필요합니다. Formlabs은 40명 이상의 재료 과학자 및 엔지니어로 팀을 구성하여 데스크톱 및 벤치탑 3D 프린터가 강력한 혁신의 엔진으로 작용할 수 있도록 재료를 연구, 개발, 테스트하고 있습니다. 당사의 연구소는 MIT, 하버드, 생명과학 연구소 등 연구, 교육, 제조 분야의 거물급 기관들과 가까운 거리에 있어 선도적인 인재들이 서로 배우고, 협업하고, 도전할 수 있는 환경을 조성하는 데 도움이 되고 있습니다. 

Formlabs은 40명의 화학 엔지니어가 새로운 재료의 배합을 연구하는 것 외에도 20명의 설정 최적화 전문가 팀이 프린터와 재료가 원활하게 함께 작동하도록 최적화된 설정값을 연구합니다. 실험실 내 완벽한 조건에서 작동하는 소재를 만들 수 있는 제조업체는 많습니다. Formlabs은 극한의 조건이 있는 현장에서 동일한 수준의 성능을 발휘하는 소재를 개발하기 위해 그 이상의 노력을 기울이고 있습니다.

3D 프린터와 소재를 별도로 개발할 경우, 해당 소재가 다양한 제조업체의 다양한 프린터 모델에서 일관되게 작동한다는 보장은 전혀 없습니다. 즉, 고객이 직접 문제를 해결하고 온라인 포럼을 검색하여 최적의 설정을 찾아야 하는 경우가 많다는 의미입니다.

설정 최적화 팀이 프린팅 설정을 개발하고 각 프린터 모델에서 이를 검증하여 최고의 프린트 성공률을 보장하고 실험의 번거로움을 덜어드리는 기업은 업계에서 Formlabs이 유일합니다. 바로 이런 점이 하루에 한 개를 프린팅하든 100개를 프린팅하든 모든 고객의 경험을 일관되게 만드는 핵심 요소입니다. 

Formlabs은 채용뿐만 아니라 엔지니어링 및 재료 팀의 개발에도 투자해 왔으며, 각 팀원이 최고의 성과를 낼 수 있도록 지원하는 혁신 문화를 조성하기 위해 노력해 왔습니다. 당사는 이러한 노력을 인정받아 2023년에 전 세계에서 가장 혁신적인 직장(Best Workplaces for Innovators) 중 한 곳으로 선정되는 영예를 안았습니다. 또한 본사의 물리적 배치 상 중심에 최첨단 습식 실험실을 만들어 소재 설계를 최우선으로 고려하고 있습니다.

혁신은 실험실에서 시작되지만, 실험실에서 검증한 기계적 특성이 고객이 생산할 때 신뢰할 수 있는 것과 동일한지 확인하기 위해 제조 공정의 각 단계에 걸쳐 검증되어야 합니다. 당사는 단지 프린터의 품질과 신뢰성을 강조하는 데서 그치는 것이 아니라 마지막 한 방울의 소재에까지 이러한 노력을 멈추지 않습니다. 그렇게 하려면 소재 제조의 기반을 자체 품질 표준과 운영의 우수성에 두어야 합니다. 

바로 이런 점 때문에 비즈니스를 수직 통합하고 세계 최고의 소재 제조 회사 중 하나를 인수하는 보기 드문 결정을 내렸으며, 당사의 소재가 매우 엄격한 자체 기준을 확실히 충족하도록 노력하고 있습니다.

이런 측면에서 Formlabs은 오랜 파트너인 스펙트라(Spectra)를 인수하여 소재 생산을 한 곳으로 통합하고 검증에서 배포에 이르는 프로세스를 간소화했습니다. 현재 Formlabs Ohio에 병합된 이 시설에서는 3D 프린팅 소재를 제조할 뿐만 아니라 샘플 프로그램을 위해 매주 수천 개의 파트를 프린팅하고 있으며, 45개 이상의 소재를 사용하는 3D 프린팅 파트 중대형 생산 중 최고 활용 사례로 꼽힙니다. 

이러한 소재 중 일부는 특별한 요구 사항이 있어 최종 사용 워크플로에 실제로 영향을 미칩니다. 저희 생체적합성 소재는 지난 10년간 의료 전문가들이 워크플로를 디지털화하여 치료 표준을 개선하는 데 도움이 되었습니다. 구강 내 사용, 점막 노출 및 접촉, 피부 안전 적용, 중장기 임플란트 적용, 수술용 가이드와 같은 최종 구강 내 용도로 승인된 레진은 모두 치료 결과를 개선하고 의료진과 환자 모두의 비용을 절감하며 며칠 동안 수작업이 필요했던 기존 워크플로를 간소화할 수 있는 소재입니다. 

당사의 생체적합성 소재는 처음부터 끝까지 완벽하게 규제된 환경에서 생산되므로 고객과 환자가 모두 워크플로 안전, 건강 및 규정 준수에 대해 안심할 수 있습니다. Formlabs은 이러한 소재를 일관되고 안전하게 대량 생산하기 위해 치과 및 의료용 소재 개발을 위한 ISO 13485 인증을 획득하고 실험을 위한 ISO 클래스 8 인증 클린룸을 개발하는 데 시간과 노력을 투자했습니다. 

소재 생산의 규제에 대응하기 위해 기울였던 노력은 코로나19 팬데믹 기간에 빛을 발했습니다. 사전 승인 및 인증 워크플로 덕분에 Formlabs는 사우스 플로리다 대학교 및 노스웰 헬스와 협력하여 미국 전역이 직면한 검사 면봉 부족 사태에 대응하여 신속하게 전환하여 수백만 개의 비인두 면봉을 대량 생산할 수 있었기 때문입니다. 

Formlabs은 새로운 소재를 추가하고 기존 소재를 반복적으로 개선하는 과정에서 고객과 긴밀히 협력하여 신규 세분화 시장를 파악합니다. 이러한 유형의 협업은 3D 프린팅을 채택하는 조직이 늘어날 수록 더욱 중요해질 것입니다. 많은 경우 저렴하지 않은 하드웨어 가격이 진입 장벽이라기 보다는 프린팅할 수 있는 특수 소재가 없다는 점이 문제입니다. 

3D 프린팅의 디자인 자유도나 자체 제작이 필요했던 비즈니스는 이미 3D 프린팅을 도입했으며, 아직 출발선 상에 있는 비즈니스는 현재 사용할 수 없는 고성능 소재가 필요합니다. 업계 전체가 시장 점유율을 높이고 신규 고객을 유치하기 위해 노력하는 가운데, Formlabs는 10년 이상 입증된 워크플로를 통해 응용 분야를 식별하고 전문가와 긴밀히 협력하여 완벽한 제형을 개발하고 있습니다. 

Formlabs은 Silicone 40A Resin과 Alumina 4N Resin처럼 최근에 출시된 소재뿐만 아니라 초기에 출시된폴리우레탄 레진까지도 까다로운 산업 및 고성능 응용 분야를 위한 특수 포뮬러를 개발해 온 실적으로 보유하고 있습니다. 당사의 소재 팀은 고객에게 가장 중요한 기계적 품질과 미학적 품질을 파악하기 위해 광범위한 연구를 수행합니다

당사는 독점 레진을 최대한 안정적이고 효과적으로 만들기 위해 많은 고민(과 개발 작업)을 거쳤습니다. 하지만 일부 고객은 새로운 응용 분야를 테스트하고 실제 생산으로 진행하는 새로운 경로를 찾는 등 가능한 한 폭넓은 자유를 원한다는 것을 알고 있습니다. 이런 이유로 Formlabs은 에코시스템을 최대한 다양하게 활용할 수 있는 새로운 기능을 추가했습니다.

최근에는 Formlabs 제품을 이용하는 고객이 소재 옵션을 확장할 수 있는 새로운 방법인 Open Material Mode를 도입하여 이를 실현했습니다. 이제는 사용자가 프린트 설정을 개인화하여 성능을 맞춤 설정하고 최고 수준의 제조업체에서 엄선한 고성능 서드파티 레진을 프린팅할 수 있는 시대가 왔습니다. Open Material Mode를 보유한 고급 사용자라면 이제부터 신뢰할 수 있는 Formlabs 프린터를 이용하면 어떤 서드파티 405nm 포토폴리머 레진이이라도 프린팅할 수 있습니다. Open Material Mode로 사용할 수 있는 신소재는 특수 산업의 고유한 요구 사항이나 맞춤형 특성에 적합합니다.

Formlabs은 자사가 개발한 소재를 매우 자랑스럽게 생각하지만, 나아가 소재 선택의 폭을 넓혀 자사 커뮤니티가 각자 원하는 작업물을 마음껏 제작할 수 있게 된 점이 무척이나 즐겁습니다.

광경화성 수지 조형 방식(SLA)용 레진과 선택적 레이저 소결 방식(SLS)용 분말 신규 제품 개발에 인력과 투자를 집중해온 Formlabs은 세계에서 가장 많이 팔리고 있는 전문가용 3D 프린터의 제조한 업체가 되었습니다. 업계의 전망과 마찬가지로 Formlabs도 소재 역량을 끊임없이 확장하는 작업이 차세대 산업 혁명의 원동력이 될 것이라고 확신합니다.