Microsoft의 최첨단 상태를 유지하는 데 Form 4L과 Fuse 시리즈는 어떤 도움이 되었나

기술 산업의 선두주자인 Microsoft가 하드웨어와 소프트웨어 분야 전체에서 오랫동안 최첨단 상태를 유지할 수 있었던 데에는 여러 가지 이유가 있습니다. 빠르게 변화하는 업계에서 선두주자가 되려면 타협 없는 속도와 최고 품질의 아이디어를 추구하는 집념, 그리고 모든 부분을 엄격한 기준으로 유지하려는 의지가 필요합니다.

Mark Honschke 씨는 Microsoft의 Advanced Prototyping Center(APC)에서 8년 동안 신속 프로토타입 제작을 주도했습니다. 이 센터에서는 이 기술 거대 기업의 하드웨어 제품 중 95%를 설계, 테스트, 개발합니다. APC는 Microsoft의 속도에 대한 약속을 충실히 지킵니다. Honschke 씨는 센터의 작업을 '단거리 달리기 선수의 속도로 마라톤을 달리는 것'에 비유했습니다. 그의 팀은 80개가 넘는 하드웨어 카테고리와 해당 범주 내 여러 팀으로부터 요청을 접수하며, 24시간 처리를 일관성 있게 준수하고 있습니다. 

Honschke 씨는 Form 4와 Form 4L을 플릿에 추가함으로써 프린팅 교대 근무를 더 많이 수행할 수 있었습니다. 일부 빌드 작업을 야간 빌드에서 '주간 빌드' 일정으로 전환하여 반복 작업을 가속하고 생산성을 개선했습니다. APC는 Formlabs의 데스크톱 및 벤치탑 광경화성 레진 조형(SLA) 프린터 외에도 최종 사용 품질을 갖춘 기능성 나일론 파트를 생산하기 위해 두 대의 Fuse 시리즈 선택적 레이저 소결(SLS) 프린터를 운영합니다.

APC에서는 매일 밤낮으로 여러 대의 프린터가 작동하고 있습니다. 80개의 제품 카테고리와 해당 카테고리 내의 다양한 프로젝트가 있어에 매일 다른 파트가 생산되지만 그 양은 일정합니다. APC는 끊임없이 들어오는 요청을 처리하기 위해 여러 대의 용융 적층 모델링 방식(FDM) 프린터, 2대의 Formlabs 선택적 레이저 소결(SLS) Fuse 1+ 30W 프린터, 7대의 풀컬러 PolyJet 장비, 그리고 Form 4와 Form 4L을 포함한 5대의 Formlabs SLA 3D 프린터를 보유하고 있습니다.

Honschke 씨의 팀은 내부 서비스 부서처럼 운영됩니다. 그들은 어떤 소재와 장비가 파트에 가장 적합한지 결정하고 요청자와 논의한 후 설정, 프린팅, 후처리, 전달까지 모두 24시간 안에 완료합니다. 

이 대행 업체 모델로 처리 속도가 놀라울 정도로 빨라지기는 했지만 Microsoft 내부의 특정 그룹, 즉 아키텍트에게는 부족했습니다. Honschke 씨는 “아키텍트는 디자이너와 엔지니어 사이에서 일합니다. 그들은 디자인 팀으로부터 정보를 받아 스케치를 만든 다음, 디자이너가 해당 제품사용해 보며 만족할 때까지 프로토타입을 제작합니다. 그런 다음 그들은 그 제품의 생산자가 되도록 엔지니어에게 맡기게 됩니다."라고 합니다. “그들은 늘 자유로운 영역에서 일하고 있고, 항상 같은 일정에 따라 일하는 것은 아닙니다.”

APC는 추가 프린트 역량으로 사용하기 편리하고, 저렴하고, 빠르며, 다양한 재료로 고품질 파트를 생산할 수 있는 장비가 필요했습니다. 이전 직장에서 Formlabs 장비를 사용했던 한 아키텍트가 Form 3를 제안하기는 했지만, 이후 Form 3L, Fuse 1+30W, Form 4를 거쳐 현재는 Form 4L까지 장비가 늘어났습니다. 

Formlabs 에코시스템을 통해 활용할 수 있는 소재의 다양한 물성 덕분에 팀은 그때그때 작업에 가장 적합한 레진을 선택할 수 있었습니다. Form 4와 Form 4L은 프린트 속도가 빨라 하루에 재료를 여러 번 교체하는 것도 문제 없습니다.이는 Honschke 팀이 편의성 때문에 프린터에 설정된 레진을 그냥 프린팅하는 것이 아니라 작업에 가장 적합한 레진을 선택할 수 있다는 것을 의미합니다.

Honschke 씨는 “Tough 2000 Resin은 대들보 같은 소재입니다. Grey Pro Resin과 Tough 2000 Resin은 다른 기술로는 거의 얻을 수 없는 초고해상도와 엔지니어링 등급 강도를 구현할 수 있는 소재입니다”하고 합니다. 

APC에서 Honschke 씨는 오후 4시경까지 요청을 받은 후 밤새 프린터를 가동합니다. 아침에 프린트물을 꺼내고, 후처리를 하고, 전달한 후에는 당일 제작으로 완료할 수 있는 새로운 요청을 찾습니다. 고정밀 프린터로 밤을 새야 완성할 수 있었던 파트를 일과 중에 완성할 수 있다면 프린터 플릿의 생산성을 획기적으로 개선할 수 있습니다. 

Honschke 씨는 “제가 Form 3에서 실행한 어떤 작업은 8시간 19분짜리 프린트였습니다. Form 4에서는 2시간 조금 넘게 걸렸죠. 이제 데이 빌드에 이 프린터를 활용할 수 있습니다. 특히 우리가 확인하고 있는 새로운 속도로요. Form 3+는 데이 빌드(업무 시간 중 프린트 작업)용 기술로 고려하지 않았습니다”라고 설명합니다.

일주일에 수백 개의 파트를 처리하는 APC처럼 엄청난 양을 처리하는 연구실의 경우 밤새 기다리는 대신 데이 빌드를 실행하면 Microsoft 워크플로를 간소화하는 데 도움이 됩니다. 일부 제품은 아직 초기 설계 단계에 있는 신제품일 수 있는데, 이제 초기 설계 단계에 갑자기 아이디어가 떠올라도 하룻밤 사이에 사라질까 걱정하지 않아도 됩니다. 그 중에는 생산을 계속 진행하거나 조립 과정에서 시간과 비용을 절약할 수 있는 공장에서의 수정 및 재설계도 있습니다. 

Honschke 씨는 “24시간 동안 여러 번 반복할 수 있게 만드는 것이 우리 연구실의 목표입니다. 모두가 요청을 하고 있고, 그 답변 중 일부는 시간에 따라 달라집니다. 이 부분이 왜 고장이 나는지 파악해야 공장으로 돌아가서 '이걸 작동하게 하려면 기하학적 구조를 다음과 같이 변경해야 합니다'라고 할 수 있습니다.’”라고 합니다. 

워크플로에 Form 4를 추가한 이후, 팀에서는 일일 프린트 횟수가 늘어났고, 다른 SLA 프린터에서 처리할 분량을 바로 가져와서 처리할 수 있었습니다. “우리는 장비를 켜고 몇 분 만에 프린팅에 착수했습니다. 설정은 매우 간단했습니다. 새로운 와이퍼 디자인과 레진 탱크의 새로운 잠금 메커니즘이 정말 마음에 듭니다.

하지만 프린트 작업의 성패에 속도와 사용 편의성이 전부는 아닙니다. 표면 마감과 프린트 품질은 여전히 매우 중요합니다. 이러한 파트 중 다수는 최종 설계 승인용 장치나 모형으로 사용해야 해서 파트에 걸맞은 외관을 갖춰야 합니다. 

Honschke 씨는 “몇몇 작은 파트에서는 표면 처리가 이전 프린터보다 더 나은 경향이 있다는 것을 알았습니다. 투명한 파트의 경우 Formlabs 장비를 사용할 것입니다. 레이어 때문에 생기는 굴절이 적고 진정으로 투명한 파트를 얻을 수 있기 때문입니다. 사람들에게 말했지만 SLA 레진 중에서 완전히 투명한 것에 가장 가깝습니다.”라고 합니다.

Honschke와 동료 Ryan Laprise는 APC에 Form 4L을 추가한 이후 더 많은 작업을 맡고 센터의 처리량을 늘릴 수 있었습니다.

최근 한 동료가 연구실의 Form 4 프린터의 빌드 볼륨보다 크고 빠르게 완료해야 하는 태블릿 케이스를 요청했습니다. 적층 제조 연구소 책임자인 Mark Honschke가 “Form 4L를 사용하기 전에는 할 수 없었던 작업입니다. 처리 시간이 너무 길었을 테니까요. 3D 프린팅은 선택지가 아니었을 것입니다. 그러면 반복적인 프로세스가 더 느려졌을 것입니다.”라고 설명합니다. 3D 프린팅 팀이 Form 4L로 프로토타입 작업을 개시하자 당일 오후에 작업물을 받아볼 수 있었음. Honschke는 “4시간만이라니, 게임 체인저가 될 것입니다.”라며 기대에 찬 모습을 보였습니다.

하지만 프린트 시간이 전부는 아닙니다. 사전 처리 및 사후 처리 시간도 팀의 생산성과 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다. Form 4L을 도입한 APL은 레진 3D 프린팅 워크플로를 단순화하여 준비 작업과 마무리 작업을 모두 단축하고, 파트를 컨셉트에서 납품까지 더욱 빠르게 완료할 수 있었습니다. 

Form 4L의 빌드 볼륨 덕분에 파트를 반으로 나누는 일은 과거의 일이 되었으며, 팀은 낮에는 빠르게 파트을 제작할 수 있을 뿐만 아니라 밤에는 더 많은 양을 제작할 수도 있게 되었습니다. 후처리에서는 서포트의 접점 팁이 작아 파트를 완성하는 데 걸리는 시간이 단축되었습니다. 

APC는 Xbox부터 Surface 태블릿, 헤드셋 등에 이르기까지 다양한 개념 증명(POC) 조립 빌드에 대한 요청을 종종 이행합니다. 하지만 컴포넌트를 동시에 제조할 수 없기 때문에 3D 프린팅이 필요하게 되었습니다. Honschke 씨는 “그들은 1주일 안에 회로판을 받을 수 있겠지만, 중간 프레임은 3주가 지나야만 받을 수 있을 거예요. 그리고 우리는 '아, 회로 기판이 0.5mm 정도 너무 두껍고 이 케이스 커버를 닫을 수 없다'는 점을 파악해야 합니다. 그래서 이런 빌드를 할 때는 한두 개씩 하는 게 아니라 50~100개씩 해야 합니다."라고 합니다.

최근에는 Xbox 미드프레임에 대한 POC 요청이 50개 들어왔는데, 일부 내부 구성 요소를 아웃소싱하는 데 문제가 있었기 때문입니다. “저는 '예, 우리는 파트 50개를 공급할 수 있지만, 깔끔하게 만들 수는 없습니다'라고 했습니다. 하지만 Form 4L을 사용하면 서포트 제거가 훨씬 쉬워져 실제로 큰 문제가 되지 않았습니다.

Form 4와 Form 4L을 함께 이용하자 APC에 새로운 기회가 생겼습니다. 이렇게 우수한 품질의 파트를 이토록 빠르게 얻을 수 있다면 대규모 POC 빌드 작업을 사내에서 더 많이 처리할 수 있을 것입니다. “Xbox용으로 매년 1~2회의 POC 빌드를 수행하고 Surface용으로는 2~3회의 POC 빌드를 수행하는데, 그 서비스를 사내에서 제공할 수 있다면 A) 보안 측면에서 더 좋고 B) 속도가 더 빠르다면 문제를 더 빨리 찾을 수 있습니다. Form 4와 Form 4L에 훌륭한 사업 기회가 있다고 생각합니다. 직원을 데려와서 운영만 하는 게 합리적이라는 점이 증명될 것 같습니다."라고 말했습니다.

Honschke 팀은 Form 4와 Form 4L의 속도 덕분에 처리량을 늘리고 프로토타입 주문을 더 많이 처리하는 데 도움이 되었지만, 최종 사용 기능과 더 견고한 기능성 프로토타입이 필요할 때는 다른 기술을 사용합니다. 

Microsoft 산하의 제품 세트가 커지면서 APC도 적응해야 했습니다. 다양한 응용 분야에서 뛰어난 기술을 추가하는 것은 새로운 제품 범주에서 증가하는 양의 요청에 부응하는 방법의 하나입니다. Honschke 씨는 “Microsoft가 제품 카테고리를 확장하면서 헤드폰 밴드부터 컨트롤러 본체까지 실제 사용에 견딜 수 있는 고해상도 프로토타입에 대한 수요가 있다는 것을 알게 되었습니다. SLS는 이러한 프로토타입을 제작하는 데 가장 좋은 옵션이었습니다.”라고 설명합니다. 

SLS 3D 프린터나 MJF와 같은 다른 분말 베드 퓨전 기술을 기능적 프로토타입 파트를 만드는 데 사용합니다. 이러한 제품은 치수 정확도가 우수하게 프린팅할 수도 있지만 구부리거나, 늘리거나, 앉거나, 운반 케이스에 잘못 넣어도 견뎌야 하는 혹독한 조건도 견뎌냅니다. APC가 자사 장비 플릿에 어떤 유형의 분말 프린터를 추가해야 할지 평가하기 시작했을 때 Fuse 시리즈의 컴팩트한 설치 공간과 사용 편의성이 평가에 도움이 되었습니다. 

Fuse 시리즈는 제조 엔지니어링 팀이 대량 생산에 들어가기 전 최종 승인 단계에서 제품을 소개하는 데 도움이 되었습니다. Microsoft의 제품 중 복잡하고 여러 파트로 구성된 조립품은 모두 다른 위치에서 제조될 수 있어서, 최종 컨셉트 증명 빌드를 한 번에 완성하기가 어렵습니다. 전 세계에 산재한 물류 회사와 팀의 타임라인에 따라 완성 시간이 달라진다면 승인 마감일이 다가오더라도 파트가 즉시 도착하지 않을 수 있다는 것을 의미합니다. Fuse 시리즈는 팀이 최종 POC 빌드를 만들어 최종 제조 제품을 시뮬레이션하는 데 도움을 주어, 공구를 주문하기 전에 잠재적인 문제를 분석하고 빠르게 변경할 수 있습니다. 

Honschke 씨는 “전체 파트를 수동으로 조립해 보면 엔지니어가 생산을 지연시킬 수 있는 적합성 및 조립 문제를 이해하는 데 도움이 됩니다. 파트 제조 지연이나 배송 문제로 인해 POC를 운영하는 데 필요한 모든 파트를 적절한 시기에 공급하기 어려울 수 있으며, 바로 이런 부분에서 Fuse가 빛을 발합니다. 전통 방법으로 제조된 파트를 시뮬레이션하는 파트로 채우는 데 도움이 되니까요”라고 합니다. 

Honschke의 업무에서 중요한 부분은 APC가 광범위하고 끊임없이 변화하는 요청과 프로젝트에 적합한 도구를 갖추고 있는지 확인하는 것입니다. SLA와 SLS 기술을 모두 갖춘 Formlabs 장비로 확장하면서는 더 많은 질문에 더 빠르게 답할 수 있었습니다. 

Form 4와 Form 4L의 기술적 발전으로 Microsoft는 일일당 처리 가능한 작업량이 늘어나게 되었으며, Fuse 시리즈는 최종 사용 제조가 시작되기 전, 공급망의 어려움을 완화합니다. 스프린터의 속도로 마라톤을 달리는 (그리고 수십 년 동안 기술 분야의 선두에 섰던) 회사라면, 이 프린터의 속도와 안정성 덕분에 이런 속도를 발휘하기가 조금 더 쉬워질 수 있습니다. 

Honschke 씨는 “프린트물 모두 꽤 성공적이었고, Form 4L을 도입한 이후로는 거의 전적으로 Form 4L로만 프린팅했습니다. 차세대 프린터에 기대하는 것을 그대로 구현했다고 생각합니다. 프린터를 교체할 때는 Form 4과 Form 4L 프린터로 교체하게 될 것입니다.”라고 설명합니다.

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