3D 프린팅이 식품 자동화에 기여하는 방법

레스토랑 비즈니스는 힘들기로 악명이 높습니다. 앤서니 부르댕의 키친 컨피덴셜, FX의 대히트작 더 베어, 2023년 개봉한 끔찍한 고급 레스토랑 풍자극 더 메뉴 같은 문화 현상이 보여주듯 고객을 만족시키고 수익을 창출하며 직원들의 동기를 부여하는 것은 정말 어려운 일입니다. 2023년의 해답은 다른 많은 산업과 마찬가지로 로봇을 도입하는 것입니다. 하지만 자동화를 식품과 통합하는 것은 어떨까요? 쉽지 않습니다.

캘리포니아 산호세에 본사를 둔 레스토랑 자동화 스타트업인 Hyphen은 레스토랑 자동화 도구를 성공적으로 개발 및 배포하고 매년 10억 달러 이상의 매출을 올리는 운영자들과 협력하여 이를 달성했습니다.

3D 프린팅은 시장 출시 속도와 식품 제작에 대한 독특한 모듈식 접근 방식에 중요한 역할을 했습니다. 이들은 Form 3+, Form 3L, Fuse 1+ 30W 프린터를 사용하여 신속 프로토타이핑 수백 개의 기계 컴포넌트를 제작할 뿐만 아니라 성형 도구, 교체용 파트 및 제조 보조 도구 를 제작합니다.

일부 산업용 식품 생산업체는 자동 양상추 절단기와 같은 식재료 전용 기계를 보유하고 있지만, 지금까지는 레스토랑 고객이 원하는 다양한 식재료를 처리할 수 있는 솔루션을 만들지 못했습니다. CTO 겸 공동 창립자인 Daniel Fukuba, 하드웨어 및 제조 부문 수석 부사장 Maneesh Jain, 수석 기계 엔지니어 Jacob Boyer와 이야기를 나누며 식품 자동화 분야에서 최초로 시장에 진출하는 방법에 대해 자세히 알아봤습니다. "우리가 여기서 작업하는 모든 것은 완전히 새로운 것입니다. 현실 세계에는 전혀 존재하지 않습니다. 따라서 우리가 만드는 것은 모두 맞춤형입니다. 그리고 우리가 구축하려는 제품을 가장 먼저 시장에 출시하려면 가능한 한 빨리 만들어야 합니다."라고 Boyer는 말합니다.

팬데믹은 치폴레 등이 개척한 보울 기반 모델의 확산부터 맞춤형 옵션의 강조에 이르기까지 업계의 변화를 가속화했습니다. 건강과 웰빙은 주요 수익 동력이 되었으며, 서브웨이와 같은 전통적인 샌드위치 레스토랑에서도 빵을 건너뛰고 싶은 고객을 위해 그릇에 담긴 옵션을 제공하기 시작했습니다.

이러한 요인으로 인해 직원들의 한계점이 생겼습니다. 특정 시간에 수십, 수백 건의 맞춤형 온라인 주문이 들어올 수 있으므로 대면 주문과 균형을 맞춰야 합니다. 처리 시간이 짧은 대량 작업에서는 실수가 발생하기 쉽습니다. 그 결과 레스토랑의 일관성이 떨어지고 고객 경험이 저하될 뿐만 아니라 음식물 쓰레기로 인한 비용이 증가하게 됩니다.

자동화는 다른 산업에서 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있지만, 식품의 유기적인 특성으로 인해 일반적인 로봇 시스템으로는 식재료를 처리하기가 어렵습니다. Hyphen은 새로운 로봇 시스템을 개발하여 최초의 레스토랑 자동화 툴킷을 제공할 수 있었으며, 3D 프린팅은 하이픈의 빠른 혁신의 핵심입니다.

"그릇을 기반으로 하는 레스토랑에서는 모든 주문이 맞춤형 주문이 될 수 있으며, 일반적으로 고정된 메뉴가 없기 때문에 기계가 적합한 다품종 생산 환경이 필요합니다. 음식은 조리 방법에 따라 하루 종일 변할 수 있는 재료의 특성을 가지고 있기 때문에 정말 어려운 작업입니다."라고 후쿠바는 말합니다.

모듈형 메이크라인인 하이픈의 제품은 레스토랑이 직원 대신 사용할 수 있는 시스템을 만들어 공간, 인력 부족, 디지털 주문, 맞춤형 수요 등의 문제를 해결합니다. 메이커라인은 맞춤형으로 확장 및 이동하여 효율성을 극대화할 수 있습니다. "저희는 운영자가 자동화와 함께 작업할 수 있는 하이브리드 솔루션이 되도록 시스템을 설계했습니다."라고 후쿠바는 말합니다.

메이커라인에서는 호퍼, 저울, 용기로 구성된 시스템을 통해 재료가 분배됩니다. 각 호퍼, 깔때기, 오거는 제공할 음식의 종류에 따라 특별히 보정되어야 합니다. 예를 들어 오이는 슬라이스, 깍둑 썰기, 껍질 벗기기, 4등분 등 다른 메커니즘을 사용할 수 있습니다. Boyer는 "각 재료마다 고유한 요구 사항이 있으므로 이러한 특정 기능에 맞는 새로운 제품을 만들고 테스트해야 합니다."라고 합니다.

이들은 컴포넌트를 수천 번 반복하여 이러한 메이드라인을 만들 수 있었습니다. 식품의 무한한 변형을 처리할 수 있는 기계를 만들기 위해 광경화성 수지 조형 방식인 Form 3+ 및 Form 3L 기계와 Fuse 1+ 30W SLS 장치를 사용하여 기계를 설계하고 테스트합니다.

3D 프린팅 랩에서는 매주 여러 디자이너와 엔지니어가 수백 개는 아니더라도 수십 개의 파일을 처리합니다. 이 팀은 유체, 점도 또는 재료가 얼마나 단단히 포장되어 있는지 등 수많은 요소를 고려하여 여러 버전의 호퍼, 디스펜싱 오거 또는 인클로저를 프린팅할 수 있습니다. Hyphen의 R&D 작업의 주된 초점은 디스펜서 시제품 제작이며, 그 작업은 결코 끝나지 않습니다.

두부에서 배출되는 물부터 케일의 수확 시기까지 모든 것이 재료가 호퍼를 통과하는 방식에 영향을 미칠 수 있습니다. Hyphen은 파트 설계뿐만 아니라 검증된 성분의 방대한 라이브러리를 관리하여 언제든지 제품군을 확장할 수 있도록 준비해야 합니다.

매일 기준 또는 벤치마킹 요소로 1~3개의 다른 테스트가 진행될 수 있습니다. 특성을 벤치마킹한 후에는 제대로 일관성 있게 흘러갈 수 있는지 테스트합니다. 이 과정에서 2~20번의 물리적 하드웨어 반복을 거쳐 파트의 정확도와 설계를 조정한 다음 수백 개의 식품에 대해 해당 프레임워크를 따라야 합니다.

"기계의 허용 오차는 대부분의 경우 우리가 필요로 하는 것보다 낫기 때문에 정말 도움이 됩니다. 그래서 우리는 그것에 대해 생각할 필요가 없습니다. 따라서 정말 이상한 모양을 만들 때는 정말 유용합니다... 이런 것들을 사용할 수 있을 때 한계는 우리의 상상력입니다."라고 Boyer는 말합니다.

프린트 물량을 처리하기 위해 Form 3+ 프린터 3대를 투자했고, Form 3L이 출시되자마자 바로 추가했습니다. 2022년에 Fuse 1+ 30W를 추가하여 식품과 접촉하지 않는 최종 사용 부품의 일괄 생산 작업을 시작하고 현장에서 기계 수리를 위한 소형 파트를 프린팅할 수 있게 되었습니다. 팬데믹 기간 동안 엔지니어들은 Form 3+ 데스크톱 프린터를 집으로 가져가서 반복 작업을 계속할 수 있었습니다.

Form 3+ 및 Form 3L 소재의 가용성 덕분에 팀은 테스트 프로세스에서 더 나은 결과를 얻을 수 있었습니다. 원래는 Grey Resin 및 Tough 2000 Resin에 의존했지만, Fukuba는 테스트 팀이 동영상을 실행하고 문제점을 즉시 파악할 수 있다는 사실을 알게 되었습니다. "테스트 장치 주변에 많은 카메라가 배치되어 있어 이러한 벤치마크 테스트를 실행하여 투명 레진으로 프린팅된 호퍼 내부에서 무슨 일이 일어나고 있는지 빠르게 확인할 수 있습니다."

엄격한 식품 안전 규정으로 인해 많은 최종 식품 접촉 파트는 결국 스테인리스 스틸로 제조되지만, 정확한 프로토타입 제작을 위해 Hyphen은 최종 결과물의 강성과 부드러움을 모방하기 위해 Rigid 10K Resin을 사용합니다. "대부분의 오거는 와이어로 감싼 스테인리스 요소로 제작되기 때문에 형상을 조정하는 동안에는 모두 Rigid 10K Resin으로 프린트합니다."라고 후쿠바는 말합니다.

결국 고무나 실리콘으로 제작될 파트의 프로토타입 제작을 위해 이 팀은 금형을 주문하는 대신 Flexible 및 Elastic Resin을 사용합니다. 필요한 씰 또는 벨로우형 디자인을 금형을 기다리는 공정 없이 신속하게 프로토타입을 제작하고 테스트할 수 있습니다.

재료와 접촉하지 않는 제조 보조 도구 및 최종 사용 부품의 경우 Boyer는 종종 툴링 비용과 인하우스 프린팅 비용을 비교하는데, Fuse 1+ 30W와 Nylon 12 Powder가 소량 제작 시 설계를 툴링으로 보내는 것보다 더 저렴하다는 사실을 발견했습니다.

일부 프로토타입은 컴포넌트에 불과하지만, Fuse 1+의 크기와 성능 덕분에 Hyphen 엔지니어링 팀은 단 30일 만에 전체 메이크라인을 제작하고 반복할 수 있습니다. 그 정도로 크고 움직이는 파트가 많은 제품(취급하는 다양한 식품의 수는 말할 것도 없고)의 경우, 한 달은 어떤 식으로든 짧습니다.

이 팀은 냉장고와 금속 프레임 및 섀시를 제외한 거의 모든 컴포넌트를 Fuse 1+ 30W와 Form 3L에 프린팅하여 이 제품을 완성할 수 있었습니다. "향후 사출 성형할 수 있는 여러 파트에 대한 툴링을 주문하기 전에 3D 프린트로 전체 기계를 모방할 수 있습니다. 설계 변경을 기계마다 끼워맞춤하고 유연하게 대응할 수 있는 기회의 창을 찾는 데 도움이 됩니다."라고 후쿠바는 말합니다.

레스토랑 업계는 빠르게 변화하고 있으며, 특히 디지털 주문, 맞춤형 주문, 비용 상승으로 인해 직원들의 업무 부담이 가중되고 있습니다. 이러한 레스토랑에 맞춤형 솔루션을 제공하기 위해 Hyphen은 발 빠르게 움직여야 했습니다. 엔지니어링 및 디자인 팀은 광경화성 수지 조형 방식 및 SLS 프린터를 활용하여 모든 고객에 대해 매 시간, 모든 형태에서 끊임없이 변화하는 재료로 자동화의 과제를 해결할 수 있습니다.

임시 제작을 위한 3D 프린트에 대해 자세히 알아보거나 Fuse 시리즈 및 Form 3 시리즈가 워크플로에 적합한지 확인하려면 유니티 팀에 문의하거나 유니티 리소스 페이지를 방문하세요.