견고하고 기계 가공이 가능하며 수밀성이 있습니다: 넛지 제로 재료의 이면

18 Dec 2025

기하학적 복잡성, 수밀성, 내충격성, 정밀성, 기계 가공성, 생체적합성... 넛지 제로에 필요한 재료 요구 사항은 다양하며, 인하우스 3D 프린팅은 이러한 요구 사항을 필요한 시간 내에 충족할 수 있는 유일한 방법입니다.

넛지 제로는 저강도 집속 초음파를 사용하여 오피오이드 중독에서 이명, 우울증에 이르는 뇌 질환을 치료하는 2등급 의료기기가 될 것으로 기대됩니다. 일부는 MRI 내부에서 작동해야 하는 등 파트에 대한 요구가 높습니다. 또한 엔지니어는 하루 안에 반복 설계를 수행할 수 있어야 합니다. 몇 년 전만 해도 이러한 파트를 제작하는 것은 거의 불가능에 가까웠지만, 3D 프린트 기술과 소재의 발전으로 Nudge 팀은 하루 만에 인하우스에서 반복 제작할 수 있게 되었습니다.

"만약 이 기술이 성공하여 이론상 질환의 일부라도 치료할 수 있다면 수억 명의 삶을 획기적으로 바꿀 수 있을 것입니다. 이렇게 많은 사람들에게 도움을 줄 수 있는 엄청난 잠재력과 실현 가능성의 교차점에 있는 기술은 거의 없습니다. 따라서 가능한 한 빨리 이 문제를 해결해야 합니다."
샘 슈미츠, 엔지니어

넛지 제로는 세 가지 컴포넌트로 구성됩니다.

코어, 높은 채널 수, 초음파 위상 배열이 헬멧 구조로 포장되어 MRI 기계에 사용할 수 있습니다.
초음파 어레이를 위해 물을 탈기, 탈이온화 및 가열하는 카트입니다.
초음파 어레이의 빔 형성을 위해 파형을 생성하는 구동 전자 장치입니다.

카트와 코어는 모두 코어 인클로저를 포함하여 Form 4L에서 프린팅된 3D 프린트 파트를 사용합니다. 추가 실리콘 파트는 3D 프린팅 금형으로 주조하며, 모두 하루 이내에 완료할 수 있습니다.

작업에 가장 적합한 소재

"우리는 Tough 2000 Resin이 수명 측면에서 SLS와 동등한 최종 사용 소재라고 믿습니다. 떨어뜨리거나 두드려도 깨지지 않습니다."
샘 슈미츠, 엔지니어

중요한 건 소재입니다. 코어 파트는 수밀성이 있고 충격에 강해 두드리거나 일반적인 사용을 견딜 수 있어야 하며, 다른 파트는 생체 적합성이 있어야 합니다. 슈미츠는 파트에 다양한 Formlabs 소재를 사용하고 있으며, 가장 최근에는 신버전 Tough 2000 Resin을 추가했습니다.

Tough 2000 Resin: 가공 폴리카보네이트 대체재

Tough 2000 Resin은 ABS에 필적하는 단단하고 강하며 충격에 강한 소재입니다. 슈미츠는 즉시 필요한 얇은 벽으로 된 파트로 새 버전의 Tough 2000 Resin을 테스트했습니다. 1mm 두께의 파트를 부러뜨리지 않고 제자리에 고정할 수 있습니다. 그런 다음 슈미츠는 프린팅한 여분을 가져와 테스트했습니다.

"망치로 이리저리 부숴보았는데, 그때 정말 '와, 이거 정말 훌륭하다'는 걸 깨달았어요. 폴리카보네이트 소재의 얇은 벽으로 된 다른 파트가 많습니다. 충격에 강해야 하기 때문입니다. 이전에는 기계 가공을 위해 보냈지만 재설계하면서 모든 것을 Tough 2000 Resin으로 교체하기 시작했습니다. 정말 잘 작동합니다."
샘 슈미츠, 엔지니어

버튼 패널은 Tough 2000 Resin으로 프린팅되었습니다.

커버를 다시 디자인하면서 슈미츠는 원래는 외주 가공 폴리카보네이트로 제작했던 파트를 Tough 2000 Resin으로 프린팅했습니다. 슈미츠는 Form 4L을 사용하여 필요할 때 재설계하고 몇 시간 안에 프린팅물을 만들 수 있었습니다.

Tough 2000 Resin: 섬세한 디테일의 대형 방수 인클로저

어레이 인클로저는 길이 약 300mm, 직경 250mm의 대형 제품으로, 두 조각이 서로 맞물리고 물이 새 들어오지 않아야 하므로 치수 정확성 및 뒤틀림과 크리프에 대한 저항성이 요구됩니다. 세밀한 디테일 해상도도 필요합니다. 장치는 MRI에서 작동해야 하므로 장치에 금속이 들어갈 수 없으며 나사는 플라스틱이어야 합니다. 또한 이 장치는 여러 도시 블록을 가로질러 MRI로 이동하여 세션에 사용한 다음 다시 다른 테스트 환경으로 이동합니다. 운송은 부드럽지 않으며 인클로저는 충격에 강해야 합니다.

"압착식 인서트나 열경화식 인서트를 사용할 수 없으므로, 실제로 나사산을 낼 수 있을 만큼 충분히 튼튼해야 합니다. 이는 정말 중요한 부분입니다. 이 나사는 모두 Tough 2000 V2에서 바로 사용할 수 있는 M3 나사입니다. 정말 잘 작동합니다."
샘 슈미츠, 엔지니어

어셈블리는 고무 개스킷을 사이에 두고 서로 끼워맞춰 만듭니다. 일단 조이면 수밀성이 생깁니다. 슈미츠의 말처럼 "충분한 주의"를 위해 RTV도 얇게 바릅니다. "특히 새 서포트를 사용하면 모든 것이 잘 프린팅되고 큰 간격 없이 서로 끼워맞춤할 수 있습니다."

원래 인클로저는 선택적 레이저 소결 방식(SLS)의 3D 프린트팅을 외주로 맡겼지만, 슈미츠가 Tough 2000 Resin을 테스트한 결과 Form 4L의 빌드 사이즈가 적합하다고 판단해 인하우스로 프린팅을 시도했습니다. Tough 2000 Resin은 필요한 내충격성을 갖췄을 뿐만 아니라 치수 정확도와 표면 마감도 외주 파트보다 우수했습니다. 슈미츠는 공칭 탭 크기로 구멍을 프린팅한 다음 재료에 드릴로 구멍을 뚫습니다.

"시간 절약 효과가 엄청납니다. 두 파트를 한 번의 빌드로 프린팅할 수 있고, 기본적으로 두 파트 모두 하루 만에 완성할 수 있어 대행업체에서 몇 주가 걸리거나 신속 처리 수수료로 몇 천 달러가 드는 것과 비교하면 정말 좋은 서비스입니다."
샘 슈미츠, 엔지니어

셸 세트 생산 비용

	프린터	총 비용
아웃소싱	대형 SLS	$7,000-10,000
인하우스	Form 4L	$145

시간 절약

	파트 생산 시간	파트 샌딩 시간	프라이머 도포 및 도색 시간	합계
아웃소싱 SLS	5일(신속 처리)	8시간	2 시간	5일 + 10시간 마무리
인하우스 SLA	1일	3시간	2 시간	1일 + 5시간 마무리

리메이크를 통해 시간을 추가로 절약할 수 있었습니다. 슈미츠는 "새로운 Tough 2000 Resin 하우징은 외주 인클로저보다 치수가 더 정확합니다."라고 말합니다.

마무리 작업 시에도 상당한 시간과 노동력을 절약할 수 있습니다. 아웃소싱한 대형 SLS 파트는 추가로 8시간 동안 샌딩 작업을 진행했습니다. Form 4L에 Tough 2000 Resin을 사용하면 이제 샌딩을 하고 프라이밍을 한 다음 원하는 색상을 얻기 위해 페인팅하기만 하면 됩니다. 샌딩과 미네랄 오일 도포를 시도했지만 미네랄 오일은 MRI에서 형광을 냅니다.

슈미츠는 수백 개를 생산할 경우 사출 성형이 사용되겠지만 언더컷과 내부 구멍으로 인해 재설계가 꽤 필요할 것이라고 합니다. 이 때문에 "이걸 50개만 만들어도 Tough 2000 Resin으로 프린팅할 수 있을 것"이라고 말합니다.

샘플 파트

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Tough 2000 Resin V2은 견고한 소재로 강도와 강성이 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)과 유사하며, 인성과 고온 내열성 및 크리프 내성도 갖추고 있습니다.

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Grey Resin: 금형 및 테스트 파트

넛지의 Form 4L 네 대는 끊임없이 작동하고 있습니다. 모든 테스트 파트와 몰드는 넛지가 주로 사용하는 Grey Resin으로 프린팅됩니다. 슈미츠는 복잡한 2, 3, 4파트 실리콘 몰드를 Grey Resin으로 제작합니다. 기하학적 구조와 언더컷으로 인해 5축 CNC를 포함한 3D 프린팅 이외의 다른 방법으로는 이러한 금형을 제작할 수 없습니다.

헤드 씰은 사용자의 머리를 코어의 수조로 밀봉하는 컨포멀 개스킷입니다. 이 대형 파트의 금형에는 언더컷이 많기 때문에 3D 프린팅이 이상적인 제조법입니다. 또한 Form 4L에서는 "2시간 30분 만에 모든 금형 파트를 프린팅할 수 있으므로 점심 전에 한 번 반복하고 개스킷을 부은 다음 점심을 먹고 테스트한 다음 오후에 한 번 더 할 수 있습니다."라고 슈미츠는 말합니다. "끼워맞춤이 안 되면 당일에 다른 것을 만들면 됩니다. 정말 놀랍습니다. 수십 개를 만들었으니까요."

Rigid 10K Resin: 열성형용 금형

넛지에서는 일부 열성형용 금형을 비용 효율성이 뛰어난 Grey Resin으로 프린팅합니다. 그러나 작은 파트, 매우 미세한 디테일 또는 뒤틀림 없이 많은 사이클을 견뎌야 하는 금형에는 Rigid 10K Resin을 사용합니다.

Rigid 10K Resin은 고도의 유리충전 소재로서 고온 및 고압에서도 안정성을 발휘하여 열성형 파트의 대량 생산에 적합합니다.

생체적합성 레진

테스트 파트는 종종 Grey Resin으로 프린트합니다. 하지만 사양이 결정되면 피부나 수조에 닿는 3D 프린트 파트는 어레이 하우징용 BioMed Clear Resin, Tough 1500 Resin 등 생체적합성 레진으로 제작합니다.

Nylon 12 Powder

슈미츠는 레진 3D 프린팅 외에, Fuse 1+ 30W에서도 프린팅합니다. Nylon 12 Powder는 진동하는 MRI 기계 내부에서 장치를 단단하게 고정하는 스트레스와 압력을 견디면서 장치를 더 잘 조절할 수 있도록 하는 컴포넌트에 사용됩니다. 슈미츠는 PreForm의 자동 패킹 기능으로 프린팅 시간을 최소로 단축합니다.

3D 프린트 최종 사용 파트

"저는 이러한 프린팅 부품 중 상당수가 올바른 설계와 적절한 분석을 통해 한계 내에서 사용된다면 최종 사용 부품이 될 수 있는 길을 봅니다. 전통적인 제조 방식으로 돌아가기까지는 사람들이 예상하는 것보다 훨씬 더 많은 시간이 걸릴 것입니다."
샘 슈미츠, 엔지니어

넛지 제로는 현재 내부 테스트 중입니다. 테스트를 진행할 때마다 새로운 파트와 설계 업데이트에 대한 요구가 생깁니다. 언젠가는 이 장치를 전통 방식으로 제조할 수도 있지만, 복잡한 형상을 가공할 수 없기 때문에 많은 파트를 다시 설계해야 합니다. 슈미츠는 Form 4L과 Fuse 1+ 30W, 고성능 소재가 제공하는 성능을 바탕으로 넛지 제로를 인하우스에서 제조할 수 있다고 말합니다.

Formlabs 3D 프린터를 살펴보고 Form 4L 및 Fuse에 대해 자세히 알아보거나 무료 샘플 파트를 요청하여 Formlabs 소재를 직접 평가해 보세요.

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