FINIS는 Smart Goggle Max(스마트 수영 고글) 같은 최첨단 기기를 비롯하여 수영과 수중 스포츠 장비 개발에 특화된 기업입니다.
FINIS는 뛰어난 품질과 성능으로 다양한 수준의 수영 선수들에게 빠짐 없이 신뢰를 얻고 있는 최첨단 제품을 개발하는 것으로 유명합니다. 미국 캘리포니아에 본사를 둔 이 회사는 수영 선수와 코치들의 변화하는 요구사항에 초점을 맞춰 혁신적인 제품을 지속적으로 발전시키는 데 전념하고 있습니다.
David Beittel은 FINIS에서 제품 개발 그룹을 이끄는 수석 디자이너입니다. 그는 팀과 함께 신속 프로토타이핑 작업에 필라멘트 3D 프린팅을 사용하기 시작했지만, 보다 세밀하고 등방성 있는 파트가 필요하다는 것을 금방 깨달았습니다. 개발 프로세스에서는 계속 필라멘트 프린팅을 사용해오고 있었지만, Formlabs Form 3+ 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린터로 방법을 변경하여 실제품 수준의 프로토타입을 제작하면서부터는 "경이로운 재료 범위"에 깊은 인상을 받았습니다. 하지만 주요 제품 라인이 수영용 지느러미, 수경, 트레이닝 장비였기 때문에 최종 생산에 사용되는 파트에 가까운 것 제작할 수 있는 내구성 있는 순수 실리콘이 부족했습니다.
과거에는 실리콘 파트를 금형으로 주조하는 방식을 사용했는데, 이는 노동 집약적이고 리드 타임이 길었습니다. 이제는 Form 3+ 레진 3D 프린터를 갖추고 부드럽고 유연하며 내구성이 뛰어난 파트 제작용으로 출시된 최초의 100% 실리콘 레진 신제품, Silicone 40A Resin을 사용할 수 있으므로 신속하게 조정하고 하룻밤 사이에 기능성 프로토타입을 프린팅할 수 있습니다.
“도구를 제작하려면 한 달 정도 걸립니다. [Silicone 40A Resin을 도입하자] 다른 아이디어를 생각해내고 수정하여 하룻밤 새에 프린팅할 수 있게 되었습니다. 다음 날 출근해서 꺼낸 후 세척하고 바로 수영장에서 사용해 볼 수 있었죠. 그래서 예전에는 몇 주가 걸리던 작업을 이제는 몇 시간 만에 끝낼 수 있었고, 이것이 진정한 장점이라고 생각합니다.”
데이비드 베이틀(David Beittel), FINIS, Inc. 시니어 디자이너
연구팀은 내부 테스트를 거치면서 물 안팎에서 실리콘 유사 3D 프린팅 소재보다 훨씬 뛰어난 소재의 놀라운 방수성과 탁월한 반발 복원력을 강조합니다. 제품 개발 그룹은 Silicone 40A Resin의 탄성이 최종 생산 재료의 특성에 매우 근접하여 제품 디자인을 개선하고 개발 프로세스의 모든 단계에서 최적의 성능을 보장하는 데 귀중한 도구가 된다는 사실에 매우 만족하고 있습니다.
개스킷 프로토타입 제작: Silicone 40A Resin를 이용한 새로운 접근
실리콘 파트를 대량 생산하려는 팀이라면 대부분 사출성형이나 압축 성형을 선택할 것입니다. 이러한 기존 방법에는 값비싼 강철 도구와 긴 리드 타임이 필요하며, 종종 몇 달이 걸리기도 합니다. 따라서 제품 개발 과정에서는 대개 우레탄 주조를 아웃소싱하여 베타 프로토타입과 사전 제작 파트를 제작합니다. 이 접근 방식은 수십 개 정도의 파트를 생산할 때 널리 사용되지만, 여전히 2~3주의 리드 타임이 필요하므로 프로토타입 제작과 빠른 설계 반복이 어렵습니다.
이 문제를 극복하려다 보니 3D 프린팅을 개발 주기에 통합하여 디자인을 개선하고 내부 테스트를 수행한 후 사용자 테스트를 위한 신속한 툴링에 착수할 수 있었습니다. 그 결과, 이제 더 나은 제품을 개발하기 위해 '설계, 테스트, 수정'을 수없이 반복할 수 있게 되었습니다.
FINIS 팀은 최신 스마트 고글을 개발하는 과정에서 신형 개스킷의 프로토타입 제작 문제에 봉착했습니다. 랩 수, 스트로크 속도, 스플릿 타임을 계산하는 작은 모듈을 고글에 쏙 들어가는 크기로 제작하여 쉽게 켜고 끌 수 있어야 했습니다. 따라서 방수 기능을 유지하면서 모듈의 버튼과 정렬되는 통합 버튼이 있는 개스킷을 개발하는 것이 과제였습니다.
새로운 Smart Goggle은 버튼이 통합되어 있어 형상이 복잡합니다.
팀은 베타 테스트용 우레탄 주조를 시작하기 전에 설계를 반복해야 했는데, 베이틀은 "버튼은 디자인이 까다로워 프로토타입을 제작하기가 어려웠습니다."라고 합니다. 이전에는 Elastic 50A Resin레진을 3D 프린팅하여 이 새로운 개스킷의 프로토타입을 개발했습니다. 그렇지만, 실리콘과 유사한 3D 프린팅 소재는 반발력이 충분하지 않았고 진짜 실리콘처럼 원래 모습으로 돌아오지 않았습니다. 초기 프로토타입에는 Elastic 50A Resin으로 충분했지만, 최종 실리콘 생산 재료에 가까운 소재가 필요했습니다. “개스킷의 경우 탄성이 있는 신속 프로토타입 소재가 필요했습니다. 다른 소재는 구부러지거나 휘어지지만 실리콘처럼 원래 모습으로 돌아오지 않았습니다.”
수영 고글용 개스킷 프로토타입 제작
| 리드 타임 | 비용 | |
|---|---|---|
| 우레탄 주조 | 2~3주 | 1세트(2개의 개스킷)당 $1220 |
| Silicone 40A Resin 3D 프린팅 | 8시간 | 개스킷 개당 $10 |
베이틀과 팀이 Silicone 40A Resin을 손에 넣자 프로토타입의 품질은 점점 더 좋아졌습니다. 새로운 소재는 반발 탄성이 훨씬 뛰어나며 생산 소재와 매우 흡사했습니다. Silicone 40A Resin으로 프린팅한 개스킷을 내부 테스트에 사용했는데, 눈 주위에 정말 잘 밀착되고 방수 기능이 뛰어나서 놀랐습니다. 베이트텔은 "마지막에 생산 도구에서 첫 번째 샷을 촬영할 때 실제 제품을 대체할 수 있었고 매우 비슷하다는 것을 확인할 수 있어서 좋았습니다."라고 합니다.
팀은 Silicone 40A Resin으로 프린팅한 개스킷을 내부 테스트에 사용했으며, 눈 주위 밀착성에 놀라움을 금치 못했습니다.
“[Silicone 40A Resin]으로 만든 새 개스킷을 끼우고 몇 주간 수영을 해보니 감탄이 터져나왔습니다. 실제 제품보다 조금 부드러웠지만 눈 주위에 잘 밀착되었습니다. 물이 전혀 새지 않고 접착제를 더 사용하지 않고도 렌즈와 버튼 주변을 밀봉할 수 있어서 놀랐습니다.”
데이비드 베이틀(David Beittel), FINIS, Inc. 시니어 디자이너
Silicone 40A Resin 소개
본 웨비나에서는 당사의 3D 프린팅 전문가가 Silicone 40A Resin의 주요 장점과 응용 분야를 소개하고 레진 소재의 특성 및 워크플로를 설명합니다.
유연하고 신속했던 SLA 3D 프린팅 수영 장비 제작
FINIS, Inc의 가장 인기 있는 제품 중 하나는 수중 골전도 MP3 플레이어입니다. 많은 사람들의 사랑을 받은 이 팀은 부피가 덜한 새로운 '오버더이어' 버전을 개발하기 시작했습니다. 수영 선수들이 벽을 밀거나 공중제비를 도는 등 격렬한 동작을 할 때 헤드셋이 약간 불안정하다는 문제가 있었습니다. 이에 따라 베이틀과 팀은 헤드셋에 단단히 부착할 수 있는 작은 실리콘 애드온을 개발하여 고글 스트랩이 헤드셋을 가로지르며 안정감을 더할 수 있도록 개선하고 싶었습니다.
팀은 헤드셋을 고정하고 안정성을 높이기 위해 작은 실리콘 애드온을 개발했습니다.
제품 개발 그룹은 다양한 설계를 반복해서 3D 프린팅하고 테스트하여 올바른 제품을 만들었습니다. 베이틀은 “사용자가 가장 쉽게 착용할 수 있고 수영장에서 잘 작동하는 것을 확인하기 위해 약간 수정했습니다,”라고 합니다. 이전에는 Formlabs의 소재 라이브러리에서 실리콘과 유사한 소재를 사용했지만 구멍을 통과하고 헤드셋에 단단히 밀착되는 데 필요한 유연성이 부족하고 찢어지기 쉽다는 단점이 있었습니다.
Silicone 40A Resin의 탄성과 내구성은 프로토타입 제작 공정을 크게 개선하여 이러한 문제를 효과적으로 해결했습니다. 베이틀은 소재의 모양과 느낌, 동작이 실제 제작 소재에 충분히 근접한지를 확인하는 것이 중요하다고 덧붙입니다. 그는 이 소재가 세팅이 필요 없고 반복 사용 후에도 모양이 유지된다는 점을 높이 평가합니다.
“촉감과 작동하는 양상이 실제 생산 소재 같습니다. 탄력이 있고 리바운드가 훨씬 잘되며 세팅이 필요 없다는 점이 마음에 들어요. 우리가 사용하는 일부 생산 재료에 가깝고 개발 중에도 사용할 수 있을 정도로 절대적으로 흡사하고 생각합니다.”
데이비드 베이틀(David Beittel), FINIS, Inc. 시니어 디자이너
3D 프린팅이 없었다면 작은 공구를 사용한 사출 성형을 선택하고 필요에 따라 금형을 수정했을 것입니다. 하지만 이렇게 하면 각 반복에 최소 한 달의 리드 타임이 소요되어 프로세스가 상당히 느려졌을 것입니다. 베이틀은 Silicone 40A Resin을 사용하면 빠른 의사 결정, 급속 파트 생산, 신속 테스트를 통해 개발 주기를 빠르게 진행할 수 있다고 강조합니다.
이렇게 하면 팀이 최종 생산 공구를 주문하기 전에 모델 범위를 좁히고 제대로 작동하는지 확인할 수 있습니다. “일단 툴링에 들어가면 제약이 생깁니다. 몇 가지 변경을 할 수 있지만 시간과 비용이 많이 들고 도구의 품질이 저하되는 경향이 있습니다.”
Silicone 40A Resin의 탄성에 크게 의존하는 또 다른 응용 분야는 인어 지느러미로, 최근 몇 년 동안 빠르게 명성을 얻었습니다. 점점 더 많은 사람들이 "인어의 세계"에 합류함에 따라, 수영 장비 회사는 트렌드를 따르고 여성 인어와 함께 수영하는 남성 인어들의 더 큰 발 사이즈에 적응할 수 있는 것이 중요합니다. 이 팀은 여러 버전의 제품을 대량 생산하기 전에 시장 테스트를 하고 싶었습니다. 이를 위해 제품 개발 그룹은 모든 유형의 발에 맞도록 풋 포켓에 추가할 수 있는 스트랩 익스텐션을 고안했습니다.
제품 개발 그룹은 모든 사이즈를 수용할 수 있는 스트랩 익스텐션을 개발했습니다.
이전 사례에서와 마찬가지로 연구팀은 Silicone 40A Resin을 사용하기 전에 다른 유연한 소재를 먼저 테스트했으며, 이 새로운 소재가 독보적이라는 데는 이견이 없었습니다. Flexible 80A Resin과 Elastic 50A Resin이 초기 프로토타이핑과 디자인 반복에는 적합했지만 반복적인 장력과 변형을 견디는 능력이 부족하여 테스트 중에 찢어지는 경우가 많았던 반면, Silicone 40A Resin의 탄성은 타의 추종을 불허했습니다.
수영 장비의 앞날을 맞이하다
베이틀은 “이 가격대의 SLA 프린터를 사내에서 사용할 수 있다는 것은 정말 놀라운 일입니다. 그렇게 할 수 있을 거라고는 생각도 못했어요.”라며 자신이 느끼는 경이로움을 표현합니다.
FINIS의 제품 개발 그룹은 Silicone 40A Resin를 워크플로에 도입하여 프로토타입 제작 단계를 가속할 수 있었습니다. 베이틀은 뛰어난 기계적 특성 덕분에 고글 및 기타 다양한 고무 부품의 개스킷 내부 테스트와 기능성 프로토타입 제작에 이 신소재가 적합하다는 사실을 알게 되어 매우 기뻤습니다.
