제로 웨이스트 프린팅: Fuse 1+ 30W로 파우더를 재활용하여 비용은 물론 폐기물도 줄이세요

Fuse 1+ 30W printer and Fuse Sift - Zero Waste 3D Printing

많은 기업들이 지속 가능한 비즈니스 구조와 프로세스를 구축하기 위해 노력하는 가운데 3D 프린팅 기술은 시제품 제작 및 다양한 소재 응용 과정에서 폐기물을 줄일 수 있는 도구로 평가받고 있습니다. 기업에서 Fuse 시리즈 프린터와 같은 선택적 레이저 소결 방식 프린터를 사용하면 반복 작업의 속도를 높이고, 대체 생산 수단을 제공하며, 필요한 부품만 생산함으로써 공정 중 폐기물의 배출을 방지할 수 있습니다. 

그러나 아직까지 많은 3D 공정의 경우, 사용 불가한 형태의 플라스틱 폐기물이 생성되거나 후가공 단계에서 폐기됩니다. 이제 Formlabs는 업그레이드된 소프트웨어와 하드웨어 기능을 통해 Fuse 1+ 30W 선택적 레이저 소결 방식(SLS) 프린터로 제로 웨이스트(zero waste) 워크플로를 도입했습니다.

Fuse 1+ 30W printer - Webinar Product Demo
웨비나

새로운 Fuse 1+ 30W로 SLS 방식으로 고성능 부품을 신속하게 제작

Fuse 1+ 30W, 최신 SLS 3D 프린터 및 신규 탄소 충전 nylon 11 소재를 사용하여 엔지니어 및 제조사에서 우수한 내구성의 고성능 부품을 사내에서 직접 제작할 수 있는 방법을 확인해 보세요. Formlabs의 SLS 제품 관리자인 Chris Haid가 실시간 Q&A를 통해 최신 제품에 대해 소개하고 질문에 답변해 드립니다.

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완벽에 가까운 3D 프린팅 및 시제품 단계

재료 혁신과 하드웨어 업그레이드 덕분에 3D 프린팅 기술이 점차 다양한 용도로 활용되고 있지만, 3D 프린터의 가장 일반적인 사용 사례 중 하나는 신속 프로토타이핑입니다. CNC 기계 가공, 로스트 왁스 주조 또는 폼, 클레이 모델링과 같은 전통적인 시제품 제작 방식은 시간이 많이 걸리기에 신속한 형태 및 기능 테스트를 위해 3D 프린팅 기술을 활용하는 사례가 점차 확대되고 있습니다. 제품 디자이너, 엔지니어, 기술자는 인하우스 3D 프린터로 설계, 프린팅, 테스트, 반복 작업을 기존보다 훨씬 빠른 속도로 수행할 수 있습니다. 

새로운 Fuse 1+ 30W 선택적 레이저 소결 방식 프린터는 디자이너가 프린팅 작업이 완료되기를 기다리느라 허비하는 중단 시간을 없애고 반복 작업 사이의 기간을 단축함으로써 시제품 제작 프로세스가 더 빠르고 효율적으로 진행되도록 합니다. Fuse 1+ 30W 선택적 레이저 소결 방식 프린터는 강력한 프린트 엔진과 향상된 스캔 속도 덕분에 Fuse 1 프린터보다 최대 2배 빠른 속도로 부품을 프린팅할 수 있으며, 다른 산업용 시스템에 비해 투자 비용이 훨씬 적게 소요됩니다. 

사내에 선택적 레이저 소결 방식 3D 프린터를 비치하고 직접 시제품을 제작하게 되면 이미 여러 측면에서 낭비를 줄일 수 있습니다. 제품 디자이너가 사내에서 간편하게 3D 프린터로 부품을 직접 제작할 수 있게 되면 전통적인 제작 방식을 이용하거나 외부 3D 프린팅 업체에 외주를 맡길 때보다 반복 및 검증 단계를 더 많이 거칠 수 있습니다. 양산용 금형을 제작하기 전에 이와 같이 광범위한 시제품 제작 과정을 거치면 최종 제품의 성공 가능성을 높일 수 있습니다. 시간에 쫓겨 검증 테스트 프로세스를 급하게 진행하면, 종종 양산 단계에서 만족스럽지 못한 버전이 나올 수 있으며, 심지어 금형 및 수백 또는 수천 개의 부품을 폐기해야 하는 상황을 맞이할 수도 있습니다.

snowboard binding prototype

스노보드 전문 제작업체인 Rome Snowboards는 SLS(선택적 레이저 소결 방식) 3D 프린팅 기술을 활용하여 슬로프에서 바로 최종 검증 테스트를 진행할 수 있었습니다. Rome Snowboards는 시제품을 완벽에 가까운 수준으로 제작했으며, 이는 모든 버클과 각 구성 요소가 빠짐없이 품질 요건을 준수하고 모든 사항이 완벽한지 확인한 후 부품을 제조업체에 보내기 위한 조치였습니다. 

Rome Snowboards의 경우 SLS 프린터를 사내에 도입함으로써 반복 프로세스를 가속화하고, 최종 설계에 도달하기 전에 가능한 한 다양한 디자인을 제작할 수 있었습니다. 이처럼 집약적인 디자인 프로세스를 거치면, 최종 툴링 설계 시 추가적으로 변경할 사항이 거의 없게 됩니다.

"디자인 과정을 급하게 진행할 경우, 나중에 많은 비용을 들여 툴링을 수정해야 합니다…반면 반복 프로세스를 철저히 거치면, 훨씬 더 원활하게 사출 성형 도구를 제작할 수 있습니다."

Justin Frappier, Rome Snowboards 수석 디자이너

도중에 툴링을 변경할 경우, 최종 사용 용도로 마련한 변경 사항을 수정해야 하며, 이미 성형한 부품은 쓸모없게 됩니다. 반복 작업의 속도를 높이면, 툴링이 더욱 완벽해지므로 실패 없이 양산 과정에서 최종 사용 제품을 제조할 수 있습니다. 

Nylon 11 CF 3d printed sample part
샘플 부품

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프로덕션 사용 사례: 필요에 맞게 생산량 조절

애프터마켓 제조, 임시 생산, 맞춤 제작, 교체 부품 생산 등 어느 부문에서 3D 프린팅 기술이 활용되든, 제조업체에서 3D 프린터로 최종 사용 부품을 제작하면, 필요한 시기에 꼭 필요한 수량만 제작할 수 있습니다. 이와 같은 주문형 제조 시스템을 도입하면, 폐기물 배출량을 줄일 수 있을뿐더러 재고를 대량으로 보관할 필요가 없습니다. 

애프터마켓 제조업계는 Formlabs 선택적 레이저 소결 방식 프린터를 도입함으로써 초과 주문, 노후화 및 재고 보관 문제를 피할 수 있습니다. 보트 엔진 부품 전문 애프터마켓 제조업체인 JetBoat Pilot은 Fuse 시리즈를 통해 OEM의 엔진 설계 변경에 민첩하게 대응할 수 있었습니다. JetBoat Pilot은 Fuse 1의 구매를 통한 자체적인 사내 선택적 레이저 소결 방식 제작 역량을 갖추기 전에는 애프터마켓 부품 수요를 예측한 후 그에 맞춰 기계 기술자에게 부품을 주문해야 했습니다. 하지만 JetBoat Pilot은 이제 수요가 있을 때만 Fuse 1으로 최종 사용 부품을 필요한 수량만 제작할 수 있게 되었습니다. 덕분에 JetBoat Pilot은 불필요한 재고 보관 부담을 덜면서 동시에 고객에게는 더욱 신속하게 부품을 제공할 수 있습니다. 더 이상 OEM 측에서 설계를 변경하더라도 쓸모없는 부품 재고가 발생하지 않게 됩니다. JetBoat Pilot은 두 가지 방법으로 낭비를 줄였습니다. 즉, 사용 가능한 수요 기반 재고만 확보하고 절삭 (및 매우 낭비적인) 가공 공정은 완전히 배제합니다.

Fuse 1으로 프린팅한 JetBoat Pilot의 엔진 스러스터(엔진 개구부의 밝은 회색 부품).

Fuse 1으로 프린팅한 JetBoat Pilot의 엔진 스러스터(엔진 개구부의 밝은 회색 부품).

Fuse 시리즈를 통한 '제로 웨이스트' 구현

Fuse 시리즈 프린터에는 자체 지원 프린팅 베드, 조정 가능한 리프레시 비율, 고급 빌드 챔버 패킹 알고리즘 등 프린팅 프로세스를 보다 지속 가능하게 해주는 몇 가지 기능이 있습니다. 


기존의 3D 프린팅 방법과 달리 선택적 레이저 소결 방식의 경우, 프린팅 과정에 지지대가 필요 없습니다. 각 층이 위에서부터 소결되는 과정에서 빌드 챔버를 채운 파우더가 지지대 역할을 하기 때문입니다. 다른 프로세스에서는 지지대 구조를 분리한 후 폐기해야 합니다. 지지대 자체는 보통 많은 부피를 차지하지는 않지만, 시제품을 광범위하게 제작하거나 생산 공정을 반복 실행할 경우 이러한 유형의 폐기물이 쌓일 수 있습니다. 하지만 선택적 레이저 소결 방식 3D 프린팅 공정에서는 이러한 폐기물이 발생하지 않습니다. 


그렇다면 부품을 감싸고 있던 소결되지 않은 파우더는 어떻게 처리할까요? Fuse 시리즈 프린터 사용자는 Fuse Sift를 사용하여 소결되지 않은 파우더를 모두 재활용하여 다음 빌드 챔버에서 사용할 수 있습니다. 즉 낭비되는 파우더가 없으므로, 프린터와 Fuse Sift로 순환 워크플로를 만들어 구입한 모든 파우더를 낭비 없이 사용할 수 있습니다. 파우더의 리프레시 비율은 새로운 프린팅에 필요한 새 파우더의 최소 비율을 나타냅니다. Formlabs 선택적 레이저 소결 방식 파우더의 경우, 리프레시 비율은 최대 30%까지 낮출 수 있습니다. 
빌드 챔버 패킹 밀도와 리프레시 비율이 동일할 경우, 다음번 프린팅에서 소결되지 않은 모든 파우더를 다시 사용할 수 있습니다. 챔버가 30% 밀도로 채워지고 소재의 리프레시 비율이 30%인 경우, 나머지 70%는 소결되지 않은 파우더로 재활용하여 재료 낭비를 근본적으로 방지할 수 있습니다. 재활용 파우더 70%와 새로운 파우더 30%를 혼합해 새로운 파우더 카트리지에 넣는 것입니다. 

The Fuse Series printers utilize an efficient algorithm to optimize packing density for a zero waste workflow.

Fuse 시리즈 프린터는 효율적인 알고리즘을 사용하여 제로 웨이스트 워크플로에 맞게 패킹 밀도를 최적화합니다.

새로운 질소 환경 기능의 Fuse 1+ 30W

Fuse 1+ 30W 프린터에 탑재된 질소 공급 기능을 사용하면, 프린팅 과정에서 불활성 가스 환경을 조성함으로써 산화로부터 부품을 보호하고 부품 주위의 소결되지 않은 파우더의 품질을 보존할 수 있습니다. 따라서, 올바르게 보존된 미소결 파우더는 더 효율적인 리프레시 비율로 재활용될 수 있습니다. 불활성 가스 환경에서 프린팅하면 Nylon 11 Powder 및 Nylon 11 CF Powder를 30%의 리프레시 비율로 재활용할 수 있습니다. 이는 일반 환경에서 프린팅할 때의 리프레시 비율인 50%보다 훨씬 낮은 수준입니다. 

The Fuse 1+ 30W’s optional nitrogen feature preserves the quality of the unsintered powder, allowing it to be recycled at a higher rate and leading to a zero waste printing workflow.

Fuse 1+ 30W의 질소 기능은 소결되지 않은 파우더의 품질을 보존하여 재활용 비율을 높이고 제로 웨이스트 워크플로가 가능해지도록 만들어 줍니다. 

지속적인 프린팅이 가능한 합리적 비용

합리적 가격의 Fuse 1과 Fuse 1+ 30W 프린터는 가격 진입 장벽을 낮춰 기업에서 쉽게 사내 3D 생산 역량을 갖출 수 있도록 해줄 뿐 아니라, 소재 가격 역시 저렴하므로 사내 제작 작업이 원활히 지속될 수 있습니다.  소결되지 않았지만 사용할 수 없는 파우더의 매몰 비용을 고려할 필요가 없기에 선택적 레이저 소결 방식 3D 프린팅의 투자 대비 수익률(ROI)을 계산하기는 그 어느 때보다 쉬워졌습니다.

모든 파우더 입자는 파트의 제작에 사용이 가능하며, Fuse Sift 덕분에 재활용 프로세스가 간소화되었습니다. Fuse 시리즈 선택적 레이저 소결 방식 3D 프린터 사용자는 리프레시 비율, 패킹 밀도를 최적화하고 질소 환경을 활용하여 비용을 절감하고 공정 도중 배출되는 폐기물을 줄일 수 있습니다.

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