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[현장적용사례] 3D시스템즈 도움 받아 제조 규모 확장한 손 부분 보철 회사

제휴 통해 손 부분 보철 부품 AM 생산 규모 확대

Point Designs는 3D Systems의 Application Innovation Group과 협력해 단 6개월 안에 우수 제품 개발과 효율을 높인 워크플로우, 티타늄 3D 프린팅으로 전환했다.

Point Designs은 손 부분 보철 디자인 분야의 기업이다. 적층 제조(AM), 기계 설계, 임상 진료를 결합해 견뢰도가 좋은 인공 손가락 솔루션을 제공한다. 콜로라도 대학의 바이오메카트로닉스 개발 연구소(Biomechatronics Development Laboratory) 출신 연구자들이 설립한 Point Designs는 자사 제품에 대한 수요가 회사 역량을 능가하게 되자 제조 지원이 필요하게 됐다.

결국, 3D Systems를 생산 파트너로 선택한 이 회사는 공급 문제를 해결하고 자사 제품 개발 프로세스를 향상시켰다.

Point Designs의 공동 창립자이자 CEO인 Levin Sliker는 자신들의 보고 발표자료를 통해 '3D Systems와 협업해 회사의 설계 프로토콜을 개선했다. 3D Systems에서 제공한 새로운 시각과 지식을 통해 대량 3D 프린팅에 맞게 우리 설계를 최적화해, 후처리 방법을 개선하고, 각 빌드 플레이트에서 나오는 고정밀 부품의 수율을 높일 수 있었다'고 전했다.

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일찍부터 콜로라도 대학 연구소 자원을 이용할 수 있었던 Point Designs는 처음부터 3D 프린팅을 염두에 두고 자사 Point Digit 솔루션을 만들었다. 그러나 솔루션의 인기가 커지면서 Point Designs는 역량을 느리는 데 도움을 줄 파트너가 필요해졌다. 의료기기 제조 실적, 고품질 전문성, 반복 가능한 티타늄 프린팅, 경험으로 얻은 AM 기술과 공정에 대한 지식을 보고 Point Designs는 3D Systems로 정했다.

협업 통해 적층 제조 맞는 디자인으로 개선
Point Designs는 자사 Point Digit 솔루션을 설계할 때 제 자리에서 바로 유기적 형상, 반중공 구조, 조립체를 만들어 적층 제조용 디자인(DfAM)의 이점을 활용했다. 이 유형의 피처는 AM으로만 가능한데 부품을 의도한 기능에 맞게, 더 가벼운 중량으로, 더 적은 조립품으로 설계할 수 있어 많은 기업이 이 기술을 사용한다. 그렇지만 3D 프린팅을 성공적으로 해내기는 어려웠다. 완성품에 엄격한 공차를 요하는 정밀 구조가 필요할 때 더 그렇다. Point Designs의 CEO Levin Sliker는 자사 팀에서 3D Systems와 일하면서 프린팅 프로세스에 최적화되도록 설계를 개선할 수 있었다고 말했다.

이들이 사용하는 핵심 AM 구현 기능 하나는 라이브 힌지다. 그 자리에서 조립품으로 바로 프린팅하기 때문에 보다 자연스러운 동작을 위한 회전이 가능하다. Sliker는 힌지 구성품은 작을 뿐만 아니라 그 안에 구성품도 있기 때문에 이 조립품을 제 자리에서 프린팅할 수 있는 것이 엄청난 장점이라고 강조했다.

Sliker는 '다른 방식으로는 조립하기가 불가능하거나 어려울 것이다. 시간이 많이 소요될 뿐 아니라 정말 작은 부품들을 계속 주시해야 한다. 라이브 힌지는 모든 것을 제자리에서 프린팅하기 때문에 조립과 제조를 간소화할 수 있다'고 설명했다.

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대량 생산용 최적화 프린트 전략 협의
제품 출시까지의 기한이 얼마 남지 않은 상황에서 Point Designs는 3D Systems와 작업을 시작하던 당시, 특히 부품 방향을 정하는 데 있어서 디자인과 관련해 해결해야 할 문제가 몇 가지 있었다. 최종 부품의 필수 치수와 여유 없는 공차를 고려해 기존 빌드 방향을 선택했지만 대량 생산용으로는 적합하지 않았다. 두 회사는 훨씬 더 많은 부품을 단일 빌드에서 프린팅하면서 다운스트림 공정도 고려할 수 있는 새로운 프린트 전략을 고안해냈다. 중요한 표면에 흠집이 나지 않도록 쉽게 제거할 수 있는 지지 구조물과 이러한 표면에 원하는 마감을 구현할 수 있는 기법을 함께 고민했다.

고급 티타늄 소재로 전환
Point Designs는 제조 파트너를 모색할 때 역량을 가장 우선으로 생각했다. Sliker는 3D Systems를 선택하면서 티타늄을 보너스로 얻었다고 했다. 그러나 Point Designs만 혜택을 본 것은 아니다. Jeff Soelberg는 Point Digit 솔루션의 최종 사용자로서, 스틸 버전과 티타늄 버전을 모두 착용해봤다. 신소재로 무게가 30% 감량되면서 그 차이를 바로 느낄 수 있었다. Soelberg는 스틸 기기를 착용할 때는 소형 웨이트를 들고 다니는 느낌이었는데 '티타늄으로 바뀌면서 훨씬 더 가볍고 자연스럽게 느껴진다'는 느낌을 애기했다.

무게 감량 외에 강도, 내구성, 간편한 세척 때문에 이 기기의 소재와 디자인도 최종 사용자들로부터 긍정적인 피드백을 많이 받고 있다. 사용자들은 손가락을 사용하는 어느 환경에서나 이 기기를 착용할 수 있다. Soelberg는 연습을 통해 사고 전에 했던 활동의 95%를 회복하고 있다.

소재를 전환하는 과정에서 3D Systems는 향후 프로젝트에 활용할 노하우를 공유하며 Point Designs가 티타늄 특유의 문제를 탐색하도록 도왔다. 그 중에서도 티타늄의 수축률을 고려한 설계에 관한 도움을 줬다.

티타늄 Point Digit 2.0 솔루션은 3D Systems의 DMP(direct metal printing) 기술과 산소 수치가 동급 최고인(<25 ppm) LaserForm Ti Gr23(A) 소재 그리고 불활성 프린팅 대기를 사용해 프린트하기 때문에 화학 순도가 높고 반복 정확도가 좋다. 부품당 동일한 디지털 데이터 패키지 사용을 통해 23D Systems 기계는 전역적 오프셋 없이 모든 DMP 기계에서 동일한 결과를 전달함으로써 생산의 확장성을 높여가고 있다.

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Point Designs의 CEO Levin Sliker

조립 공정 절감
Point Designs와 3D Systems가 함께 네 종류 제품을 만드는데 각각 여러 개의 3D 프린팅 부품으로 구성했다. 크기가 다양해 총 17개의 SKU와 107개의 고유 부품을 만들 수 있다. Point Designs가 3D Systems로부터 프린트된 부품을 받으면 Point Designs 팀이 상용 및 맞춤 부품을 함께 사용해 조립한다. 조립 후 Point Designs에서 제품을 보장구사에게 전달하면 보장구사가 각 사용자의 맞춤 보철 소켓을 제작한다.

Sliker는 '3D Systems의 Application Innovation Group에서 자체 기술을 사용하는 프린팅을 완벽하게 지원할 수 있다는 사실이 우리에게 정말 큰 도움이 됐다. 3D Systems가 자사 기기의 능력에 정통하다는 것은 업계에서 잘 알려진 사실이며, 덕분에 이 협력 관계가 성공할 수 있었다'라는 의견을 내비쳤다.

공급 문제 해결과 관련해 Point Designs에서 사업 개발 전문가로 일하는 Griffin Drye는 3D Systems와 함께 일한 후 업체들이 신뢰할 수 있는 생산 속도 체계를 갖추게 됐고 Point Designs는 제품을 제 때 납품하지 못하는 경우가 없어졌다. 이는 정말 의미 있고 기분 좋은 성과라고 했다. 이를 가능케한 것은 Point Designs와 3D Systems의 솔직하고 긴밀한 의사소통을 통해 상대가 정확히 예측하고 계획하는 데 필요한 시간을 서로 공유했기 때문이다. 1등급 의료기기인 Point Digit 2.0이 성공적으로 출시되고 지금 Point Designs는 3D Systems 전문 기술을 활용할 다른 수많은 보철 제품을 계획하고 있다. [자료정리=김지성 기자]


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