3D 프린터의 생체공학적 접근 – 3D 프린팅으로 제작하는 경량 구조물

:3D Cocooner가 새로운 아이디어를 현실로 만들었다. 설계가 바로 구체적인 제품이 될 수 있다. 아직은 연구 단계이지만, 생체 공학적 개발은 미래의 제조산업이 큰 잠재력을 갖고 있음을 보여주고 있다.

자연은 여러 가지 어려운 작업에 활용할 수 있는 거의 무한한 지능형 솔루션의 자원을 보유하고 있다. 생체 공학은 이러한 자원을 인간에게 유용한 기술적 어플리케이션으로 전환한다. 제조업의 미래를 결정할 한 분야가 소량생산 맞춤형 제품을 생산하는 것이고, 3D 프린터가 큰 진전을 이루었다. 하지만 3D 프린터도 결정적인 단점을 갖고 있는데, 층별로 하나의 면에서만 작업할 수 있다는 점이다. Festo는 이를 새로운 3D Cocooner로 한 단계 더 나아갔다. Festo는 나비 애벌레 엉덩이에서 나오는 실에서 영감을 얻어 공간에 자유롭고 복잡한 구조를 구성할 수 있었다. 3D Cocooner는 애벌레처럼 정교한 실을 뽑아서 유리 섬유실로 안정적인 경량 구조물을 만든다. 섬세한 동작으로 방적 노즐을 정밀하게 움직이고, UV 경화 수지로 적층하여 유리 섬유를 접착하여 구조를 만든다.

부드러운 , 단단한 격자

3D Cocooner는 핸들링 시스템으로 수직 방향으로 부착된 EXPT-45 타입의 삼각대를 사용한다. 팔이 3 개인 이 병렬 역학기계는 공간 내에서 정밀하고 매우 민첩하게 제어된다. 3D Cocooner는 부드러운 실로 단단한 격자 구조물로 만들기 위해 노즐 안에서 한 쌍의 롤러를 통해 실을 앞으로 밀고 동시에 점성 수지로 덮는다. 배출 직후엔 자외선으로 수지에 젖은 섬유를 경화시켜 견고한 격자의 살(구조)을 만든다. 작은 커팅 디스크는 실을 끊어 노즐은 다른 지점에서 다시 시작할 수 있다. 자외선을 정확하게 통제하여 새로운 부분을 이미 형성된 구조물에 접합하기 위해 수지는 일시적으로 액상을 유지한다. 삼각대는 필요한 위치 데이터와 컨트롤 신호를 중간 과정 없이 애니메이션 소프트웨어로부터 직접 받아 동작한다. 애니메이션 소프트웨어는 일반적으로 가상의 3D 모델 작성, 컴퓨터 그래픽 그리고 시뮬레이션을 위해 이용한다.

디지털 제작: 이 소프트웨어는 구조물의 형상을 삼각대의 운동 경로로 전달한다.

실내에서 자유로운 3D 프린팅

종래의 사출 성형이 허용 오차와 치수 안정성에서 우수하지만, 3D 적층 가공법도 이미 일반적인 산업 제조법 중 하나가 되었다. 3D 프린팅은 모델 제작분야에서 프로토타입과 소량의 제품 제작에 필수가 되었다. 일반적으로 원하는 형태는 CAD 프로그램의 가이드라인에 따라 층별로 적층되는데, 이때 방법에 따라 분말, 과립 또는 열가소성 필라멘트는 라인 단위로 고체로 융합된다. 그에 비해 3D Cocooner에서 사용하는 자외선 경화 유리 섬유와 같이, 실내에서 자유롭게 프린팅할 수 있는 재료들은 아직은 연구 단계이며 출시할 단계는 아니다. Festo는 3D Cocooner로 적층 가공법의 새로운 장점을 산업용 고속 핸들링의 정밀 제어와 민첩성을 합친 생체 공학적 기술 플랫폼을 개발하였다. 이러한 새로운 기술로 종래의 제조 수단으로는 실현할 수 없는 형태와 구조가 한층 가능하게 되었다.

새로운 형태의 다양성

격자의 살로 이루어진 섬세한 몸체는 개별적인 제품 형태의 새로운 차원을 열었다. 3D Cocooner를 이용하면 컴퓨터의 시뮬레이션에서 가상으로만 묘사할 수 있었던 복잡한 형상을 갖출 수 있고, 실은 격자 구조의 임의의 포인트에서 새로 시작하여 계속 만들 수 있다. UV 경화 유리섬유 자체는 인장력이 매우 높고 유연하여 최소한의 재료 사용으로 거의 무한한, 다양한 설계 가능성이 열렸다. 또한 여러 3D Cocooner를 네트워크를 통해 연결하면, 안정성 덕분에 여러 분야에서 사용될 수 있는 광범위한 구조물을 아주 짧은 시간에 만들 수 있다. 특히 포장 산업 또는 의료기술 분야에서 많은 새로운 가능성을 열어줄 것이다.

기술 제원

  • 설계 소프트웨어: .. Cinema 4D
  • 다축 역학 기계: ….. Festo Tripod EXPT-45
  • 설치 크기: ………………….. 약 450 × 300 × 600 mm
  • 제작 속도: …… 10 mm/s
  • 자외선: ……………………. 섬유 결합 LED; 365 nm; 9,3 mW
  • 재료: ……………………. 직경 2mm, 섬유 함량 60%인 유리 섬유살을 생성하기 위한 2400tex의 유리 섬유 조방사
  • 유리 섬유살 무게: … 5–7 g/m
  • UV 플라스틱: ……………. 1-바이닐헥사하이드로-2H-아제핀-2-on, 아크릴레이트 혼합물