3가지 장점을 가진 플라스틱 고속 3D 프린터, Essentium HSE 180

3D 프린팅은 하루가 멀다 하고 새로운 기술이 개발되고 있다. 또한 새로운 산업분야에 응용 사례가 계속 발현되는 등 기술의 선단에서 상용화가 이루어지는 과정이 매우 투명하고 빠르게 전파되고 있다. 타 산업에 비해 관심도가 높은 것도 흥미로운 점이다. 그 이유는 산업에서 3D 프린팅의 잠재력에 대한 기대가 크지만, 양산 과정에서 실행 능력에는 다소 부족한 면이 있기 때문이다. 해외에서의 응용 사례들도 고부가가치 부품에 해당되는 경우가 많고, 대부분 우주항공 분야가 좋은 사례들이다. 이런 분야에서 성공사례가 편중되어 있다는 것은 3D 프린팅의 제조비용이 상대적으로 높다는 것에 대한 방증이기도 하다.

헵시바㈜ 3D 설루션 사업부 김성복 이사

Essentium HSE 180 블로우금형

최근 미국에서 양산을 목표로 개발된 플라스틱용 고속 3D프린터 제조기업이 있다. 바로 미국 오스틴에 있는 Essentium이다. 이 회사가 자랑하는 혁신적인 장점 3가지를 꼽으라면 속도와 소재 그리고 비용이라 할 수 있다. 이 3가지는 지금까지 3D 프린팅 활성화에서 가장 큰 장애물로 여겨졌던 부분이다. 프린트 방식은 우리에게 익숙한 Material Extrusion (FFF: 소재 압출 적층 방식) 방식과 동일하지만 기술적으로는 현 수준을 완전히 뛰어넘은 차별화된 기술이 적용되었다. 이번에 출시한 제품은 Essentium HSE 180 시리즈로 까다로운 제조환경에 요구되는 성능을 구현하면서, 양산에 적용할 수 있는 가능성을 열어, Industry 4.0의 실현을 가속화하는 데 적합하다.

Essentium HSE 180의 3가지 장점은 속도와 소재 그리고 비용이다

먼저 첫 번째 핵심 기술은 속도이다. 프린트 속도는 일반 FFF 방식의 3D프린터에 비해 무려 10배 이상 빠르다. XY 축 구동부에 모터 구동에 의한 벨트, 풀리 등 일반적인 동력 전달 부품이 아예 없으며 리니어 서보모터를 적용하여 매우 강한 힘으로 고속과 정밀도를 동시에 구현하였다. 중력 가속도가 3G에 달하는 초당 1미터의 이동속도를 구현하는 하드웨어 안정성을 확보하여, 기존 FFF 방식의 한계를 뛰어넘은 초격차 기술이라 할 수 있다. 실제 프린팅 속도는 최대 500mm/sec로 기존 대비 5배 이상의 프린팅 속도를 구현했다. 이를 바탕으로 HSE(High Speed Extrusion)라는 공정기술로 분류하고 특허와 제품 명칭으로도 사용하고 있다.

세계 최초로 공개되는 탄소나노튜브로 감싼 다중 구조의 특허받은 Multilayer Filament 구조도

두 번째는 소재이다. 겉보기에는 일반적인 필라멘트 유사해 보이지만 Multi-layer filament라는 특허기술이 적용되었다. 쉽게 말해서 필라멘트의 표면층과 그 내부 소재의 특성을 다르게 구현하여 고속 프린팅이 가능하게 할 뿐만 아니라, 기존에 적용하기 어려웠던 복합 소재나 기능성 소재의 적용폭이 매우 넓어졌다. 예를 들어 PCTG-Z 소재의 경우, 외부에는 탄소나노튜브가 격벽을 이루고 내부에는 엔지니어링 플라스틱으로 구성되어 정전기가 방지되면서 접촉되는 상대물에 스크래치를 생기지 않아 자동화 라인이나 전자기기 제조, 방폭 제품 등에 사용할 경우 비용을 절감할 수 있다. 이 외에도 알루미늄을 대체할 수 있는 고강성의 엔지니어링 플라스틱과 금형 제작용 내열소재를 포함하여 ESD 레벨의 조절이 가능한 정전기 방지 소재 등 다양한 기능성 소재들이 라인업되어 있다. 특히 고온 특성, 내 피로성, 고강도 특성을 제공하도록 설계된 PEEK, HTN(고온용 나일론), HTN-CF25와 HTN-Z(ESD-safe) 등과 같은 특수 기능 소재들은 다양한 산업현장의 기술장벽을 뛰어넘어 기업의 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다. 또한 고속 3D 프린팅 공정기술을 구현하기 위해서는 소재를 다룰 수 있는 노즐의 설계가 매우 중요하다. Hozzle이라는 특허를 받은 HSE의 노즐은 고속 프린팅을 위해 특별히 설계되어, 상온에서 섭씨 500도로 가열하는데 3초면 충분하다. 따라서 Multi-layer 기술로 제작된 다양한 복합소재의 프린팅 부품을 양산으로 확대하는데 최적화되었다.

세 번째, 가장 큰 장점은 도입가격과 소재 비용이다. HSE 180시리즈는 가용한 온도 범위에 따라 LT, S, HT(High Temperature) 3개 모델로 구성되어 있다. 높은 생산성을 갖추고 있지만, 가격은 타사의 동급 장비 기준의 대략 40% 수준이며, 소재 역시 경쟁력을 가지고 있다. 현재 약 20여 개의 소재를 라인업 되었으며 올 하반기에 Ultem을 포함한 추가로 개발된 소재들이 론칭될 예정이다. 소재에 따라 다르지만 경쟁사 대비 40~70% 수준의 가격으로 양산에 초점을 맞추었다. 더욱이 소프트웨어와 소재 오픈 방식의 정책을 표방하고 있어, 자사의 소재만을 사용해야 하는 타사의 제품 정책과는 차이가 있으며, 이는 양산에 경쟁력을 갖게 하고 개방형 생태계를 지향하는 회사의 정신이 반영된 것이다.

Essentium와 헵시바가 협업하기로 결정하였다.

헵시바 주식회사는 기존 3D 프린팅 사업을 지속적으로 확장하여 다년간 축적된 경험과 국내에서 이미 3D 프린팅 브랜드로 자리매김한 Veltz3D의 신뢰성을 바탕으로 Essentium(에센티움)의 독점 공식 총판 계약 및 기술 파트너로 다양한 산업에서 응용 가능한 프로젝트를 진행 중이다. 헵시바는 DLP와 PBF 방식의 장비를 수요 맞춤형 제조하고 있으며, 3D 프린팅 서비스 사업과 양산에 적용할 수 있는 3D 프린팅 솔루션을 검토해오다 이번에 Essentium 와 협업하기로 결정하였다. 양사의 경험과 업력을 바탕으로 다양한 사례 개발에 협력하여 인더스트리 4.0과 스마트팩토리를 지향하는 제조기업들을 지원하는 설루션을 제공할 예정이다. 현재 ESD-safe 소재의 활용과 금형 제작 그리고 자동화 시설의 픽스처 등 3가지 프로젝트를 추진하고 있다.