3D프린팅, 다양한 산업용 소재 개발로 진화 중

‘첨단 신소재 기반 3D프린팅 전문인력양성 사업’의 지원으로 지난 1월 29일부터 31일까지 3일동안 ‘TCT 재팬 2020’을 참관했다. 이 전시회는 2015년부터 열린 일본에서 가장 영향력이 있는 3D프린팅 전시회로 다양한 산업 분야에 적용되는 3D프린터, 소재, 서비스, SW 등을 볼 수 있었다.

전시장에 입장해 가장 먼저 눈에 들어온 것은 특유의 디자인을 가진 스트라타시스(stratasys)의 3D프린터였다. 현재 한국산업기술대에서도 스트라타시스의 SLS방식 3D프린터를 보유하고 있다.

일본 내에서 스트라타시스 장비를 유통하는 ALTECH, Marubeni Information Systems 등이 전시회에 참가했다. ALTECH는 스트라타시스의 FDM 및 폴리젯 방식 3D프린터 시리즈를 취급하는 회사로 스트라타시스 J850, 스트라타시스 F120 등을 전시했다.

Marubeni Information Systems는 스트라타시스 F370과 미국의 금속 3D프린터 제조업체인 데스크탑 메탈(Desktop Metal)의 스튜디오 시스템(Studio System+)을 전시했다. 스트라타시스 F370은 회사가 수년간 개발해온 FDM 기술과 최신 기능을 결합한 제품으로 높은 신뢰성을 유지하면서 고속 모델링 및 사용 편의성을 갖는 제품으로 F370은 프로토 타입, 지그 및 실제 제품과 같은 광범위한 응용 분야에 사용될 수 있다고 한다. 스튜디오 시스템은 레이저 기반 시스템에 비해 저렴하고 다른 시스템과 달리 타사 장비 또는 특수 시설에 대한 요구 사항이 없는 제품이다. 지지물을 손으로 분리 할 수 있으며 소형 부품 및 주물 교체, 시험 생산 및 소량 생산에 사용될 수 있다.

▲ 일본 내에서 스트라타시스 장비를 유통하는 ALTECH는 다양한 색상 출력이 가능한 스트라타시스의 3D프린터 제품을 소개했다.

폴리메이커(Polymaker)는 다양한 소재로 만든 3D프린팅 필라멘트와 출력물을 전시했다. 회사 필라멘트 브랜드는 PolyFlex, PolyWood, Polysupport, PolySmooth 등이 있고 각 브랜드별로 다양한 색상이 구비돼 있다. PolyFlex는 열가소성 엘라스토머(폴리우레탄 90%이상)로 적층한 부품은 유연하고 구부릴 수 있다. 탄력성을 활용한 새로운 용도의 제품 제작이 가능하나 가격이 PLA 소재에 비해 다소 비싸다.

나무-폴리머 복합재료를 기반으로 하는 PolyWood는 밀도가 평균 0.8g/cm³로 일반 PLA에 비해 35~40% 가벼워 경량화가 가능하다. PolySupport는 보통 3D프린팅 필라멘트처럼 작동해 열과 위험한 유기 용제에서 작업 할 필요가 없다. PolySmooth 출력물은 이소프로필 알코올이나 에탄올 등 일반적인 알콜을 통해 표면 품질이 우수하며, PLA와 유사한 방식으로 프린팅하고 넓은 온도 범위의 온도와 가열된 베드없이 휘어지지 않게 프린팅을 할 수 있다는 것이 특징이다.

▲ 폴리메이커가 출품한 PolyWood 소재는 나무 재질의 폴리머로 일반적인 PLA보다 가벼워 경량화가 가능하고 나무 재질의 표면을 잘 나타낸다.

LEHVOSS는 LUVOCOM 3F, LUVOSINT, LUVOCOM 3F 필라멘트 등 FDM용 탄소강화섬유 폴리머, 분말소결용 TPU, PP 수지를 전시했다. 탄소섬유로 바이올린을 3D프린팅해 현장에서 연주하기도 했다.

System Inn Nakagomi는 Zortrax M300 Dual, Apium P220 3D프린터를 전시했다. Zortrax M300 Dual은 265x265x300mm 정도로 큰 출력이 가능하며 이중압출 기술을 통해 형상과 수용성 지지 구조물을 동시에 적층할 수 있다. 수용성 지지 구조물은 물에 용해되므로 복잡한 디자인의 형상을 출력할 수 있는 것이 특징이다.

▲ LEHVOSS는 탄소섬유로 바이올린을 3D프린팅해 현장에서 연주했다.

Apium P220은 내화학성이 뛰어나고, 우수한 강도를 가진 열가소성 고성능 폴리머인 PEEK를 FDM방식으로 프린팅할 수 있다. PEEK는 녹는점이 대략 350℃여서 SLS 3D 프린터에만 사용되어 왔지만 Apium P220은 최대 540℃까지 처리할 수 있는 금속 핫엔트 압출기를 사용하기 때문에 PEEK 출력이 가능한 것이다.

Filament PM은 체코의 3D프린팅 필라멘트 제조업체로 기존 범용소재 뿐만 아니라 ASA(outdoor material), CFJet(PETG with carbon fibers), PAJet(nylon), RUBBERJet(TPE 32, TPE 88), PC/ABS(high impact resistance at low temperatures), FRJet(PETG with flame retarder) 등 다양한 소재의 필라멘트를 전시했다.

플렉서블·고강도·고내구·경량 소재, 어플리케이션 확대 기여
고기능 필라멘트 첫 체험 인상적, 응용분야 관심 가질 것

VDM metal은 시트 및 플레이트, 스트립, 와이어, 로드 및 바, 튜브 생산용 예비 재료, 용접 소모품, 니켈, 코발트 및 지르코늄 합금의 단조 부품 및 특수 부품 등 고성능 소재를 생산하는 업체다. 3D프린팅용 금속분말을 생산하는데 코발트-크롬 합금, 내식성 합금, 초합금 및 특수 스테인리스강 등을 다루고 있다. 초합금은 항공우주 산업에 사용되고 내식성 니켈 합금은 화학 공정 또는 소비재 산업에 사용되며 코발트 크롬 합금은 치과용 또는 기타 의료용 임플란트 생산에 사용되며 사용처에 맞게 다양한 크기로 제공할 수 있다고 한다.

HOTTY POLYMER는 폴리머 솔루션 전문기업으로 주로 고무 및 플라스틱 압출 관련 제조기술을 제공하고 있다. 이번 전시회에서는 PEEK 및 PPS와 같은 슈퍼 엔지니어링 플라스틱을 출력할 수 있는 FDM 3D프린터를 전시하고 시연했다. 회사의 필라멘트는 슈퍼 플렉시블 타입, PEEK 타입, 고강도 타입 등이 있다.

Morimura Bros는 금속 3D프린팅용 분말을 생산하는 AP&C의 제품을 유통하는 업체로, 니켈 합금, 티타늄, 알루미늄(AlSi10Mg) 등 분말과 출력물을 선보였다. Snapmaker는 All-Metal 3-in-1 3D프린터, Modular 3-in-1 3D프린터 등 FDM 방식의 프린터를 전시하고 시연했다.

▲ Snapmaker는 All-Metal 3-in-1 3D프린터, Modular 3-in-1 3D프린터 등 FDM 방식의 프린터를 전시하고 시연했다.

이밖에도 SMARTTECH 3D스캐너는 역설계(reverse engineering) 및 full color 3D documentation을 위한 전범위의 전문 비접촉식 측정 장치를 제공하는 광학 3D스캐너 제조업체로 MICRON3D color 10 MPix, MICRON3D green stereo 스캐너 등을 전시했다. MICRON3D color 10 MPix 스캐너는 독일 VDI/VDE 권장 사항에 의해 인증된 고해상도 및 감도를 갖춘 초정밀 3D스캐너로 0.015mm의 정확도로 모든 물체의 형상 및 색상에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다. MICRON3D green stereo 스캐너는 520nm 파장을 측정하는 녹색 LED 광을 사용하며, 필터와 함께 사용되어 조명 변경이 측정에 미치는 영향을 줄여주어 백색광 측정을 사용하는 3D스캐너와 비교할 때 최대 30% 더 나은 결과를 캡처할 수 있다.

이번 전시회에서 느낀점은 3D프린팅은 시제품 제작용에서 벗어나 산업용으로 진화하면서 다양한 소재가 개발되고 장비도 함께 발전하고 있다는 것이다. 3D프린팅 필라멘트 소재가 다양한 것은 알고 있었지만 그동안 사용해봤던 것은 일반적인 PLA 뿐이었기 때문에 실제 다양한 소재의 필라멘트를 본 것은 이번이 처음이다. 특히 폴리메이커가 출품한 PolyWood 소재가 가장 눈에 띄었는데 나무 재질의 폴리머로 일반적인 PLA보다 가벼워 경량화가 가능했으며 이로 출력한 결과물은 생각보다 섬세하고 나무재질의 표면느낌을 잘 나타내고 있어 흥미로웠다.

TCT 재팬에서 만난 출품 기업과 관계자들이 일본 분들이 많다보니 의사소통 문제가 있었지만, 3D프린팅에 대한 기본지식을 바탕으로 배치된 안내책자들을 참고하면서 충분히 이해할 수 있었다. 여러모로 흥미로운 전시회에 참관기회를 제공해준 첨단 신소재 기반 3D프린팅 전문인력양성 사업단과 한국산업기술대에 감사를 드리며 전공과 관련해 다양한 3D프린팅 소재에 적합한 응용 어플리케이션을 찾도록 노력하겠다.

▲ 피규어 강국 일본답게 3D프린팅으로 출력서비스를 제공하는 기업도 눈에 띄였다.