3D시스템즈, 주조·금형용 프린터·솔루션 잇따라 출시

 4차 산업혁명이 최대 경제이슈가 되고 있는 가운데 3D프린팅 기술에 대한 관심도 나날이 커지고 있다. 최근에는 3D프린팅 기술을 주조, 금형 등 뿌리산업에 활용하려는 시도 또한 활발해지고 있는 상황이다. 실제 3월 7일부터 11일까지 킨텍스에서 개최된 인터몰드 코리아 전시회에서는 3D프린팅 관련 업체들이 대거 참가하기도 했다.

 세계 3D프린터 시장의 선두주자인 3D시스템즈는 이런 추세에 맞춰 주조·금형용 3D프린터와 솔루션을 잇따라 출시하여 주목받고 있다.

 3D시스템즈가 출시한 주조용 프린터로는 ‘ProJet® MJP 3600 Wax’와 ‘ProJet 3600 Dental’이 있으며, 종전보다 평균 2배 이상 빨라지고 50배 빠른 3D프린터 ‘FIGURE 4’의 개발로 3D프린터를 이용한 금형 없는 다이렉트몰딩에 대한 공정 연구도 진행하고 있다.

 3D시스템즈가 출시한 ‘ProJet 3600W’ 장비는 왁스소재를 이용하여 왁스원본을 3D프린팅으로 출력할 수 있는 장비이다. 정밀주조방식의 일종인 탈납주조(Lost Wax Casting)는 이러한 왁스를 이용하여 원하는 캐스팅패턴을 만들고 고온에 이를 가열 시, 왁스부분은 깨끗하게 녹아 떨어져 나가고 원본모양만 남게 되었을 때 그 속에 원하는 금, 은과 같은 주재료를 넣고 굳히는 주조방식이다. 양초처럼 잘 녹는 왁스 특유의 성질 때문에 캐스팅하기에 아주 적합한데 ‘ProJet 3600W’ 장비는 이러한 100% 리얼왁스 패턴을 통해 쥬얼리, 임플란트, 전자부품, 복제품 등의 주조 제작에 이상적으로 쓰고 있다. 정밀파트에 있어 최고의 생산성과 16미크론에 달하는 마이크로 단위의 적층높이를 구현하여 한층 정밀한 파트를 제작할 수 있다.

 MJP 3600 라인의 또 다른 모델인 ‘ProJet 3600 Dental’은 주조용 경화레진 소재를 사용하여 주조원본을 출력할 수 있는 장비로써 치과분야에서 많이 쓰이고 있는 고성능 프린터이다. 3D시스템즈의 멀티젯프린팅(Multi Jet Printing)기술을 사용하는 이 프린터는 즉석 주조 및 압축성형 작업, 환자 교육 및 테스트에 필요한 고품질 커스텀 모형을 제공하며 정확도와 제품 완성도가 뛰어나 높은 고객 만족도를 보이는 장비이다.

 인터몰드에서 선보인 ‘FIGURE 4’는 종전보다 평균 2배 이상 빨라지고 50배 빠른 장비이다. 3D시스템즈는 현재 3D프린터를 이용한 금형 없는 다이렉트몰딩에 대한 공정 연구도 진행하고 있다.

 3D시스템즈코리아는 소프트웨어 분야에서도 금형 제작 소프트웨어인 ‘Cimatron(씨마트론)’을 보유하고 있다. 씨마트론은 사출, 프레스 등 다양한 금형 설계에서 공정 전체에 걸쳐 중요한 이점을 제공해 사용자가 품질, 생산성을 높이고 납기를 단축시킬 수 있도록 만들어 준다.

 지난 ‘제53회 무역의 날’ 기념식에서 3백만불탑을 수상한 신흥정밀은 3D시스템즈코리아의 금형 CAD·CAM 통합 솔루션 ‘Cimatron(씨마트론)’에 대해 “씨마트론은 견적부터 가공까지 금형 설계 및 가공을 위한 전 공정을 효율적으로 지원한다”고 평가했다.

 프레스금형 전문업체 피스템코는 “씨마트론 제품을 사용한 후 작업시간이 30% 이상 단축됐다”고 밝혔다.

 3D시스템즈 이성국 소프트웨어 사업부 상무는 “지금까지 사출 성형에 대한 기존 사출 금형의 냉각 설계는 완벽하지 않았다”며 “씨마트론의 컨포멀 냉각 설계를 이용하면 인젝션 사이클 타임과 전체 비용을 절감할 수 있다”고 설명했다.

 이성국 상무는 “씨마트론의 컨포멀 냉각 설계를 이용하면 인젝션 사이클 타임과 전체 비용을 절감할 수 있다”며 “우리 금형 솔루션은 제조사들에게 형상, 난이도 및 크기에 제한이 없는 제조 환경을 제공한다”고 덧붙였다.

 3D시스템즈의 프린터와 솔루션은 주조와 금형산업 분야에서 활용 시 상당한 장점이 있다. 앞서 설명한 탈납주조방식에 이어 두 번째로 주조산업에서 활용할 수 있는 3D프린팅 방식이 바로 ‘간이성형’이라고 할 수 있다.

 간이성형은 사출성형 이전단계에서 디자인이나 재료의 적합성 등을 최종검토하기 위한 시제품 제작용도가 주된 목적이라고 할 수 있다. 이러한 단계 없이 바로 사출금형을 하게 되면 고가의 금형제작비용이 투입됨은 물론 추후 제품디자인 수정이 필요하거나 결함이 발견 시 큰 시간적, 비용적 비효율성을 초래하게 된다. 하지만 3D프린팅을 이용해 간이금형을 제작하게 되면 그때그때 디자인 변경이 나오는 데로 바로 이를 반영하여 출력하고 최종 검증을 마무리 할 수 있다. 이는 새로운 신제품 출시까지 소요되는 전체 기간을 획기적으로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 개발 비용을 낮추고 향상된 디자인까지 가능토록 도와준다.

 또한 3D프린터의 최대 강점인 디자인 형상, 난이도에 제 한없는 제조환경을 제공한다는 점도 큰 이점으로 들 수 있다.

 이러한 간이금형에서 결과물의 완성도를 결정짓는 중요한 요소가 바로 재료가 얼마나 내구성이 뛰어나고 고온에 버틸 수 있는가 하는 점이다. 금형작업에서 필연적으로 수톤의 압력과 고온의 환경을 견딜 수 있어야 하고 그렇지 못할 경우 주조과정에서 몰드의 변형이나 수축현상이 생길 수 있어 제대로 된 금형 결과물이 도출되지 않기 때문이다. 3D시스템즈에서는 강도와 내구성이 뛰어난 VisiJet 재료들과 더불어 VisiJet SL HiTemp, Accura PEAK 등 215도씨 이상의 고온에서도 품질 저하 또는 변질 없이 지탱할 수 있는 재료들을 다수 보유하고 있다.

 이러한 고온 저항력에 특화된 재료들을 토대로 약 수 십개 정도 테스트용도 및 소량생산으로 간이금형을 제작하여 효과적인 비용 절감을 달성하는 고객사례들이 꾸준히 늘어나고 있다.

 이러한 장점을 바탕으로 3D시스템즈의 프린터와 솔루션을 활용하는 기업들도 점차 증가하고 있는데, 3D프린팅 기술의 적용이 가장 활발한 주조산업으로는 쥬얼리산업과 덴탈산업 을 꼽을 수 있다.

 먼저 쥬얼리 산업을 예로 들어보면 기존에는 1개의 쥬얼리 원본을 제작하기 위해 원본기사가 일일이 손으로 작업하는 수고를 거쳐야 했다. 이 방식은 사람의 수작업을 통하여 작업이 수행되다보니 어쩔 수 없이 요구하는 디자인과의 오차범위가 발생할 수 밖에 없었다. 또한 제작자 개개인에 따른 기술력의 고저차이로 인해 디자인의 편차나 제약이 있었다. 하지만 이제 3D프린터를 이용하여 여러 개의 원본을 대량으로 출력할 수 있게 되면서 제조에 소요되는 시간을 현저히 단축시킴은 물론 디자인의 제한에서도 훨씬 자유로워졌다.

 3D시스템즈의 경우 앞에서 소개한 ProJet 3600W와 같은 장비를 활용하여 몰드제작을 위한 왁스형 정밀주조패턴을 제작할 수 있어, 정교함과 디테일한 구현력을 중요시하는 주얼리 분야에서 널리 활용되고 있다.

 쥬얼리 산업에서 3D시스템즈의 제품을 사용하여 특별하고 유니크한 디자인을 주조하고 있는 업체들로 레어C&A나 신한쥬얼테크 등을 꼽을 수 있다. 이들 고객사들은 주로 스캔작업을 통해 제작된 CAD데이터를 출력해서 주조를 하거나 신한쥬얼테크와 같은 경우 이렇게 주조된 액세서리를 해외시장에 수출까지 하면서 큰 호응을 얻고 있다.

 두 번째로, 3D프린터가 주조분야에서 많이 응용되고 있는 분야는 덴탈산업이다. 실제로 최근 덴탈 분야에서 모델, 왁스업, 보철 등을 제작하는데 있어 다양한 활용도를 보이고 있다. 예컨대, 투명교정과 같은 교정에 요구되는 모델출력, 주조 시 주조용 경화레진을 사용하여 틀니에 사용되는 파샬, 충치에 필요한 크라운 등 원본제작용으로 광범위하게 쓰이고 있다.

 덴탈사업 분야에서는 주로 기공소나 치과에서 3D프린터를 이용한 주조 및 생산을 주도하고 있습니다. 예컨대 국내 최대 규모를 자랑하는 한국심미치과기공소나 CK치과 같은 경우 이러한 주조방식을 비즈니스에 접목시키며 업계를 선도해 나가고 있다. 구체적으로는 틀니에 사용되는 파샬, 크라운 및 임플란트에 사용되는 모델 등을 출력해서 사용하며 많은 효율을 달성하고 있다.

 3D시스템즈는 올해에도 주조업체와 금형업체들을 위한 제품과 솔루션을 준비 중이다.

 이번 2017년 상반기에 새롭게 출시되는 신제품 ‘ProJet MJP 2500W’ 장비는 마스터패턴과 같은 주조분야에 전문화되어 나온 3D프린터이다. 이 장비는 ProJet MJP 2500 장비시리즈의 하나로 합리적인 가격대를 유지하면서도 각 레이어당 16미크론에 달하는 세부 정밀도와 고해상도 기능을 갖추고 있어 가격은 저렴하면서도 고품질의 정밀주조용 프린터를 원하는 고객들에게 적합한 장비라고 할 수 있다. 또한 빠른 출력시간을 특징으로 가지기 때문에 그만큼 경제성 측면에서 효율성을 제공한다.

 3D프린터에 다소 익숙치 않은 사람들도 장비에 번들로 함께 제공되는 3D Sprint라는 소프트웨어를 사용하여 쉽게 작업할 수 있다는 것도 눈여겨볼 강점이다. CAD데이터 수정, 디자인상의 오류 검증 등을 한 번에 수행할 수 있어 사용자의 편의성을 높였다. 마지막으로 소재로써는 100% 천연 왁스 소재를 활용하고 있다.

 3D시스템즈의 자회사인 세중정보기술 관계자는 3D프린팅과 주조·금형산업과의 관계에 대해 “3D프린팅 기술이 쥬얼리산업 등의 분야에서 시간적인 단축은 물론 퀄러티의 평준화를 이뤄냈다. 한편으로는 이러한 첨단기술이 점차 쥬얼리장인들의 작업을 대체하면서 일자리 축소를 우려하는 목소리도 나오는 것이 사실이다. 하지만 3D프린터의 경우도 다른 대부분의 기계와 마찬가지로 사람의 손이 필요한 부분들이 상당부분 존재한다. 예컨대, 3D프린팅 이후 이어지는 후가공, 후처리 과정에 있어 장비에서는 처리할 수 없는 요소들이 있기 마련이며, 이에 대해서는 반드시 숙련된 이의 기술과 예술적 테크닉을 필요로 한다. 얼마나 후가공을 잘하느냐에 따라 전체 결과물의 완성도가 크게 차이나기 때문에 실로 무척 중요한 과정이라고 할 수 있다”고 말했다.

 이 관계자는 “3D프린팅이 모든 제조분야에서 일괄적으로 적용될 수 있는 기술인 것도 아니다. 디자인이 비교적 단순하며 같은 형상을 다수 생산하고자 하는 경우 CNC 기계를 이용해서 금형을 만들고 사출 혹은 압출 성형을 통해 물건을 대량으로 찍어내는 방식이 보다 효율적이라고 할 수 있다. 이러한 측면에서 볼 때 3D프린팅과 기존 제조공정은 각 방식들이 타겟으로 하는 분야가 분명 나뉘어 있다고 볼 수 있다. 따라서 서로가 보유하고 있는 고유의 장점들을 잘 살려 서로 상호보완 한다면 앞으로 제조분야에서 더 큰 생산성과 효율성을 달성하며 상승 시너지효과를 창출할 수 있을 것이라고 기대된다”고 덧붙였다.