보호구 부품은 직접 출력했는데, 금속 3D프린팅 금형은 왜 필요했나
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3D프린터로 만든 보호구 부품을 더 생산하려면 프린터로 부품을 계속 찍어야 할까. 프라운호퍼 IAPT의 사례에서는 3D프린터가 다음 단계에서 사출금형을 만드는 역할을 맡았다. 얼굴 보호대 고정부와 호흡 보조용 어댑터를 직접 출력한 뒤, 각각 반복 생산을 위한 금형을 제작했다.
AI 개념 이미지: 직접 출력한 보호구 부품과 냉각 채널을 갖춘 금속 3D프린팅 사출금형의 관계를 보여준다. 실제 설비나 제품의 사진은 아니다.
얼굴 보호대 고정부에서 생산이 막혔다
연구진은 단기 수요에 대응하기 위해 선택적 레이저 소결(SLS)과 용융 적층(FDM)으로 얼굴 보호대를 만들었다. 재료를 쌓아 필요한 형상을 직접 만드는 3D프린팅 방식이다. 그런데 주로 프린터로 제작하는 고정부가 얼굴 보호대 생산의 제약 요인이 됐다.
프라운호퍼 IAPT 자료는 연속적인 사출성형이 병원·요양시설·의료진에 대한 장기 공급에 도움이 된다고 설명한다. 사출성형은 녹인 재료를 금형에 넣어 같은 형상의 제품을 반복해서 만드는 공정이다. 이 전환에 필요한 것은 부품 형상을 담은 금형이었다.
AlSi10Mg 금형의 냉각 채널은 무엇을 바꿨나
연구진은 ‘Vechta vs. Corona’ 네트워크와 atka Kunststoffverarbeitung GmbH와 협력해 실제 사용할 수 있는 금형 인서트를 개발했다. 금형에서 제품 형상을 만드는 이 부분을 알루미늄 합금 AlSi10Mg로 제작했다. 금속 분말을 한 층씩 깔아 레이저로 녹이는 레이저 빔 용융 공정을 이용했다.
그 안에는 제품 윤곽을 따라가는 냉각 채널이 들어갔다. 프라운호퍼 IAPT는 이 적층제조 금형이 기존 방식으로 제작한 사출금형과 비교해 성형 주기를 약 20% 줄일 수 있다고 보고했다. 성형 주기는 한 번의 생산이 반복되는 데 걸리는 시간이다. 주기가 짧아지면 같은 시간에 생산할 수 있는 수량도 늘어난다는 것이 자료의 설명이다.
호흡 보조용 어댑터는 어떻게 사출품이 됐나
다른 사례에서는 시판 스노클 마스크를 새 어댑터로 개조했다. 프라운호퍼 IAPT는 CompriseTec GmbH, 함부르크 연방군병원과 함께 개인 보호와 환기 목적의 마스크를 개발했다. 먼저 Easybreath DualAdapter 300개를 SLS로 출력해 마드리드 병원에 기증했다.
이후 연구진은 사출금형을 새로 설계해 공구강으로 출력했다. 금형 형상을 최적화하고 제품 윤곽을 따라 냉각하도록 설계해 성형 주기와 금형의 적층제조 비용을 줄였다고 설명한다. 자료가 제시한 최종 제품은 폴리프로필렌(PP)을 사출한 의료용 품질의 Easybreath DualAdapter다.
아이컨택은 두 사례에서 부품 자체보다 금형을 3D프린팅한 전환에 주목한다. 직접 출력한 부품이 생산을 제한한다면, 사출금형을 만들 수 있는지와 그 금형의 냉각 설계가 성형 주기에 어떤 차이를 내는지를 함께 판단할 만하다.
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