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하버드대학에서 개발한 MM3D:멀티소재 멀티노즐 3D프린팅
2020-01-27 15:41:22

<이미지: 하버드 Wyss Institute 웹페이지>


멀티소재 멀티노즐 3D 프린팅(MM3D, Multimaterial Multinozzle 3D Printing)은 하버드대학의 Wyss Institute 연구원과 SEAS(School of Engineering and Applied Institute)의 연구원이 만든 새로운 기술입니다. 고속 압력 밸브 시스템을 사용하여 최대 8개의 서로 다른 출력 소재를 초당 50회까지 빠르고, 연속적이며, 매끄럽게 전환할 수 있습니다. 이는 벌새가 날개짓하는 속도와 비슷하며 사람 눈으로 따라갈 수 없는 빠른 속도입니다.

 

<이미지: 하버드 Wyss Institute 웹페이지>

 

MM3D 프린팅의 빠른 잉크 교환의 핵심은 여러 잉크 채널이 단일 출력 노즐 내부의 구조는 Y자형태로 되어있습니다. 노즐 모양, 출력 압력, 잉크 점도가 모두 정밀하게 계산되고 조정되어 출력 공정 중 역류 및 잉크 혼합이 방지되므로 3D 복합 재료 부품의 정밀한 출력이 가능합니다.

 

동영상입니다.

 

Wyss Institute와 SEAS의 공동 저자인 Jochen Mueller는 "MM3D 방식의 출력은 물체를 매우 빨리 출력할 수 있기 때문에 에폭시, 실리콘, 폴리우레탄, 바이오링크 등 시간이 지남에 따라 특성이 변하는 반응성 물질을 사용할 수 있습니다. 또한 재료를 이질적인 특성을 쉽게 통합하여 딱딱하고 유연한 요소를 갖춘 구조나 소프트 로봇을 만들 수도 있습니다." 라고 말했습니다.

 

 

<이미지: 하버드 Wyss Institute 웹페이지>

 

MM3D 인쇄에는 다음과 같은 여러 가지 잠재적인 응용 프로그램이 있습니다.
신속한 시제품 제작과 반복이 가능
확장 가능하고 대량 병렬 3D 프린팅이 가능
대규모의 빠른 바이오 제작이 가능
3D 프린터로 제작한 소프트 로보틱스와 경량 복합 재료 분야.
3D 프린터로 제작한 전자 장치 및 센서 분야.
Wyss Institute는 이 기술의 상업화 노력에 도움을 줄 산업 및 연구 파트너를 찾고 있다고 합니다.

Nature 에도 소개가 되었습니다.

 

<이미지: 하버드 Wyss Institute 웹페이지>

 

 

 

 

<3DGURU Opinion>

멀티소재를 출력하는 3D프린터의 기능은 몇 년전부터 활발하게 다양한 회사들이 시도하고 제품을 내놓고 있습니다.

산업용으로는 스트라타시스가 디지털 머티리얼이라는 이름은 다양한 소재를 한번에 출력할 수 있는 기능을 이미 소개한 바 있고, 작년에 출시한 J850(폴리젯방식)에서는 7가지 소재를 동시에 사용할 수 있다고 있습니다. 

이 외에도 데스크탑 FDM 방식에서도 여러 회사들이 제품을 내놓고 있는데, 그 중에 오리지널 프루사의 MMU2S(Multi Material Upgrade 2S) 키트를 판매하고 있습니다. 5가지 필라멘트를 입력받아서 싱글노즐로 원하는 색상을 뽑아내는 형태입니다.

 

 

오리지널 푸르사의 제품은 푸르사 제품에만 사용할 수 있게 나왔지만, Mosaic사의 Palette2 제품다양한 3D프린터에서 사용할 수 있게 제작되었습니다. 

 

듀얼 노즐의 3D프린터들도 어렵지 않게 찾아 볼 수 있습니다. 듀얼 노즐의 경우는 2가지 색깔의 출력물을 출력하기 보다는, 물에녹는 서포트와 출력물 이렇게 2가지로 사용되는 경우가 대부분이지만, 멀티 소재 를 사용할 수 있는 3D프린터들은 그 용도가 말 그대로 다양한 색상을 출력하려는 것입니다. 마치, 예전에 흑백 종이 프린터를 사용하다가 컬러 종이 프린터를 사용하는 것 처럼 말입니다. 

 

이번에 소개해드린, 하버드대에서 개발한 이 제품은 FFF방식의 제품이며, 위에서 소개해드린 데스크탑 FFF 3D프린터들과는 한차원 다른 듯한 느낌이죠.

내부구조가 Y자형태의 노즐에 고온 압출밸브를 사용하여 초당 50번이상 소재를 교체할 수 있다는 건 놀랍네요. 거기다가 2차원배열처럼 여러개의 노즐들로 한번에 같은 제품을 여러개를 출력할 수 있는 것도 크기가 작은 제품을 많이 제작할때는 유용해 보입니다. 하지만, 걱정되는 면도 있습니다. 출력 성공률입니다. 예를 들어, 64개(8x8)를 한번에 출력하면, 몇 개나 원하는 품질로 출력물이 나올까요? 모두 다 나왔으면 좋겠지만, 현실적으로 그렇지 못할 것입니다. 출력실패되는 것들이 주변에도 영향을 줄 것입니다. 

<이미지: 유투브 동영상에서 갈무리>

 

개선을 하고 있다고 하니, 좀 더 완성도 있는 제품이 나오고, 투자자가 생기면 상용화까지도 갈 수 있겠죠.

인체 장기를 출력하기 위해 다중 소재를 사용해야하는 바이오 3D프린팅 분야나, 소프트로보트 제작에도 괜찮을 것 같네요.

 

참고) 하버드 대학 WYSS InstituteWYSS Institute 기사,  Nature

 

이상입니다. -3D그루-

 

 

 

  

 

 

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