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의수 제작 사례

의수 제작 사례

활용기업

Point Designs

분야

의료

목적/방식

금속
3D프린팅으로 의수 제작 프로세스 혁신

포인트디자인(Point Design)은 의수 디자인 분야의 혁신가로 적층 제조(AM), 기계 설계, 임상 관리 등의 조합을 통해 강력한 솔루션을 제공한다. 콜로라도 대학의 바이오메카트로닉스 개발 연구소의 연구원들에 의해 설립된 포인트 디자인은 자사 제품에 대한 수요가 많아져 제조 지원이 필요했다. 해당 기업은 3D 시스템즈를 생산 파트너로 선정해 공급 문제를 해결하고 제품 개발 프로세스를 앞당겼다. 3D 시스템즈 전문가들과의 긴밀한 협업을 통해 6개월 만에 철강에서 티타늄으로 전환하여 워크플로우 효율성과 노하우를 얻었다.

“3D 시스템과 함께 작업한 이후 우리는 사내에서 설계 프로세스를 정립했다. 3D 시스템즈는 대용량 3D 프린팅을 위한 설계 최적화, 후처리 방법 개선, 각 빌드 플레이트에서 고정밀 부품의 수율 증대에 대한 새로운 시각과 지식을 가져왔다.”

Levin Sliker, 공동 창업자 & CEO, 포인트 디자인
도전 과제

의수 부품 생산 규모 확대
포인트 디자인은 처음부터 3D 프린팅을 염두에 두고 솔루션을 개발했다. 이 솔루션이 인기를 끌면서 3D 시스템즈의 의료기기 제조 실적, 고품질, 반복 가능한 티타늄 프린팅 전문성, AM 기술 및 공정 설계에 대한 노하우를 갖춘 3D 시스템즈의 지원이 필요했다. 이 회사들은 함께 티타늄을 채택하여 제품 출시 시기를 앞당기고 기능, 미학, 최적화된 제품 구성 요소를 달성했다.

솔루션

01. 적층 제조 설계를 위한 협업
포인트 디자인이 포인트 디지트 솔루션을 설계할 때 유기적 형태와 조립품을 현장에서 만들어 적층 제조(DfAM)에 사용할 수 있는 장점을 활용했다. 이러한 유형의 기능은 AM에 의해 독특하게 활성화되며 많은 사람들이 이 기술을 사용해야 하는 설득력 있는 이유로서, 부품이 의도된 기능, 무게 감소 및 조립을 위해 특별히 설계될 수 있도록 한다. 그러나 3D 인쇄의 성공은 어려울 수 있으며, 특히 최종 제품이 엄격한 허용 오차를 요구하는 세부 메커니즘을 수반하는 경우에는 더욱 그러하다. Levin Sliker Point Designs의 CEO에 따르면, 3D Systems와 함께 일하면서 그의 팀은 인쇄 과정에 최적화되도록 디자인을 개선할 수 있었다고 한다.

포인트 디자인에서 사용하는 AM 사용의 주요 특징 중 하나는 라이브 힌지인데, 이 힌지는 현장에서 조립체로 인쇄되어 보다 자연스러운 움직임을 위해 회전이 가능하다. 슬리커는 힌지 부품이 작을 뿐만 아니라 내부 부품이기 때문에 이 조립품을 제자리에 인쇄할 수 있는 능력은 믿을 수 없는 장점이라고 말한다. “그것들을 다른 방법으로 조립하는 것은 불가능하지는 않더라도 어려울 것입니다,”라고 Slikker는 말한다. “시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라 정말 아주 작은 부분들도 추적해야 할 겁니다.

3D 시스템즈와 포인트 디자인은 하류 공정을 고려하면서 한 번의 제작으로 훨씬 더 많은 부품을 인쇄할 수 있는 새로운 인쇄 전략을 고안하기 위해 협력했다.

02. 양산을 위한 최적화된 프린팅 전략 컨설팅
Decathlon은 기능성 안경 부품에 Figure 4® PRO-BLK 10 소재를 사용하면서 이 소재의 주요 이점으로 높은 강성과 빠른 제품 출시를 위한 짧은 일정에도 불구하고, 포인트 디자인과 3D 시스템즈는 작업을 시작할 때 설계와 관련된 몇 가지 난제를 극복해야 했다. 포인트 디자인은 최종 부품의 엄격한 공차를 수용하기 위해 기존 빌드 배치 방향을 선택했다.

그러나, 이러한 방향은 규모의 생산에 최적화되지 않았다. 3D 시스템즈와 포인트 디자인은 하류 공정을 고려하면서 실질적으로 더 많은 부품을 단일 제작으로 인쇄할 수 있는 새로운 인쇄 전략을 고안하기 위해 협력했다. 중요한 표면의 서포트가 제거된 흔적을 피하기 위해, 두 회사는 제거하기 쉬운 서포트 세팅과 그 표면에 원하는 마감을 제공하기 위한 후처리 기법을 개발하기 위해 협력했다.

03. 프리미엄 티타늄 소재로 전환
Figure 4는 투영 기반 적층 제조 기술로서 비접촉 박막을 사용해 높은 정확도와 세밀한 충실도를 구현하는 동시에 빠른 Point Designs가 제조 파트너를 검색할 때 주된 관심사는 용량이었다. 3D 시스템즈를 선택함으로써, Sliker는 보너스로 티타늄을 얻었다고 말한다. 그러나 포인트 디자인만이 혜택을 주는 것은 아니다. 제프 소엘버그는 포인트 디지트 솔루션의 최종 사용자로 스틸과 티타늄 버전을 모두 착용했다. 신소재를 활용하여 무게를 30% 감소시키며 그 차이가 즉각 눈에 띄었다. 소엘버그는 강철 장치를 착용할 때 “티타늄으로의 전환이 훨씬 더 가볍고 훨씬 자연스러운 느낌”이라고 말했다.

포인트 디자인 의수의 사용자인 제프 소엘버그는 티타늄으로의 전환은 “너무 가볍고 훨씬 자연스럽다”고 말했다.”

이러한 기기의 재료와 디자인은 체중 감소를 넘어, 강도, 내구성, 손쉬운 세척을 제공하기 때문에 최종 사용자들로부터 많은 긍정적인 피드백을 받았다. 받는 사람들은 그들이 그들의 일반 손가락을 가져갈 수 있는 어떤 환경에도 그들을 데려갈 수 있다. 소엘버그는 연습을 통해 사고 전 자신이 추구했던 95%의 활동을 다시 하게 됐다고 말했다.

재료 전환에서 3D 시스템즈는 포인트 디자인이 티타늄 출력에 대한 노하우를 탐색하는 데 도움을 주었으며, 향후 프로젝트에 적용할 노하우를 공유했다. 그 중 가장 중요한 것은 티타늄의 수축 방지를 위한 설계 노하우였다. Sliker는 “3D Systems 팀과 협력하여 기존 제품 및 미래 제품에 대한 설계 프로세스를 확실히 개선하여 다음 제품이 구현하기 쉽고 대량 생산을 신속하게 달성할 수 있도록 했다”고 말했다.

티타늄 포인트 디지트 2.0 솔루션은 3D 시스템즈의 DMP(Direct Metal Printing) 기술과 LaserForm Ti Gr23(A) 소재를 사용해 프린팅한 제품으로 동급 최강의 산소 수준(<25ppm)과 불활성 인쇄 대기를 특징으로 화학적 순도와 반복성이 높은 예외적으로 강하고 정확한 부품을 보장한다. 부품당 동일한 디지털 데이터 패키지를 사용함으로써 3D 시스템 머신은 글로벌 오프셋이 없는 모든 DMP 머신에서 동일한 결과를 제공함으로써 생산의 확장성을 가능하게 한다.

포인트 디자인이 3D 시스템으로부터 인쇄된 부품을 받으면, 기성품과 맞춤 구성품을 조합하여 포인트 디자인 팀이 조립한다.

04 조립체 감소

포인트디자인과 3D 시스템즈는 각각 3D 프린팅된 여러 구성 요소로 구성되어 있으며, 총 17개의 SKU와 107개의 고유한 구성 요소에 대해 다양한 크기로 제공되는 4개의 제품에 대해 협업하고 있다. 점 설계가 3D 시스템으로부터 인쇄된 부품을 받으면, 기성품과 맞춤 구성품을 조합하여 점 설계 팀이 조립한다. 조립 후, 포인트 디자인은 각각의 받는 사람을 위한 맞춤형 보철소켓을 만드는 한 보철사에게 제품을 전달한다.

Sliker는 “3D Systems의 Application Innovation Group이 자체 기술을 이용해 인쇄를 통해 우리를 지원할 수 있다는 사실이 우리에게 정말로 가능했다”고 말한다. “3D Systems가 자사 기계의 기능에 익숙하다는 사실은 업계에서 독보적인 것으로 입증되었으며 이러한 파트너십이 번창할 수 있도록 해 주었다.”

공급 문제 해결 측면에서 3D시스템과 협업한 이후 신뢰할 수 있는 생산 능력을 구축했고, 이후 어떤 역주문 제품도 경험하지 못한 의미 있고 환영받는 성과라고 포인트디자인의 Griffin Drye는 말한다. 이것 포인트디자인과 3D 시스템즈 간의 밀접하고 개방적인 커뮤니케이션을 통해 각 시스템이 상대방의 정확한 예측 및 계획 일정을 파악할 수 있도록 하였다.

결과
  • 30%무게감소
  • 사용자 경험 향상
  • 제품 출시 프로세스 간소화
  • 전문적인 DfAM 노하우 습득

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