3D프린터, 제조 도구로서의 가능성을 입증하다: “노련한 기술자의 역발상”

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샌디아 국립 연구소에서 3D프린터로 제작된 망원경을 선보임과 동시에 3D프린팅 기술이 새로운 제조, 디자인 도구로서 활용 가능함을 입증했습니다.

3D프린터로 제작된 망원경을 선보이는 기계 기술자 테드 윈로우(Ted Winrow) 씨

디아 국립 연구소(Sandia National Laboratories)는 미국 뉴멕시코주에 위치해 있으며 미국 안보 관련 문제들을 과학 기술로 풀어내기 위해 연구를 하는 곳입니다.

이곳 샌디아 국립 연구소에서 3D 프린팅 기술이 새로운 디자인 도구로서 활용 가능한지를 확인하기 위해 3D 프린터로 망원경 제작을 시도하였다고 하는데요. 망원경과 같은 정교한 제품을 3D 프린터로 완성하기 위해선 대부분의 경우 최대한 정교한 부품을 출력하고자 노력할 것입니다.

하지만 이 프로젝트의 책임을 맡은 테드 윈로우 씨는 발상을 전환하여 “높은 정밀도를 갖고 있는 것을 출력하기 위해 노력하는 것이 아니라 보통의 정밀도를 갖고 있는 부품들을 빠르게 인쇄하고 정교하게 조립할 수 있는 방안“에 대해 고심함으로써 망원경 제작에 빠르게 성공하고 여러 문제들을 해결할 수 있었다고 합니다.

아직까지 망원경이 요구하는 수준의 정밀함을 출력하기 어려운 3D 프린팅 기술의 단점에 집중한 것이 아닌 빠르고 다양하게 출력할 수 있는 3D 프린팅 기술의 장점에 초점을 맞춘 것입니다. 한 마디로, 덜 정교하게 출력된 출력물들을 어떻게 하면 정교한 완성품으로 조립, 결합할 수 있을지에 대해 고민한 것입니다.

헛다리 짚은 것처럼 들릴지 몰라도 역발상을 해봐야겠다는 생각이 들었습니다.

그렇다면, 다소 정밀도가 떨어지는 부품을 정교하게 사용할 수 있도록 조립하는 방안에 대한 구체적인 예를 하나 말씀드리겠습니다. 일반적인 카메라의 경우 내부에 렌즈용 선반(Ledge)을 갖고 있습니다. 이 선반은 렌즈의 받침대로서의 역할을 하기 때문에 매우 중요하고 정밀해야 합니다. 윈로우 씨의 망원경에도 망원경용 렌즈가 사용되었으며 이 역시 본래대로라면 선반이 필요합니다. 하지만 윈로우 씨는 정교해야 하는 선반 대신에 선반이 없는 직선형 원 틀(A Straight Cylinder)을 만들고 그 내부에 부정확한 만큼을 보완하기 위해 에폭시를 채우는 정밀한 작업을 통해 선반 없이 렌즈를 적확하게 고정할 수 있었습니다.

그들이 3D 프린터를 이용해 제작한 망원경은 기존의 공법으로 제작되던 망원경보다 1/5배 더 저렴하고, 1/3배 빠르게 제작되었으며 가벼운 소재를 활용하였기 때문에 보다 가볍습니다.

 


 

▶ 정확하게 출력하는 것 VS 정밀하게 조립하는 것

어떤 정밀한 제품을 만드는 것에는 두 가지 방법이 있습니다. 하나하나의 부품을 허용오차를 최소화하며 정확하게 출력하는 방법과 다소 거칠고 허술하게 출력된 부품들을 정밀하게 조립하여 치수 부족을 보완하는 방법이 그것입니다.

현재 보편적으로 사용되고 있는 기계를 활용한 공법은 원하는 치수를 정확하게 충족시키며 제작할 수 있습니다. 그러한 공법보다 정교함이 떨어지는 3D 프린팅 공법은 대신에 일반적인 공법으로는 매우 많은 비용을 투자해야 만들 수 있는 복잡하고 난해한 디자인을 보다 손쉽게 완성할 수 있습니다. 윈로우 씨는 이 3D 프린팅 공법의 맹점을 인지하고 장점을 극대화하는 공법을 제안하고 있는 것입니다.

윈로우 씨의 연구팀은 망원경의 렌즈 설계 자체에도 비슷한 아이디어를 적용하였는데, 매우 적은 오차를 갖는 정밀한 렌즈를 제작한 것이 아닌 일반적인 수준의 렌즈를 설치한 뒤 이미지의 특성을 유지하도록 돕는 소프트웨어를 적용하여 단점을 보완하였습니다.

결과적으로 윈로우 씨와 그의 연구진은 이 연구의 목적이었던,
기존의 망원경과 비교했을 때 동일한 품질이면서 제작하는 데
소요되는 비용은 더 적고 제작하는 데 더 적은 시간이 소요되는
망원경을 발명하는 데 성공할 수 있었습니다.

 

만약 당신이 일정 부분을 포기하고 다른 방법으로 보완할 수 있다는 것을 인지하는 순간, 디자인의 한계는 그만큼 사라지게 될 것입니다.

보다 자세한 내용은 샌디아 국립 연구소의 홈페이지에서 확인하실 수 있습니다.

 

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