[캐파 스토리] 코로나19 마스크, 3D 프린터로 만들면 얼마나 걸릴까?

택배를 기다리는 순간 만큼이나 설렘과 고통이 교차하는 순간은 또 없을 겁니다. (출처 : 셔터스톡)

설렘과 고통은 양립 가능한 감정일까요? 전 가능하다고 믿습니다. 택배를 기다리는 마음을 떠올려보세요. 언제 받아볼 수 있을까 설렘으로 일렁이는 동시에 감질이 나는 기다림이 고통으로 다가오지 않나요.

 

‘배송 추적’은 그래서 매력적입니다. 내가 주문한 제품이 지금 어디쯤 도착해있을지를 상상하면 앞으로 얼마나 더 기다리면될지 가늠하게 되거든요. 배송 기간은 보통 제품에 따라 달라집니다. 퇴근길에 주문한 치킨, 인터넷으로 주문한 옷이 도착하는 시간에는 차이가 있죠. 배송추적이 생각보다 느리다면 제품에 따라 ‘지연 사유’를 꽤 쉽게 상상할 수도 있습니다. 치킨 주문이 밀렸다거나, 다른 지점에서 주문한 옷의 재고를 옮겨와야 된다거나 하는 것처럼 말이죠.

 

배송에 앞서, 제품을 만드는 데에도 얼마나 걸리는지 상상이 안 된다면 어떨까요. 꽤 답답하지 않을까요. 3D 프린팅으로 제품 제작을 할 때 고민되는 부분 중 하나가 리드타임(lead time)입니다. 제품을 의뢰하고 내 손으로 택배를 받아보기까지 시간이 얼마나 걸릴까에 대한 고민이죠. 만약 손바닥 만한 사이즈의 피규어와 팔뚝 만한 화병을 만든다고 할 때 제작시간은 얼마나 차이가 날까요. 감이 잘 안 오시죠. 오늘 제조 길잡이는 ‘3D 프린팅 제작 시간’에 대해 알아보겠습니다.

 

레고 블록 4분, 코로나19 마스크는? 

‘3D프린팅연구조합’은 지난 3월 3D 프린터로 제작한 필터교체형 코로나 마스크를 인도에 기부했다고 밝혔다. (사진: 3D프린팅연구조합)

 

제품의 크기가 커질수록 출력 시간이 오래 걸리는 것은 어쩌면 당연합니다. 하지만 크기에 따라 시간 차이가 어느 정도나 날지 예측하기는 쉽지 않습니다. 구조나 복잡한 정도 등에 따라 차이는 있겠지만, 대략적인 크기에 따라 제작 시간이 궁금하시다면 잘 찾아오셨습니다. 

 

<예상 출력 시간(추정치)>

2cm×4cm 레고 블록 : 4분
휴대폰 케이스 : 20 분
작은 장난감 : 복잡성에 따라 1~5 시간
야구공 (채우기 15 %) : 2 시간
코로나19 마스크(플라스틱) : 2~3시간

 

위에서 살펴본 출력 시간은 대략적인 추정치입니다. 여러 부품이 결합된 제품이라면, 제조업자의 노하우나 기술력에 따라 제조 시간을 줄일 수도 있습니다. ‘스트라티(Strati)’의 사례를 볼까요. 

3D 프린팅으로 만든 전기 자동차 ‘스트라티’ (출처 : cool 3d Concepts)

 

스트라티는 미국의 자동차 회사인 ‘로컬 모터스(local motors)’가 만든 3D 프린팅 자동차입니다. 아직 본격적으로 상용화되지는 않았지만, 어느 정도 작동될 수 있는 수준이라고 하네요. 초기 스트라티는 3D 프린팅으로 출력하는 데에 140시간이 걸렸다고 합니다. 5.8일 정도가 꼬박 소요된 셈이죠.

하지만 로컬 모터스는 포기하지 않았습니다. 기술력과 공정을 꼼꼼히 점검했지요. 3개월 만에 제작시간을 45시간 수준까지 단축합니다. 이후에는 24시간 미만으로 줄였어요. 똑같은 자동차를 생산하는 데에 제조 시간이 6배 가까이 줄어든 겁니다.

 

이제는 3D 프린팅으로 건축물도 쌓아 올리는 시대가 되었습니다. 미국의 건설 회사인 ‘아이콘’은 2022년까지 3D 프린터를 이용해 미국 오스틴 지역에 100가구 규모의 마을을 설계하는 프로젝트를 추진 중인 상황입니다. 3D 프린팅이 건설한 마을이라니 정말 놀랍지 않나요. 아이콘은 24시간 이내에 집을 인쇄할 수 있다고 공언하고 있습니다.

3D 프린팅으로 건축한 마을 가상도 (출처 : icon build)

 

물 ‘채우기’ 심리테스트와 3D 프린팅 출력시간

Question. 테이블 위에 빈 컵이 올려져있습니다. 컵에 물을 얼마나 채우시겠습니까?

① 100%
② 50~60%
③ 20%
④ 거의 안 채운다

 

고전적인 심리테스트입니다. 믿거나 말거나지만, 채우고 싶은 물의 양에 따라 현재 욕망의 크기를 말해준다고 하네요.

시간은 어떨까요? 컵에 물을 채우는 시간 말입니다. 주전자에서 물이 나오는 양과 속도가 일정하다면, 가득 채울수록 시간이 더욱 오래 걸리겠죠. 

 

3D 프린팅에서 가장 일반적으로 사용되는 방식은 FDM 방식도 마찬가지입니다. 제품의 속을 채울수록 시간이 오래 걸리게 됩니다. 물이 가득 채워진 컵 모형과 빈 찻잔 모형을 만든다고 가정해보겠습니다. 물이 가득 채워진 컵 모형은 컵 안에 채워지는 필라멘트 양이 많다는 걸 의미하기도 합니다. 빈 찻잔과 가득찬 컵을 동시에 FDM으로 생산하기 시작했다면 당연히 빈 찻잔이 먼저 완성될 겁니다.

 

이처럼 제품의 속을 얼마나 채우느냐는 제작 시간에 영향을 주는 중요한 요소입니다. 채우기 밀도가 높을수록 출력 시간이 훨씬 길어지죠. 우리가 일반적으로 적용하는 채우기 밀도는 20%입니다. 

왼쪽부터 채우기 비율 20%, 50%, 75% (출처 : 3DHubs.com)

 

하지만 채우기 밀도를 무조건 낮추는 것이 정답은 아닙니다. 채우기 밀도를 낮추면 제품의 내구성이 떨어지기 마련입니다. 높은 강도가 필요한 제품이라면 시간과 강도 사이에서 적절한 균형을 유지하는 채우기 밀도를 선택해야 합니다.

채우기 패턴 또한 제작 시간에 영향을 줄 수 있습니다. 내구성이 고민된다면, 아래와 같은 강력한 채우기 패턴을 고려해보세요.

 

(왼쪽부터) 삼각형 채우기, 삼각형-육각형 채우기, 큐빅 채우기, 옥탯 채우기. (출처 : Ultimaker)

 

더 궁금한 내용이 있으신가요? 이 콘텐츠 작성자 앤디(andy@capa.ai)에게 메일을 보내주세요.

 

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