Home / highlight / 본격 완제품 양산용 3D 프린터 – HP Jet Fusion 3D 4200 Printer
3D SYSTEMS eBook 다운로드 하기

본격 완제품 양산용 3D 프린터 – HP Jet Fusion 3D 4200 Printer

후발 주자는 때때로 불리함을 감수해야만 한다. 하지만 3D 프린팅 장비 분야에 다소 늦게 진입한 HP는 2D 프린터에서 최고를 자랑하던 ‘프린터 헤드’ 기술 역량을 3D 프린팅에 연결시키는 창조성을 발휘해 이 핸디캡을 이겨냈다.

HP Jet Fusion 3D 4200 Printer, HP Jet Fusion 3D 4200 processing station with fast cooling
HP Jet Fusion 3D 4200 Printer, HP Jet Fusion 3D 4200 processing station with fast cooling

2D 프린터에서 세계 최고의 기업이었던 HP는 3D 프린팅 시장에서는 후발 주자다. 그럼에도 불구하고 3D 프린팅 시장 진입에 있어 그들이 선택한 전략은 Production(양산)이었다. HP가 2016년에 최초로 출시한 장비 역시 소량 양산형 장비인 HP Jet Fusion 3D 4200이다.

초고속 멀티젯 퓨전 방식
HP는 멀티젯 퓨전(MJF, Multi Jet Fusion) 방식을 사용한다. 이 방식은 HP가 개발한 적층 조형 방식으로 파우더를 사용하는 부분에서는 SLS 방식과 유사하다고 볼 수 있지만 조형 방식과 결과물의 특징은 매우 다르고, 바인더를 사용한다는 측면에서는 주로 금속 조형 분야에서 많이 사용되는 바인더젯 방식과 유사하다고 볼 수 있다. 서포트가 필요 없는 방식이다.

1907_15

조형 방식은 우선 리코터가 파우더 소재를 깔아준 다음, 헤드가 두 번 왕복하면서 에이전트 뿌리고 할로겐램프로 열을 가해준다. 이때 두 가지 에이전트를 도포하는데 우선 검은색은 퓨징 에이전트로 열을 받아들여 증폭시켜주는 역할을 한다. 내부 챔버의 온도는 165℃인데 퓨징 에이전트가 도포된 부분은 192℃까지 온도가 올라가 소재를 녹이는 촉매 역할을 한다. 이 에이전트는 수용성으로 되어 있어 조형과 동시에 증발해 버린다. 반면 디테일링 에이전트는 온도가 더 이상 올라가지 않도록 막아 주는 역할을 하는 무색의 에이전트다.

이러한 방식으로 조형이 되다 보니 파트의 수나 크기와 상관없이 출력 속도가 동일해 소량 양산에 적합하다. 시간당 4cm(4115㎤/hr)의 엄청나게 빠른 조형 속도를 나타낸다. 출력 속도가 빠른 만큼 아래 레이어의 재료가 채 굳기 전에 레이어가 추가되기 때문에 파트가 등방성 강도를 가지게 된다. 이와 유사한 또 하나의 장점은 내부 밀도가 높아지는 것인데 IP67의 보호 등급을 갖는다. 이런 수밀성 및 기밀성 때문에 HVAC 제품이나 공압을 이용하는 파트 제작에 강점을 가지고 있다.

강력한 포스트 프로세스와 생산성
기존 SLS 방식 프린터는 파트의 물성은 완제품으로 사용할 수 있는 수준으로 구현이 가능한 좋은 방식이지만 조형 시간과 냉각 시간이 거의 같다 보니 냉각하는 시간 동안 장비를 사용할 수 없어 장비 가동률이 낮을 수밖에 없었다. 반면 HP Jet Fusion 장비는 프린터와 빌드 유닛, 프로세싱 스테이션이 세트로 구성되어 있는데 빌드 유닛을 탈착할 수 있어, 조형이 완료된 후 냉각하는 시간 동안 다른 유닛을 장착해 프린팅할 수 있다.

HP Jet Fusion 4200은 프린터와 빌드 유닛, 프로세싱 스테이션이 세트로 구성되어 있는데 빌드 유닛을 탈착할 수 있어, 조형이 완료된 후 냉각하는 시간 동안 다른 유닛을 장착해 프린팅할 수 있다.
HP Jet Fusion 4200은 프린터와 빌드 유닛, 프로세싱 스테이션이 세트로 구성되어 있는데 빌드 유닛을 탈착할 수 있어, 조형이 완료된 후 냉각하는 시간 동안 다른 유닛을 장착해 프린팅할 수 있다.

포스트 프로세스를 진행하는 프로세싱 스테이션에서는 조형물의 냉각과 파우더를 제거하는 작업을 진행한다. 냉각의 경우 하나의 빌드 유닛을 꽉 채워 조형한 경우 상온에서 냉각하는 데는 40여 시간이 소요된다. HP Jet Fusion 3D 4200의 프로세싱 스테이션이 제공하는 Fast cooling 기능을 사용하면 10시간 안에 냉각이 가능하다. 파우더를 빨아들여 제거하는 언패킹 작업도 프로세싱 스테이션에서 이루어지는데, 파우더가 완벽하게 제거되지는 않기 때문에 글라스 비드 블라스트 작업과 같은 후처리 작업이 필요하다.

나일론(PA) 계열의 파우더 소재를 사용하는 데 새 재료와 재사용 재료를 혼합하여 빌드유닛에 채워주는 일련의 공정들이 자동으로 이루어지며, 이 과정 중 분진이 발생하지 않아 환경친화적이다. PA12 소재는 80%, PA11 소재는 70%의 높은 재료 재사용률을 가지고 있다.

브리즘닷컴 – 맞춤 안경 사례
국내에서 맞춤형 안경을 생산하는 브리즘닷컴은 HP Jet Fusion 3D 4200을 이용하여 한 빌드 유닛에서 200여 개의 서로 다른 디자인의 안경을 생산하고 있다. 기존의 금형 방식은 한가지 디자인에 한가지 컬러만 가능한 데다가 300~500장 정도의 최소 생산량이 필요했다. 그러나, 3D 프린팅을 사용하면서 이러한 한계가 없어지고, 종전의 방법으로는 3개월 걸리던 납기 또한 2주로 줄일 수 있었다. 이 회사 성우석 대표는 “새로운 제조 방식을 적용하면서 우리는 고객에게 컬러, 디자인, 사이즈에 대한 선택권을 드릴 수 있었다. 더욱이 이렇게 선택된 안경은 고객의 얼굴에 딱 맞춰지기 때문에 편안함까지 드릴 수 있다.”라고 말했다.

breezm1

브리즘닷컴에서 HP Jet Fusion 4200으로 맞춤형 안경을 제작하는 모습. 한 빌드 유닛에서 200여 개의 서로 다른 디자인의 안경을 생산한다.
브리즘닷컴에서 HP Jet Fusion 4200으로 맞춤형 안경을 제작하는 모습. 한 빌드 유닛에서 200여 개의 서로 다른 디자인의 안경을 생산한다.

BOWMAN – 베어링 실(Seal) 사례
유럽의 베어링 생산 업체인 BOWMAN은 PA11 재질을 이용하여 베어링 케이지와 실을 양산하고 있다. 기존 제작 방법 대비 생산기간 10~12주에서 1주로 단축되었다. HP Jet Fusion으로 제작한 실(seal)은 탄력 있는 재료의 사용으로 조립이 용이해졌고 내구성이 400%, 내 하중도 대폭 상승하였으며 스파크가 발생하지 않았다.

bow1

1907_17

PIUSI – 연료 노즐 사례
농업용 특수 차량이나 승용차에 사용되는 연료 펌프와 필터, 노즐 등을 생산하는 이탈리아 업체다. 이 회사는 소량 양산을 위해 3D 프린팅을 검토하던 중 우수한 내화학성과 재료 강성으로 MJF를 선택했다.
빌드 유닛 1개 기준으로 일평균 88개의 부품을 HP Jet Fusion으로 생산하고 있다.

1907_16

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.