▪ 3D 보조기기 정보

1. 기기 개발 이유 및 사용 목적을 자세히 적어주세요.

프린터의 상용화가 진행되고 있는 현재에는 SLS,FDM의 방식의 프린터로 신발의 중창을 출력하여 사용함. 하지만 SLS의 프린터는 가격이 비싸서 많은 양의 중창을 출력하지 못 할 뿐아니라 사용되는 소재에도 한계가 존재함. 나이키, 아디다스등 기업들이 신발의 중창을 3D프린터로 출력하는 한편 서포터의 부재, 출력시간 증대와 같은 이유로 개수를 정해놓고(한정) 생산하기에 일반적으로 신발을 사기에 높은 가격이 따르게 됨. 따라서 SLS의 단점인 가격, 소재의 다양성을 보완하기 위해 FDM의 방식의 프린터를 제작하고 FDM의 방식인 한 노즐 한 재료 즉 재료의 다양성을 해결하고자 DUAL NOZZLE 3D 프린터를 제작하고자 함. 이렇게 되면 가격적인 측면과 소재의 다양성인 측면에서 이점을 취할 수 있고 어플리케이션으로 생산하고자하는 신발 중창의 퀄리티를 높일 수 있을 것이라 판단함.

2. 사용 방법을 자세히 적어주세요.

2.1 보조기기 사용방법

보조기기의 사용방법으로는 개개인의 인체구조에 맞게 설계가 가능한 프로그램인 netfabb을 이용하여 중창을 출력할 것임. 사용방법은 간단하다 출력된 중창을 통해 신발속에 넣어 사용함. 이 때 격자구조를 지닌 중창이 사람이 걷거나 뛸 때 발생하는 하중을 분산시켜줄 것임.  3D 스캐너를 이용하여 발을 스캔하여 개개인의 발에 맞춤형으로 제작이 가능함.

X자의 격자구조가 하중을 버티며 소성이 아닌 탄성으로 신발을 신고 있을 때 압축하중이 사라지면 다시 원상태로 복귀하는 구조임. 또한 내부채움을 변경하여 사람의 무게에 맞게 설정할 수 있음. 프린터의 최대 출력크기는 300mmx300mmx300mm로 약 280mm의 사이즈의 중창 충력가능함.

2.2 보조기기를 출력하기 위한 프린터 제작 방법 

기존 IDEX프린터 방식 

IDEX는 독립적 이중 압출 시스템임. 2개의 노즐이 X축 움직임만 독립된 자유도를 가지는 듀얼 노즐 프린터임. 기존의 싱글 헤드 타입 3D 프린터와 다른 구동 시스템이며, 싱글 헤드 타입 3D 프린터의 한계로 인한 문제를 해결할 수 있음. 독립적 이중 압출 시스템은 다중 재료 출력이 가능하여 주재료와 서포터 재질을 다르게 하여 기존 기계 가공으로 제작하기 어려운 복잡한 형상 출력이 가능하며 서포터의 분리가 쉬운 장점이 있음. 서포터를 고밀도로 설정하여 품질 향상을 기대할 수 있음. 

새로운 IDEX프린터 방식 (현 제품을 출력하기 위한 프린터 제작 진행)

노즐 1과 노즐 2에 각각 주재료와 서포터 재료를 사용하여 각 노즐의 간섭 없이 출력물을 출력할 수 있음. 같은 시간 내에 대칭성을 가지는 출력물 예를 들면 신발, 의수 등을 뽑는데 생산적인 시간 문제가 있을 것이라 판단함. 그래서 핫엔드 한 개에 2개의 필라멘트 사용이 가능한 핫엔드인 3DSWAY사의 XCR3D 2IN1-S1 Hotend를 이용할 것임. 이 핫엔드는 노즐은 하나이지만 제어 기능인 리트렉션을 통해서 재료 스위칭을 가능하게 할 수 있는 핫엔드임. 보완하고 주 어플리케이션인 신발의 깔창을 출력하는데 용이 할 것임. 

기존 프린터에 비해 제품 출력을 위해 제작하는 프린터의 차별성

- 기존 프린터의 장점을 바탕으로 새로 개발하려는 프린터의 이점을 추가할 것임.

- 기존 IDEX프린터와 달리 하나의 HOTEND에 2가지의 재료가 사용 가능하도록 제작할 예정. 

- 필라멘트1은 서포터 재질을 가진 수용성 필라멘트인 PVA, 필라멘트2는 신발깔창의 재료가 될 TPU와 같은 연질의 재료임.

- 프린터의 구현을 통해 출력물을 출력하는 데 걸리는 시간 단축뿐 아니라 대칭, 복사가 가능한 출력물을 생산이 가능한 프린터가 제작하는 것임.

출력조건

IDEX 구조를 가진 프린터가 완성되면 제작한 프린터의 구조적 결함을 파악하기 위해 출력물을 생산할 것임. 속도, 재료, 온도를 세부적으로 분할하여 프린터 구동에 가장 적합한 적용조건을 파악할 것임. 속도는 60mm/s~210mm/s까지 설정할 것임. 속도는 30mm/s씩 증가시킬 것임. 재료는 TPU, LASTIC, EVA와 PVA를 이용하여 수용성 서포터와의 호환성 파악 후 사용 재료로 선정할 것임. 또한 PVA는 200℃로 출력온도를 고정하고 연질 재료의 온도를 10℃씩 증가 시켜 적정 값을 찾을 것. 연질 재료의 경우 리트랙션 속도를 조절하여 적정 값을 찾을 것. 출력한 신발은 직접 하중을 가해 가장 잘 견디는 재료로 신발의 중창을 출력할 것임. 평가 방식으로는 다른 재질로 출력한 중창에 같은 사람이 올라갔을 때 신발중창이 압축되는 형상을 파악하고 바닥으로부터의 높이를 측정하여 가장 높은 재질을 선택하여 출력 할 것임.

3. 기타사항(사용경험, 적용사례, 발전방안 등)

적용사례로는 신발제조기업에서 3D프린터를 이용한 신발의 깔창을 제작하고 있음.

발전방안으로는 2가지의 재료를 자유자재로 사용할 수 있는 프린터 제작 또는 개발이 필요하다 판단. 또한 비슷한 물성을 가지는 필라멘트를 이용하여 다양하고 많은 소재의 중창출력 가능함. 물에 녹는 재질의 pva와 tpu를 혼합하여 pva는 서포터, tpu는 주재료로 사용하여 출력 하면 더욱 좋은 퀄리티의 중창 생산가능.