팬데믹이 3D 인쇄로의 전환을 가속화하고 있습니다

몇 주 사이에 COVID-19 대유행은 전 세계의 삶을 뒤흔들었고 그 영향은 날이 갈수록 더 심각해졌습니다. 바이러스의 확산을 억제하기 위해 전체 경제가 멈춰 서기 때문에 혼란의 신속성과 보급은 현대 역사에서 유례가 없습니다. 사회는 파괴적 혁신에 빠르게 적응해야 했으며, 많은 경우 자체적으로 파괴적인 잠재력으로 오랫동안 찬사를 받아온 기술로 눈을 돌렸습니다.

공급망에서 3D 프린팅이라고도 하는 적층 제조가 마침내 그 순간을 맞이하고 있습니다.

산업 전반에 걸쳐 공장이 폐쇄되거나 생산이 제한되면서 공급망이 큰 타격을 받았습니다. 그러나 마스크와 장갑과 같은 보호 장비와 인공 호흡기와 같은 중요한 인명 구조 장비에 대한 수요가 급증함에 따라 의료 공급망보다 더 큰 압박을 받은 것은 없습니다. 수용력과 공급이 한계에 도달하여 병원은 곧 압도될 것입니다. 이 전례 없는 도전에 직면하여 적층 제조가 그 격차를 메우기 위해 나섰습니다.

공급업체가 생명을 구하는 인공호흡기 밸브에 대한 급증하는 수요를 충족할 수 없게 되자 이탈리아 북부에서 가장 큰 타격을 입은 지역 중 하나인 Brescia의 병원은 적층 제조로 눈을 돌렸습니다. 지역 회사 Issinova, Lonati SpA 및 The FabLab과 긴밀히 협력하여 병원은 인공호흡기 밸브 설계를 역설계할 수 있었습니다. 6시간 만에 현장에서 새 밸브를 3D 프린팅하여 생명을 구했습니다.

그 이후로 몇 주 동안 전 세계의 3D 프린터는 병원에 공급을 유지하기 위해 윙윙 거리고 있습니다. Formlabs 및 MatterHackers와 같은 제공업체는 병원과 3D 프린터를 공유하려는 고객을 연결하기 위해 온라인 허브를 설정했습니다. SmileDirectClub에서 Volkswagen에 이르기까지 회사는 적층 제조 능력을 자원하여 중요한 보호 장비와 인공호흡기 부품을 공급했습니다. 한편, 증가하는 제조업체의 온라인 커뮤니티는 전염병에 대응하기 위해 CAD 디자인과 아이디어를 공유하고 있습니다.

제가 개인적으로 지원하는 이러한 이니셔티브 중 하나는 고위험 환경의 임상의에게 재사용 및 위생 처리가 가능한 50,000개의 안면 마스크를 제공하는 것을 목표로 하는 MasksOn입니다. 이 이니셔티브는 의료용 호흡 필터 어댑터를 대량 생산하기 위해 3D 프린팅을 사용하여 전면 스노클 마스크를 재사용 가능한 안면 보호대로 변환하는 것입니다. (COVID-19 전염병에 전념하는 3D 프린팅 커뮤니티 리소스 및 프로젝트의 전체 목록은 여기에서 찾을 수 있습니다.)

이 위기에서 적층 제조 커뮤니티의 반응은 고무적이었습니다. 그러나 팬데믹이 드러낸 것은 세계화된 공급망의 근본적인 취약성입니다. 조직은 멀리 떨어져 있거나 해외 공급업체에 대한 의존도를 재고해야 했습니다.

3D 프린팅이 아직 모든 것을 현지화된 제조를 지원하는 규모로 사용할 수는 없지만 대유행 대응의 초기 결과는 유망한 미래를 가리킵니다. 대유행이 공급망에서 적층 제조로의 광범위한 전환을 위한 촉매제가 될 수 있습니까?

다음은 미래에 일어날 수 있는 일입니다.

주문형, 현장 및 적시

공급망 중단은 전염병에만 국한되지 않습니다. 자연 재해, 무역 정책 및 노동 파업은 모두 공급 흐름을 방해하여 중요한 작업을 지연시킬 수 있습니다. 적층 제조는 Brescian 병원에서 보여주듯이 온디맨드로 부품을 인쇄하여 그 격차를 메울 수 있습니다. 결과적으로 해외 생산 및 배송을 우회하여 운영 중단을 단축하거나 제거할 수 있습니다.

심해 석유 굴착 장치에서 파손된 파이프라인을 생각해 보십시오. 교체 부품을 기다리는 데 며칠이 걸릴 수 있으며 장비의 작업이 유휴 상태이고 수익이 보류됩니다. 3D 프린터를 사용하여 장비의 엔지니어는 패치 클램프를 신속하게 엔지니어링 및 인쇄하고 공급업체가 장기 교체품을 배송할 때까지 기다리는 동안 다시 펌핑 작업을 할 수 있습니다.

Brescia에서 적층 제조용 인공호흡기 밸브를 역설계한 제조업체는 현재 병원의 원래 인공호흡기 밸브 공급업체로부터 특허 침해에 대한 잠재적인 소송에 직면해 있습니다. 향후 지적 재산권 분쟁을 완화하기 위해 제조업체는 고객에게 설계 라이선스를 부여하여 예상치 못한 공급 부족을 메우기 위해 교체 부품을 현지에서 인쇄할 수 있습니다. 이는 제조업체가 제조 비용을 고객에게 "아웃소싱"하기 때문에 비용을 절감할 수 있습니다.

비전문가 디자인

Brescia의 3D 인쇄 인공호흡기 밸브에서 볼 수 있듯이 특정 부품을 설계한 경험이 거의 또는 전혀 없는 엔지니어도 기능적 설계를 신속하게 설계하고 적층 제조로 이를 생성할 수 있습니다. 다른 제조 기술과 달리 적층 제조의 유연성은 엔지니어와 설계자가 제조 가능성의 제약 조건에 맞게 설계를 조정하는 데 수년 간의 경험이 필요하지 않음을 의미합니다.

경험이 없는 디자이너에 대한 Additive의 권한 부여는 AI 지원 디자인이라고도 하는 제너레이티브 디자인을 통해 더욱 강화될 것입니다. 오늘날의 소프트웨어는 다양한 제조 기술을 자동으로 최적화하여 설계와 제조 사이의 시간을 단축할 수 있습니다. 적층 제조를 위한 설계 최적화는 공급망에 미치는 영향뿐만 아니라 더 나은 설계를 실현할 수 있기 때문에 특히 가치가 있습니다.

Generative AI는 수천 개의 시뮬레이션을 실행하여 설계자의 모든 목표와 제약 조건을 충족하는 가장 효율적이고 최상의 설계를 찾고 무게, 강도, 열 속성 및 유체 역학과 같은 항목을 최적화합니다. 대부분의 경우 결과는 인간 디자이너가 끌어들이는 단단한 직선과 다면체와 달리 복잡하고 유기적인 기하학을 포함합니다. 밝혀진 바와 같이 이러한 유기적이고 불규칙한 형태는 적층 제조를 통해 가장 효과적으로 생성할 수 있습니다.

부품 통합

제너레이티브 디자인의 또 다른 장점은 여러 구성 요소로 구성된 어셈블리의 디자인을 통합한 다음 적층 제조로 인쇄할 수 있다는 것입니다. 부품 공급망을 분산하고 사내에서 조립하는 대신 전체 조립품을 현장에서 인쇄할 수 있습니다.

부품 통합을 통해 제조업체는 상당한 비용을 절감할 수 있습니다. 절삭 가공과 달리 적층 가공은 설계에 필요한 재료만 사용하므로 낭비와 재료 비용이 줄어듭니다. 부품 운송 비용도 제거되고 조립할 부품이 적기 때문에 조립 비용도 절감됩니다.

복잡한 어셈블리의 통합은 팬데믹 기간 동안 공급이 부족할 일부 중요한 인명 구조 장비에 특히 유용할 수 있습니다. 급증하는 수요를 충족시키기 위해 이미 새로운 설계 작업을 하는 엔지니어가 있습니다. CoVent-19 Challenge는 숨쉬기 힘든 환자의 홍수를 관리할 수 있는 병원의 능력을 향상시키기 위해 혁신적이고 신속하게 배치할 수 있는 인공호흡기를 개발하기 위한 노력을 크라우드소싱하는 것입니다.

Jesse Coors-Blankenship은 고급 개발 담당 수석 부사장입니다. PTC .