섬우드, 대형 선박용 혁신적 3D프린팅 몰드 기술 선보여

CNC 공작기계 제조사 섬우드 코퍼레이션(미국 인디애나주 데일)이 51피트(약 15.5m) 요트 선체 몰드 여러 섹션을 3D프린팅해, 요트 같은 대형 선박 제조에 단일 몰드만으로도 충분함을 시연했다. 테스트 몰드 프린팅 섹션은 물리적 특성과 타 강화 열가소성 수지 대비 상대적 저비용으로 테크머 PM 탄소섬유 강화 ABS로 제작됐다.

섬우드는 이미 실물 크기 레저 보트 마스터 패턴을 3D프린팅해 여러 양산용 선체 몰드를 제작한 바 있다. 이는 소형 보트 툴링에 AM 가치를 입증했지만, 요트 같은 대형 선박은 단일 몰드만 필요하므로 플러그나 패턴을 프린팅해 여러 양산 몰드를 만드는 대신 몰드 자체를 프린팅하는 것이 바람직하다고 회사는 설명한다.

10피트 섹션 프린팅으로 컨셉 검증

이 컨셉을 입증하고자 섬우드는 10×10 LSAM MT 수직 적층 프린터로 51피트 요트 선체 몰드에서 10피트 섹션을 프린팅·트리밍했다. 몰드는 5피트 높이 섹션으로 프린팅된 후 고강도 폴리머 케이블로 화학적·기계적으로 결합돼 두 몰드 반쪽으로 만들어졌고, 볼트 체결로 완전한 암몰드(여성 몰드)를 형성했다. 4개 프린트 피스로 된 전체 몰드 섹션 무게는 4,012파운드(약 1,820kg), 프린팅 시간은 65.5시간 소요됐다.

레이업 공정 지원하는 몰드 내장 설계 특징

섬우드는 주요 설계 특징을 짚었다. 각 몰드 섹션의 내장된 로커(rocked)는 자연스러운 받침대 역할을 해 레이업 공정 중 몰드를 양쪽으로 45도 기울이거나 뒤집을 수 있게 한다. 또 로커에 고정되는 성형 웨지 세트로 몰드를 원하는 위치에 고정한다. 선체 레이업과 완전 경화 후 몰드를 수평으로 돌리고 양쪽에 웨지를 클램핑하면, 두 몰드 면을 볼트 해제 후 슬라이드 분리해 완성된 선체를 탈형할 수 있다.

소재 호환성과 보호 코팅 연구

테스트 몰드엔 탄소섬유 강화 ABS를 썼지만, 특정 열경화성 수지는 기존 몰드 이형제 관행만으로 ABS 성형 표면에서 직접 작동하는 반면, 용제계 열경화성 소재는 ABS 폴리머를 화학적으로 공격할 수 있다. 이를 막고자 섬우드는 전통적 몰드 젤코트 등 여러 보호 코팅으로 실험을 진행했다. 결과와 관계없이 이 접근법은 특정 열경화성 수지에 오늘 당장 적용 가능해 보이나, 이상적으로는 타 열경화성 용제에 화학적으로 내성인 저비용 폴리머를 개발해 보호 코팅 필요성을 완전히 없애는 것이 바람직하다고 섬우드는 덧붙였다.