9T 랩스, 첨단 의료 및 항공우주 응용 분야를 위한 적층 제조 격상

9T 랩스(9T Labs, 스위스 취리히)는 연속 섬유 강화 폴리머 부품 제조를 위한 적층 퓨전 기술(AFT) 레드 시리즈 시스템을 제조한다. 이 시스템은 세 가지 구성 요소로 이루어진다: 파이브리파이(Fibrify) 설계 소프트웨어, 빌드 모듈(Build Module)이라 불리는 3D 프린터, 프린팅된 부품을 통합하는 퓨전 모듈(Fusion Module). 레드 시리즈의 빌드 볼륨은 350 x 270 x 250mm이며, 사용 가능한 소재는 탄소 섬유/PEKK와 탄소 섬유/PA12로 60% 섬유 부피 분율(FVF)이다.

9T 랩스는 기존 금속 부품을 대체하기 위한 레드 시리즈의 실현 가능성을 평가한 두 가지 최근 완료된 연구 세부 사항을 공개했다. 하나는 항공우주 힌지이고 다른 하나는 조준 암(aiming arm)이라는 수술 도구다.

힌지는 현재 강철로 제작되며, 4개의 패스너 구멍이 있는 수직 플레이트가 베이스 플레이트에 장착된 형태다. 이 연구는 위상 최적화 및 재설계, 다중 바디 전략, 보강 전략, 중량 감소, 비용 분석을 평가했다. 위상 최적화로 최적화된 재설계가 도출되었고, 제조 전략 개발이 뒤따랐다. 여기서 결정된 것은 힌지를 부품별로(수직 플레이트와 2컴포넌트 베이스 플레이트) 제작한 후 '퓨전' 공정 중 통합 단계에서 결합하는 것이었다. 파이브리파이 소프트웨어가 각 힌지 부품의 섬유 적층 전략 개발을 안내했는데, 각 부품마다 여러 레이아웃이 포함되었다. 소재는 순수 PEKK(35%)와 탄소 섬유/PEKK(65%) 조합이다. 부품 부피는 18.3cm³, 무게는 27g으로 강철 버전 대비 78% 중량 절감이다. 9T 랩스 생산 비용 분석은 공구, 소재, 장비, 인건비를 평가하여 복합소재 대체품이 강철 레거시 부품보다 제조 비용이 50% 적게 든다고 판단했다.

수술용 조준 암은 여러 구멍이 있는 T자형 알루미늄 합금 장치로, 수술 중 수술 도구 정렬에 사용된다. 비교적 낮은 기계적 하중을 받지만 여러 멸균 사이클을 거치며 우수한 치수 정확도를 유지해야 한다. X-선 투과성도 중요하다. 적층 전략은 견고한 외부 표면과 구멍의 치수 안정성 개발에 초점을 맞췄으며, 이는 구멍을 섬유 배치를 통해 직접 상호 연결함으로써 달성되었다. 최종 설계는 20mm 관통 두께를 만들기 위해 90개의 적층 제조 레이어를 특징으로 한다. 소재는 순수 PEKK(60%)와 탄소 섬유/PEKK(40%)다. 부품 부피는 62.5cm³, 무게는 88g으로 알루미늄 버전 대비 48% 중량 절감이다. 수행된 생산 비용 분석은 항공우주 힌지와 동일하며 최대 68% 절감 잠재력을 보였다.