연속 섬유 제조(CFM): 3D 프린팅과 첨단 섬유 가공의 융합

연속 섬유 제조(Continuous Fiber Manufacturing, CFM)는 모이 컴포지트(moi composites, 이탈리아 밀라노)가 특허받은 3D 프린팅/연속 섬유 증착 공정입니다. 회사는 소재 공학자이자 교수인 마리넬라 레비(Marinella Levi), 설계 엔지니어 가브리엘레 나탈레(Gabriele Natale), 건축가 미켈레 토니초(Michele Tonizzo)에 의해 2018년 2월 설립되었습니다. 폴리테크니코 디 밀라노에서 레비가 설립한 협업 3D 프린팅 허브 +LAB에서 스핀오프되었습니다.

CFM은 2015년 특허받았고 2016년 아트로포스(Atropos) 프로젝트를 통해 시연되었습니다. 이 프로젝트는 쿠카 산업용 로봇을 사용해 연속 유리섬유/에폭시 프로펠러 블레이드를 프린팅하는 것이었습니다. 블레이드는 내부 트러스와 외부 쉘을 갖추며 다축 라미네이트(0°, 45° 등)와 비선형 축을 따른 파이버 배치를 모두 시연했습니다. 모이 컴포지트는 1.0 x 0.5 x 0.8m 높이 빌드 엔벨로프를 가진 코마우(Comau) 로봇을 사용하는 2세대 시스템을 개발했습니다. "더 큰 로봇과 로터리 테이블, 더 큰 빌드 볼륨도 사용하여 우리 기술이 쉽게 확장 가능함을 입증했습니다."라고 공동 창업자 토니초는 말합니다. "현재 에폭시, 아크릴, 비닐에스터에서 UV 경화로 프린팅할 수 있지만, UV 경화에 국한되지 않습니다." 유리섬유 최대 2400 텍스와 현무암 섬유 모두 매우 잘 프린팅되었으며, 현재 탄소섬유 작업 중이나 UV 경화 수지로는 아닙니다. 전기 전도성 섬유로도 프린팅 가능하며, 주로 유리섬유를 사용해 생물의학, 해양, 오일&가스, 항공우주 응용 분야 부품을 생산하고 있습니다. 또한 압력을 가하는 시스템, 센서, 절단 메커니즘, 밀링 툴을 갖춘 3세대 올인원 프린트 헤드도 개발 중입니다. 토니초는 이것이 3D 프린팅과 자동화된 파이버 배치(AFP) 간의 격차를 좁힐 것이라고 말합니다. "3D 프린팅은 AFP의 성능을 달성하지 못하지만, CFM은 더 많은 유연성을 제공합니다. 이미 0.25mm 두께의 섬유로 프린팅할 수 있고, 곡선을 만들고 연속 섬유를 이상적인 위치에 배치하는 능력이 있습니다."라고 그는 덧붙입니다.

하이브리드 가공은 모이 컴포지츠가 이미 탐구한 개념으로, 성공 사례 중 하나가 슈페리어(Superior) 경량, 저편향 하체 보철입니다. 이 보철은 프린팅된 연속 유리섬유 내부 코어를 핸드 레이업, 진공 백만으로 경화된 탄소섬유 직물과 에폭시 스킨으로 감싼 구조입니다. "전체 설계는 편향을 줄이고 맞춤화를 늘리면서 비용과 생산 시간을 크게 단축합니다."라고 토니초는 말합니다.

이 최적화의 일부는 오토데스크 소프트웨어와 모이 컴포지츠의 응력 및 경로 최적화 알고리즘을 사용하는 디지털 설계 및 워크플로를 통해 이루어집니다. 이것이 구조적 하중과 섬유 증착 공정 모두에 최적화된 섬유 경로를 생성합니다.

CFM은 +LAB에서 탐구한 다양한 소재와 설계 혁신에 열려 있으며, 조정 가능한 탄성 반응을 가진 3D 프린팅 인필 패턴, 콘크리트처럼 행동하는 지오폴리머 같은 새로운 매트릭스로 프린팅 등이 포함됩니다. 모이 컴포지츠가 CFM 기술을 계속 발전시키면서 프린트 헤드와 머신을 판매할 것인가? "그렇지만 미래에."라고 토니초는 말합니다. "현재는 우리 노하우, 프린트 헤드, 소프트웨어를 사용하여 고객 시설에서 주문형 부품 솔루션을 실현하는 부품을 생산하고 기술을 고객에게 제공하고 있습니다. 또한 CFM 머신과 공정을 상업적 시장 기회를 위해 더욱 확장하기 위해 투자자를 찾고 있습니다."

자세한 내용은 블로그 | short.compositesworld.com/cfm_moi 참조.