HP의 3D 프린팅 여정: 폴리머 혁신에서 금속 적층 제조로

HP는 2016년부터 폴리머 프린터 제품군을 출시하고 최근 메탈 젯 라인을 선보이며 적층 제조(AM)의 한계를 밀어붙여 왔습니다.
 
처음부터 HP의 목표는 더 빠른 빌드 속도, 우수한 부품 품질, 획기적인 경제성으로 3D 프린팅을 민주화하는 것이었습니다.

3D 프린팅에 첫발 들이다

 
산업용 3D 프린팅은 여전히 경제적, 기술적, 기술적 장벽이 큽니다. 전통 제조가 속도와 효율에서 AM을 앞서고, AM 채택에 필요한 초기 투자가 부담스러울 수 있습니다. HP는 멀티 제트 퓨전(MJF)으로 이 과제들에 대응했습니다. MJF는 플라스틱 분말을 사용해 층층이 부품을 만드는 분말 베드 퓨전(PBF) 기술입니다.

MJF는 얇은 분말 층을 펴는 것으로 시작합니다. 적외선 에너지를 흡수하도록 설계된 퓨징 에이전트가 베드에 분사되어 부품 윤곽을 따라갑니다. 적외선 광원이 퓨징 에이전트를 가열해 해당 영역의 분말을 녹여 결합합니다. 사이클 반복으로 부품이 완성됩니다.

MJF로 HP는 폴리머 PBF의 새로운 벤치마크를 세웠습니다: 일관된 기계적 특성, 더 빠른 공정 시간, 선택적 레이저 소결(SLS) 같은 비교 시스템보다 높은 정확도. 조메트리 연구에 따르면 MJF 부품 프린팅 비용이 SLS보다 30% 저렴하며, HP 프린터가 여러 부품을 동시 생산할 수 있어 볼륨이 커질수록 격차는 벌어집니다.

산업화된 폴리머 3D 프린팅으로 나아가다

 
처음부터 HP의 MJF 라인은 기능성 프로토타이핑과 중량 생산을 타겟했습니다. 2016년 말 출시된 제트 퓨전 3D 4200은 PBF 계열에서 최고의 저량 생산 기계 중 하나로 빠르게 명성을 얻었습니다.

4200 시스템은 프린터, 쿨링 스테이션, 연속 프린팅과 즉각적 후처리를 가능케 하는 두 개의 교체 가능 빌드 유닛으로 구성됩니다. 이는 생산 워크플로에 필수적입니다. 3D 허브스의 디지털 제조 트렌드 Q2/2018 보고서는 제트 퓨전 3D 4200을 프린터 품질 2위, 그해 생산 부품 1위로 평가했습니다.

4200의 다재다능함은 기능성 프로토타입, 툴링, 단기 최종 사용 부품에 걸쳐 있습니다. 스마일다이렉트클럽과의 최근 파트너십이 그 영향을 보여줍니다: 49대 제트 퓨전 3D 프린터가 일일 5만 개 이상의 고유 몰드를 생산해 스마일다이렉트클럽의 성장을 가속화하고 증가하는 수요를 충족합니다.

풀컬러 3D 프린팅 영역 진입

 
2018년 HP는 제트 퓨전 300/500 시리즈를 출시했습니다. 이는 첫 풀컬러 3D 프린터입니다. 정확하고 합리적인 컬러 프린팅은 제조사들의 오랜 목표였으나, 그렇지 않으면 포스트 프린팅 염색에 수시간을 소비해야 했습니다. 새 시리즈는 중소 규모 개발자에게 비용 효율적 대안을 제공하며 스트라타시스와 3D 시스템즈와 직접 경쟁합니다.

다음 단계: 볼륨 적층 제조

 
2018년까지 HP 프린터로 이미 1,000만 개 부품이 생산되었지만 회사의 야심은 거기서 멈추지 않았습니다. 2019년 HP는 사출 성형의 정확도와 반복성을 가진 대량 생산용으로 설계된 제트 퓨전 5200 시리즈를 공개했습니다.

주요 업그레이드로는 강력한 램프 어레이로 분말을 단일 패스로 융합해 생산성을 40% 높이고 고온 소재를 가능하게 한 것입니다. 5200 시리즈는 이미 베스타스(풍력 터빈 블레이드 보호용 TPU 프린팅)와 쿠폴(더 안전하고 편안한 헬멧 3D 프린팅) 같은 고객과 생산 중입니다.

HP의 3D 프린팅 소재 로드맵

 
HP의 프로토타이핑에서 양산으로의 여정은 지속적인 소재 혁신에 의해 주도됩니다. 초기 MJF 프린터는 폴리아미드 12(PA12)만 프린팅 가능했습니다. 오늘날 4200과 5200 시리즈는 성장하는 열가소체 범위를 지원합니다: PA11, PA12 글래스 비드(40% 유리 충전 나일론), 유연 TPU, BASF와 파트너십으로 사출 성형 PP와 같은 내구성과 내화학성을 가진 폴리프로필렌(PP).

재사용성은 HP 소재 전략의 초석입니다. SLS 분말이 30-50%만 재활용되는 반면, HP의 MJF 분말은 3D 하이 리유저빌리티 PA 122 같은 저반응성 소재 덕분에 가열 중 분자 성장을 억제해 최대 80%까지 재사용 가능합니다. HP는 난연 플라스틱, 엘라스토머, 고성능 폴리아미드로 팔레트를 계속 확장하며 화학 기업들을 멀티 제트 퓨전 오픈 플랫폼 협업에 초대합니다.

새로운 개척지: 금속 3D 프린팅

 
폴리머 성공을 바탕으로 HP는 2018년 메탈 젯을 출시했습니다. 바인더 제팅 기반 적층 솔루션입니다. 6개 헤드에 걸쳐 5,280개 노즐을 가진 맞춤 프린트헤드로 전례 없는 속도와 신뢰성을 달성했습니다.

HP의 바인더 화학은 게임 체인저입니다: 시스템이 1% 미만 바인더를 사용해 전통 금속 사출 성형보다 10배 적습니다. 이는 신터링 시간, 비용, 복잡성을 줄여 메탈 젯을 기존 제조 경제성과 맞추게 합니다.

기계는 아직 판매되지 않지만 HP는 생산 서비스를 제공하며 2021년 상용화를 목표로 합니다. 초기 도입자로는 폭스바겐이 있으며, HP와 파트너십으로 메탈 젯 프린팅 기어 시프트 노브와 미러 마운트를 차세대 차량에 적용합니다.

디지털 제조 주도

 
폴리머에서 금속까지 적층 제조에 대한 HP의 끊임없는 초점은 업계 미래 리더로 자리매김하게 합니다. 회사의 기술에 대한 자신감은 뚜렷합니다: HP는 3D 프린팅으로 자사 프린터 부품을 생산해 공급망을 간소화하고 솔루션의 확장성을 입증합니다. HP가 로드맵을 가속화함에 따라 회사와 광범위한 제조 부문 모두에 미치는 영향만 커질 것입니다.