3D 프린터 로봇 암(Robotic Arm)은 3D 프린팅 헤드가 부착된 산업용 관절형 기계 팔입니다. 이는 3D 프린팅을 산업적 규모로 수행할 수 있는 스케일과 다재다능함을 제공합니다. 와이어 아크 적층 제조(WAAM, 금속 프린팅)나 펠렛 압출(펠렛 프린팅) 등 다양한 3D 프린팅 기술에 적용 가능합니다. 3D 프린팅 로봇은 빠른 속도로 개발 중이며 스케일 덕분에 건설 산업에 많은 잠재적 응용이 있습니다. 로봇 암 공급업체와 서드파티 3D 프린팅 전문가 간 수많은 협업이 진행 중으로, 규모 있는 적층 제조의 다양한 접근법을 개발하고 상용화하고 있습니다. 이 글에서는 3D 프린터 로봇 암, 제조사, 장단점을 다룹니다.
3D 프린팅용 로봇 암은 로봇 암 제조의 한 형태입니다. 산업용 관절형 로봇 암을 사용해 프린트 헤드를 이동시키며 부품을 적층 제조합니다. 로봇 적층 제조(RAM, Robot Additive Manufacturing)라고도 부릅니다. 용융 적층 모델링(FDM)이나 직접 에너지 증착(DED) 같은 확립된 3D 프린팅 방식을 활용할 수 있지만, 공급 소재가 갠트리(Gantry)가 아닌 로봇 암에 의해 이동되고 위치됩니다. 그림 1은 산업 응용에 쓰이는 표준 관절형 로봇 암을 보여줍니다:
자세한 내용은 3D 프린팅에 대한 모든 것 가이드를 참조하세요.
로봇 암 3D 프린팅에는 다음과 같은 가치 있는 장점이 있습니다:
로봇 암 3D 프린팅에는 다음과 같은 복잡성과 한계가 있습니다:
일반적으로 로봇 암 제조사들이 로봇을 공급하고 3D 프린팅 조직과 협업합니다. 그리고 3D 프린팅 기술 파트너들이 로봇 암 공급업체 도움을 받아 적층 제조에 대한 특정 접근법을 개발합니다. 아래는 다양한 로봇 암 3D 프린팅 제조사들입니다:
ABB는 대형 다국적 기업입니다. 로봇 암 설계 공급을 담당하는 주체는 ABB 로보틱스(ABB Robotics)입니다. ABB는 로봇 공급뿐 아니라 인기 있는 로보트스튜디오(RobotStudio®) 소프트웨어도 제공하며, 매시브 디멘션(Massive Dimension) 같은 전문 기관과 협업해 3D 프린팅 기술을 발전시킵니다.
KUKA는 로봇 암 3D 프린터에 널리 쓰이는 독일 자동화 및 로보틱스 기업입니다. 인간과 협업하는 협동 로봇도 전문으로 합니다. KUKA는 오비탈 컴포지트(Orbital Composites) 같은 다른 3D 프린팅 팀과 파트너십을 맺었으며, 로봇이 여러 다양한 3D 프린팅 응용에 사용됩니다.
Comau는 이탈리아 자동화 및 로보틱스 공급업체입니다. 자사 로봇 암 운영에 IoT와 AI 통합에 특히 집중합니다. CEAD와 컨티뉴어스 컴포지트(Continuous Composites) 같은 서드파티 3D 프린팅 기업이 Comau 로봇 암을 제조에 사용합니다.
하이페리온은 핀란드 헬싱키에서 시작했으며 건설 산업에 집중합니다. 시멘트 함량은 줄이고 재활용 폐자재를 극대화한 자체 건설용 혼합물을 개발해 3D 프린팅 구조물에 압출합니다.
CEAD는 네덜란드 델프트(Delft) 기반입니다. 3D 프린팅과 CNC 밀링 역량을 단일 유닛에 결합하는 데 독보적입니다. 특히 CEAD의 AM 플렉스봇(AM Flexbot)이 단일 제조 스테이션으로 많은 응용처를 찾고 있습니다.
독일의 베버 애디티브는 로봇 암 3D 프린터 DXR 시리즈로 알려져 있습니다. 폴리머로 적층 제조용 압출기를 사용합니다.
오비탈 컴포지트는 로봇 암 3D 프린팅 산업의 선구자입니다. 오비탈 S(Orbital S)는 최초의 산업용 스케일 로봇 3D 프린터로 인상적인 속도 2m/s를 자랑합니다.
매시브 디멘션은 대형 3D 프린팅에 집중하며 턴키 로봇 프린팅 셀을 제공합니다. 기술은 폴리머 펠렛 압출에 초점.
다이즈 디자인의 펄사(Pulsar™)는 다양한 운영 조건 관리를 의도한 대형 펠렛 압출 적층 제조 시스템입니다. 열 차폐, 수냉 회로, 다중 노즐 크기로 다양한 폴리머 프린팅 가능.
네덜란드 MX3D는 현재 암스테르담에 설치된 강철 보행자 다리 3D 프린팅으로 널리 알려졌습니다. MX3D는 WAAM 기술로 금속 프린팅에 집중하며, 이를 위해 자체 전용 소프트웨어까지 개발했습니다.
컨티뉴어스 컴포지트는 특허받은 탄소 섬유 프린팅 기술 CF3D로 성공을 거두었습니다. NASA로부터 우주용 부품 제작 계약을 따냈습니다.
브랜치 테크놀로지는 내슈빌의 완전 3D 프린팅 파빌리온 같은 구조물 프린팅에 집중합니다. 건축가, 디자이너와 협업해 건물용 3D 프린팅 응용을 확대합니다.
3D 프린팅용 로봇 암은 프린트 헤드가 암 끝에 장착된 점을 제외하면 일반적인 산업용 로봇 암과 매우 유사하게 작동합니다. 로봇 암은 여러 관절을 가지며 각 관절이 이동 자유도를 제공해 총 5축 또는 6축 제어를 제공합니다. 로봇은 다양한 잠재적 위치에서 프린트 헤드를 이동, 기울이고 위치시킬 수 있습니다. 이렇게 로봇 암이 부품 위를 움직이며 여러 층과 윤곽을 프린팅합니다.
로봇 암 프린팅 소프트웨어는 로봇 헤드가 정확하게 모델을 프린팅하기 위해 순회할 최적 경로 계산에 집중합니다. 아래는 인기 있는 소프트웨어 3가지 옵션입니다:
3D 프린팅 로봇 암 수명은 8년 정도 예상됩니다. 이는 여러 산업에서 쓰이는 산업용 관절형 로봇 암 현재 수명 기준입니다. 이 로봇들은 20년까지 유용하게 운용될 수 있습니다. 하지만 3D 프린팅 응용은 아직 비교적 최근이고 활발히 개발 중이라 더 긴 수명은 덜 가능성 있습니다. 또한 로봇이 8년 후에도 잘 작동하더라도 로봇 암 끝에 장착된 3D 프린팅 기계는 그런 장수하지 못할 것입니다. 최근 개발된 탓도 있고 기술 진화 속도가 빨라 구식이 될 수도 있기 때문입니다.
아니오, 일반적인 관절형 로봇 암으로는 집 프린팅 못 합니다. 로봇 암 3D 프린터는 고정 베이스에서 암 치수와 거리로 결정되는 제한된 프린트 볼륨을 가집니다. 따라서 로봇 암 3D 프린터는 일반적으로 부품만 프린팅 가능하며, 이를 조립해 건물 같은 더 큰 객체로 만듭니다. 집을 프린팅할 수 있는 대형 3D 프린터는 갠트리 스타일 3D 프린터의 특수 버전으로, 집을 커버할 충분히 큰 프린트 볼륨을 커버할 더 큰 구조물을 세웁니다.
네, 로봇 암은 제한된 프린팅 가능 영역을 가집니다. 대부분 로봇 암은 고정 베이스를 가지므로 암 길이로 제한되는 베이스 주변 도달 범위를 가집니다. 3D 프린팅에서 그 도달 범위는 약 1.5m 영역입니다. 일부 로봇 암은 레일 장착되어 해당 방향 추가 프린팅 영역이 생깁니다. 하지만 본질적으로 프린팅 가능 영역은 로봇 암의 실용적 도달 범위로 제한됩니다.
네, 로봇 암은 최종 프린팅 부품 품질을 위해 3D 소프트웨어에 의존합니다. 대형 스케일 3D 프린팅은 엄청나게 복잡하며 로봇 암 움직임은 소프트웨어가 신중하게 제어해야 합니다. 프린팅 소재와 수축 특성(온도/습도)에 따라 프린팅을 제어하는 소프트웨어가 그 수축을 모델링할 수 있어야 합니다. 또한 소프트웨어는 빌드되는 동안 개발 중인 부품을 정확하게 모델링해 로봇 암이 성장하는 빌드와 충돌하지 않게 해야 합니다. 피드 소재가 굳어질 때 특성을 정확하게 모델링 못 하는 소프트웨어는 로봇 암 이동 정밀도와 관계없이 좋은 최종 품질을 제공 못 합니다.
3D 프린팅용 로봇 암과 갠트리 시스템에는 여러 차이점이 있습니다. 첫째, 로봇 암은 6축 이동 가능하지만 갠트리 시스템은 3축만 가능. 이는 로봇 암이 곡면/구형 아이템 프린팅에 더 적합하고 갠트리 시스템이 입방체 프린팅에 더 적합함을 의미. 하지만 갠트리 시스템이 로봇 암보다 더 큰 유닛 프린팅 가능. 갠트리 시스템 일반 정확도도 로봇 암보다 더 나은 경향. 로봇 암은 특정 종점에서 포인트 정확도는 매우 좋지만 경로 이동 중 정확도는 아직 개선 중. 자세한 내용은 3D 프린팅용 로봇 암 vs 갠트리 시스템 가이드를 참조하세요.
이 글은 3D 프린터 로봇 암을 소개하고 정의했으며 다양한 응용을 논의했습니다. 3D 프린터 로봇 암에 대해 더 알고 싶으면 Xometry 담당자에게 문의하세요.
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딘 맥클레멘츠(Dean McClements)
딘 맥클레멘츠는 기계공학 학사(우등) 졸업자로 제조 업계에서 20년 이상의 경력을 보유하고 있습니다. 캐터필러(Caterpillar), 오토데스크(Autodesk), 콜린스 에어로스페이스(Collins Aerospace), 하이스터-예일(Hyster-Yale) 등 유수 기업에서 엔지니어링 프로세스와 혁신에 대한 깊은 이해를 쌓았습니다.
3D 프린팅
2023년 2월 24일 발행 현대 의학은 다양한 도구와 기구에 의존합니다. 유연한 튜빙부터 거즈, 내구성 있는 금속 클램프와 의족까지, 이 디바이스는 많은 형태를 취합니다. FDA가 우리 식품과 의약품 공급망에 사용될 수 있는 자재를 규제하는 것처럼, 의료 기기의 개발과 생산도 규제합니다. 이는 산업 애플리케이션에 사용되는 특정 자재가 우리 몸과 상호작용하는 제품에는 용인되지 않음을 의미합니다. 특정 자재 제한은 지역에 따라 다릅니다. 이는 미국에서 사용 승인된 디바이스가 유럽 연합의 표준을 충족하지 못할 수 있음을 의미합니다.
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