1. 개요
Voxeljet AG는 독일 아우크스부르크(Augsburg) 근처의 프리드베르그(Friedberg)에 위치한 3D프린팅 시스템 제조회사다. 이 회사는 2013년 IPO이후로 뉴욕증권거래소에도 등재되었다. Voxeljet AG는 프린팅 시스템의 발전을 위한 다양한 연구를 진행하고 있고, 국내, 해외를 대상으로 철제 주조 모델이나 거푸집 등의 주문제작 서비스도 운영하고 있다. 이러한 생산품들은 3D CAD데이터를 기반으로 한 생산방법(3D printing으로도 일컬어지는)으로 만들어진다.복셀젯의 주요 기술은 모래 소재를 이용한 주조와 여기에서 파생되는 생산품들이지만, 국내의 경우 독특하게 디자인 업계에서 많이 사용되고 있다. 복셀젯의 장비 중 유일하게 2M가량의 디자인 모델을 생산할 수 있는 장비가 한국에서 운영되고 있으며, 현대자동차, 한국 GM, 항공우주연구원, 생산기술연구원, 해군 등 다양한 분야에서 사용되고 있다고 한다.
2. 역사
2.1. 출발
Voxeljet AG의 시작은 자외선 점착제 투약에 처음으로 성공한 1995년으로 거슬러 올라간다. 첫 3D프린팅의 시도는"Generation of 3D structures"의 일환으로 뮌헨 공과대학교의 Precision Engineering 부서에서 이루어졌다. 1996년, Dr. Ingo Ederer는 첫 Munich business plan competition에 참가했고, 1998년에 낸 그의 첫 특허를 인정받았다. 최초의 모래 거푸집 역시 같은 해에 만들어졌다.2.2. 회사의 형성
오늘날의 Voxeljet AG의 조상격인Generis GmbH는Ingo Ederer, Rainer Höchsmann, 그리고 뮌헨 공과대학교의 엔지니어Joachim Heinyl에 의해 1999년 5월 5일, 거푸집과 플라스틱 부품의 생산을 위한 새로운 생산과정의 개발을 목적으로 설립되었다. Voxeljet은 뮌헨 공과대학교에서 네 명의 고용자들과 함께 작업을 시작했는데 얼마 지나지 않아 재단장했으며, 아우구스부르크의 건물로 이주했다. 아우크스부르크에 서비스 센터를 열기 전인 2002년에는BMW AG와Daimler AG를 상대로 샌드 기반 프린터를 배달하는 작업을 처음으로 완료하였다. 같은 해에, 주주로서Bayern Kapital GmbH, Startkapital Fonds Augsburg, 그리고Frany Industriebeteiligungen AG가 합류하였다.2.3. 설립 단계
첫 VX800 시스템은 2005년, Alphaform AG 에 팔렸다. 이어서 2년 뒤인 2007년에는 첫 VX500을 University of Rostock에 팔았다. 2008년에는 Voxeljet Technology GmbH가 Bavarian Innovation Prize의 일환으로 Bavarian 대표인 Günther Beckstein에게 손수 상을 받았으며, 1년 뒤 10주년을 기념했다.2010년 봄, 프리드베르크로 새로운 관리동과 생산 건물을 옮겼다. 같은 해에, Voxeljet은 독일 상위 100 혁신가에 들었으며, "TOP 100" 증명 인장을 받았다.
2.4. 성장 단계
2011년, Voxeljet은 일련의 기술 혁신을 일으켰다. 2011년 4월, Voxeljet은VX4000 3D 프린팅 기술로 생산기술의 새로운 차원을 열었는데, 이 시스템을 통해 사물을 기존보다 최대 세배 빠르면서도 해상도는 유지하며 4×2×1미터의 사이즈로 생산할 수 있게 되었다.주조 기술에 대한 국제무역박람회인 "GIFA"에서 Voxeljet은 세계 최초의 지속형 프린터인 VXC800을 소개했다. 일반적인 3D프린터는 박스형태로 구성되있으며, 상하 방향으로 적층제조가 된다. 이러한 특성으로 인해 한번 제작이 완료되면, 장비 밖으로 완성품을 꺼내야만 다음 제품을 제작할 수 있다. 그러나 VXC시스템은 적층의 방향이 좌우 방향이다. 장비의 뒤 쪽으로 제품이 출력되서 생산되는 방식이기 때문에, 장비 뒤쪽으로 나온 완성품을 작업자들이 후처리 하는 동안 장비는 연속적으로 계속 3D 프린팅이 가능하게 만든 시스템이다. 이 장점은 제품을 연속적으로 생산하는 것에도 있지만, 큰 제품을 긴 방향으로 제작했을 때, 원래 장비에서 제공하는 제품의 사이즈보다 큰 제품을 만들 수 있다. 3D프린팅은 대량생산 혹은 양산이 불가능하다는 당시 업계의 고정관념을 넘은 컨셉의 시스템이었다. 국내에도 주요 공공기관에서 VXC800 시스템을 도입하여 주요 생산기관에 제작 서비스를 제공하는 것으로 알려져있다. 같은 해에, 프랑크푸르트에서 공구 세공과 거푸집 제작, 디자인과 생산 발달에 대한 무역박람회 EuroMold가 열렸는데, 그곳에서 Voxeljet은 3D 프린터 VX1000의 세계적 개봉을 기념하였다. 고성능과 큰 작업 공간을 융합함으로써 3D 프린팅 시스템은 산업의 나날이 높아지는 요구의 수준을 맞출 수 있게 되었다. 국내의 경우, 이 시기에 여러 공공기관, 대기업에서 VX1000장비를 도입하여 디자인 모델에 사용하였고, 자동차, 철도, 항공 분야에서 현재까지 활발하게 사용되고 있다. 이러한 시스템 혁신에 더하여, Voxeljet은 2011년에 새롭게 개발된 기재 시스템인Polypor type C를 공개하였는데, 아크릴 계열의 백색 분말소재이며 이용한 정밀주조(Investment casting)에 최적화됐다고 알려져있다. 국내에서는 로스트왁스(Lost wax)로 더 많이 알려진 방식이다. 플라스틱 분말소재이기 때문에, 주조 뿐만 아니라 디자인 검증에도 활용할 수 있고, 영화 소품이나 예술품의 생산에도 적합하다. 1년 뒤인 2012년, 첫 VX1000 3D 프린팅 시스템이 영국 회사인Propshop Ltd에 팔렸는데, 이것은 영국에서 사용된 5번째 Voxeljet 시스템이었다.
영화 산업은 Voxeljet의 새로운 시장이 되었다. 스타워즈, 007, 토르 등 다양한 영화에서 촬영에 필요한 특수한 소품이나 굿즈를 생산하기 위해 3D프린팅이 활용됐다. 2012년에, Voxeljet은 자사의 가장 작은 시스템인 VX200을 시장에 공개했다. 사무실 환경이나 연구소에 적합한 형태의 소형 장비다. 가장 큰 특징은 소재를 자유롭게 변경하면서 사용할 수 있는 유일한 장비다. Voxeljet의 장비는 기본적인 재료 부피가 매우 큰 편이기 때문에 소재를 바꾸는 것은 어려운 일이었다. VX200은 컴팩트한 시스템이기 때문에 소재를 자유롭게 변경하면서 다양한 연구 및 시험, 생산을 할 수 있는 유연한 장비로 열려져있다.
2012년 현대자동차에 VX500, VX1000장비가 도입됐다고 알려져있다. 특히 디자인 모델 쪽에서 큰 변화의 바람이 있었다고 한다. 당시에 자동차 디자인에 3D프린터를 활용했었지만, 그 영역이 매우 작았다고 한다. 거의 밀링을 포함한 기존 기술로 제작을 했었는데, Binder jetting 방식의 3D프린터가 도입된 이후로, 초기 디자인의 영역에서 3D프린팅의 입지가 크게 상승했다고 알려져있다. 해당 업계에서는 큰 곤욕이었는데, 시제품 모델 생산과 납기 그리고 가격 경쟁에서 3D프린터로 제작한 제품의 효율이 압도적으로 좋았다고 한다. 이 때문에 많은 시장에서의 조정과정이 필요했던 것으로 알려져있다.대한민국 해군에서도 해당 3D프린터를 활용하고 있는 것으로 보인다. 최근 국방일보의 내용 중에, 3D프린팅을 이용한 선박 및 군수품 수리에 대한 언급이 있었고, 군에서 시행하는 여러 경진 대회에서 Binder jetting을 활용한 주조를 이용한 부품 수리 및 대체품 제작 사례들이 발표되고 있다.
2.5. IPO
2013년에 Voxeljet은 뉴욕증권거래소에서 IPO를 진행했다. 끝에는, Voxeljet Technology GmbH가 현재 Voxeljet AG로 활동하고 있는 주식회사로 전환되었다. 2013년 10월 17일, Voxeljet AG는 뉴욕증권거래소에 13달러의 발행가격으로 650만 ADS를 두었는데, 다섯 ADS가 한 주에 상당했다. IPO를 통해 Voxeljet AG는 발행은행에 부여된 가격 할인을 공제한 뒤 6450만 달러를 얻을 수 있었다. IPO로부터 6달 뒤, 발행은행에 주어진 할인 금액의 공제 후에 Voxeljet AG는 또 다시 4110만 달러의 자본을 늘렸다. 이 과정에서, Voxeljet AG는 뉴욕증권거래소에 또 다른 300만 ADS를 단위당 15달러에 발행했다.2.6. 세계화
글로벌 네트워크 영업 파트너를 늘리기 위해서Voxeljet AG는 2014년에 국제 지부를 두기 시작했다. 2014년 10월 1일, Voxeljet AG는 영국회사Propshop Ltd를 인수했고, 이는 독일 밖의 첫 지부가 되었다. 인수와 함께 Propshop은 Voxeljet AG의 완전한 종속 회사가 되었다. 영화와 엔터테인먼트 산업에 특화되어있던 Propshop은 2012년에 VX1000을 구매하면서 이미 프린팅 시스템을 사용한 적이 있었다. 같은 해에, Voxeljet AG는 미국에 새로운 회사를 설립했다. 2015년 1월, Voxeljet AG는 2016년 말까지 프리드베르크의 본부와 비슷한 수준의 프린팅 시스템을 갖추게 하는 것을 목적으로 Canton에 거푸집과 모델의 주문 제작을 목적으로 하는 서비스 센터를 운영하기 시작했다. 2015년 12월, Voxeljet AG는 중국의Suzhou Meimai Fast Manufacturing Technology와의 합동 사업을 알렸다. 이 합동 사업은 Voxeljet China Ltd라고 불렸으며, 상하이 근처의 Suzhou에 본부를 두었다. 동시에 Voxeljet AG는 뭄바이 근처의 자동화, 공업지대인Pune에 Voxeljet India Pvt. Ltd를 설립했다.3. 기술과 과정
3.1. 과정
기술은 1993년 MIT에서 처음으로 개발되었고, 일반적으로 "Powder bed and inkjethead 3D printing"으로 알려져 있었다. 첨가물 제조과정이 늘 그렇듯이, 인쇄되는 부분은 3D모델의 무수한 얇은 교차 부분부터 쌓여져 올라간다. 잉크젯 프린트 헤드가 분말 지반을 가로지르며 움직이고, 동시에 액체 응고 물질을 바르면서 누른다. 그 후, 얇은 분말층이 전체 구역에 펼쳐지고, 이와 같은 과정이 몇 번 반복된다.Binder jetting 방식의 3D프린터의 생산과정은 다음과 같다. 1) 아무 것도 없는 제작공간에 파우더 소재(혹은 모래소재)를 도포한다. 이 과정을 리코팅(Recoating)이라고 하고 한다. 2) 제작공간 위에 파우더가 고르게 도포된 후, 특수한 모듈(Print head)에서 특수한 바인더(접착제)를 분사한다. 이 때 분사는 3D데이터를 슬라이스화 한 모양대로 분사한다. 이 과정을 프린팅(3D printing)이라고 한다. 3) 분사가 끝나면 다시 1번 작업(리코팅)을 한다. 이 것이 반복적으로 이루어지며 점차 쌓아올리면서 붙이는 방식으로 제작이 된다.
최근 Voxeljet에서 공개한 HSS(High speed stering) 방식은 위의 생산 방식에서 가열하는 공정이 추가된다. 리코팅 전후로 일률적으로 열을 가한 후, 바인더를 분사하는 방식으로 소개되있다. 이렇게 생산된 제품의 물성치는 실제품으로 사용할 수 있을 정도로 대단히 안정적인 것으로 알려져있다.
바인더 젯팅 방식의 가장 큰 장점은, 3D프린터 중 가장 빠른 생산 방식인 점이다. 생산방식에서 언급했던 특수한 모듈은 약 100mm 가량의 노즐에서 동시에 분사를 하기 때문에, 기존 3D프린터들이 한점을 중심으로 그리는 방식과 생산속도에서 큰 차이점을 보여준다. 그 와 동시에 열반응보다는 화학반응을 중심으로 3D프린팅을 하기 때문에 생산품의 크기가 매우 크다. 전세계에서 가장 큰 3D프린터인 VX4000의 생산 가능한 공간은 4m x 2m x 1m로 알려져있으며, 이 정도 규모의 안정적인 생산이 가능한 3D프린팅 방식은 아직까지는 유일하다.
바인더 젯팅 방식으로 제작된 제품도 당연히 단점이 있다. 첫번째 단점은 다공성의 특성을 가지고 있다는 점이다. 분말재료에 화학품을 뿌려 겉을 살짝 녹이는 방식으로 붙이기 때문에 형상이 눈으로 볼때는 매끈해보여도 막상 만져보거나 강도를 측정해보면 일반 상용 플라스틱 혹은 아크릴계열 파우더로 제작한 제품들이 비해 너무 약하게 제작된다. 이러한 형태의 불완전성은 제작 후에도 이어지는 것으로 알려져있는데, 특수한 코팅 작업을 하지 않으면 치수가 계속 변한다고 한다. 다공성이기 때문에 액체 등에도 취약하다고 한다.
다만, 이러한 단점은 모델링이나 시제품을 생산하는 기술자 입장에서는 장점이 된다. 강도가 약하기 때문에 후가공 과정이 매우 쉽다고 한다. 시제품의 특성상 맞춤작업이 필수적인데 이 때 너무 강한 소재는 작업자들이 작업하기 어려워하며 결과물의 품질에서도 차이가 난다고 알려져있다.
3.2. 적용 분야
Voxeljet 과정은 프로토타입이나 개별 파트, 정밀 주조, 그리고 모래 거푸집 주조와 같은 작은 부품의 금속 거푸집 모델이나 거푸집의 제작에 최적화 되어 있다. 추가로, 이러한 방법은 항공, 항공우주 산업, 자동화 산업, 연구와 약학, 영화와 엔터테인먼트 산업에서 뿐만 아니라 디자인 샘플, 예술 및 건축 부품에도 사용된다.3.3. 기재
Voxeljet은 서로 다른 수지에 의해 결합된 PMMA 입자를 기반으로 한 두 플라스틱 기재를 제공한다. 유럽 Voxeljet 고객 서비스 및 시스템 센터에서 이용 가능한 Polypor B binder는 세세한 디테일, 높은 예리도, 해상도 그리고 높은 성형체의 강도가 요구되는 상황에서 사용된다. Polypor C binder는 정밀 주조와 건축 모델 제작의 간단한 연료 소진 과정에서 사용되기 적합하다.
샌드 타입은 기하학적, 적용 목적에 따라서 개별적으로 선택된다. Voxeljet은 크기 입자화 방법에 따라서 샌드 역시 다른 것을 사용하는데 사용되는 알갱이의 사이즈에 따라서 주조 결과물의 표면 상태가 달라진다. 가장 흔히 사용되는 샌드는 석영으로 만들어진 것이고, 0.14mm, 0.19mm, 0.25mm의 크기 입자화에 사용될 수 있다. 제공되는 케팔라이트 샌드는 내열 기능이 있으며, 철 주조를 위한 기하학적, 내부 코어에 사용되는 데 적합하다.
4. 3D 프린팅 시스템
| 모델 | 기재 분류 | 인쇄 공간 면적 | 사양/특징 |
| VX200 | 샌드/PMMA | 300 x 200 x 150mm |
-대학, 연구실 용 -디자인 피스와 프로토타입에 대한 전문적인 적용 -추가 장비 불필요 -인쇄 속도: 12mm/h(=0.7l/h) -압력 프린트 헤드 시스템(프린트 해상도 300 dpi) -Voxeljet의 모든 입자 물질 사용 가능 |
| VX500 | 샌드/PMMA/PDB | 500 x 400 x 300 |
-산업 3D 프린트에 간단한 적용 -사용되지 않은 입자재는 재사용 가능 -레이어 두께80㎛, 해상도 600 dpi -울퉁불퉁한 디자인과 고품질의 부품으로 효과적, 지속적인 작업 -프로토타입과 소형 제품의 신속하고 경제적인 제작을 위한 훌륭한 선택 -Voxeljet의 모든 입자 물질 사용 가능 |
| VXC800 | 샌드 | 850 x 500 x ∞mm |
-지속적으로 작동하는 3D 프린터 -공정에 대한 방해 없이 인쇄와 해체 작업의 동시 진행 -수평적으로 기울여진 평면에서 이루어지는 프린팅 과정 -수평 벨트 컨베이어 -레이어 두께 300㎛ -600 dpi 해상도를 가진 고화질 Voxeljet 프린터 헤드 |
| VX1000 | 샌드/PMMA/PDB | 1060 x 600 x 500mm |
-고성능 장비 -600 dpi 해상도의 고성능 프린트 헤드 -비유기적 점착제와 함께 사용할 수 있는 친환경적 과정 -복잡한 기하학적 거푸집을 프린트 할 수 있으며, 저가 공급 중 -울퉁불퉁한 디자인과 고품질의 부품으로 효과적, 지속적인 작업 -Voxeljet의 모든 입자 물질 사용 가능 |
| VX2000 | 샌드/PDB | 2000 x 1000 x 1000mm |
-크고 작은 부품들의 신속하고 경제적인 제작 -오픈소스 자재 옵션 -통합된 자재 관리 시스템 -24/7 사용을 위한 산업용 3D 프린터 -울퉁불퉁한 디자인과 고품질의 부품으로 효과적, 지속적인 작업 |
| VX4000 | 샌드 | 4000 x 2000 x 1000mm |
-전세계의 가장 큰 3D 프린터 중 하나 -다중 인쇄 플랫폼을 통한 지속적인 작업 -인쇄 공간의 독자적인 적용을 위한 다양한 사용 -크고 작은 부품들의 신속하고 경제적인 제작 |
5. 함께 보기
3D 프린터 제조사 리스트6. 참고 문헌
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