필라멘트 융합, 레이저 소결 성능 향상 위한 PAEK 폴리머 기반 필라멘트 및 미세 분말 솔루션 소개
PEEK* 폴리머 선도 기업 빅트렉스는 적층 제조(3D 프린팅)를 위한 새로운 소재를 개발했다고 밝혔다. 새롭게 개발된 소재에는 소결되지 않은 분말의 재활용을 개선한 레이저 소결(Laser sintering)용 고강도 소재와 기존 폴리아릴에테르케톤(PAEK)* 소재보다 우수한 Z 강도 및 필라멘트 융합(Filament fusion)에 대해 향상된 인쇄성을 갖는 필라멘트가 포함된다. 보다 자세한 기술 결과는 영국 엑시터 대학교(University of Exeter)의 적층 제조 연구 센터 (Centre for Additive Layer Manufacturing)에서 오는 9월 개최하는 컨퍼런스에서 발표될 예정이다.
최근 각광 받고 있는 적층 제조 공정은 비용 절감, 시장 출시 기간 단축, 기존 방식으로 제조하기 복잡한 부품 생산 용이 등 다양한 이점을 제공한다. 일부 적층 제조에 적용되고 있는 PAEK 소재는 가공 및 사출 성형 등 기존 제조 방식에 따라 설계된 것으로, 최신 제조 공정에 최적화된 소재로 보기 어렵다. 특히, 레이저 소결을 위한 1세대 PAEK 소재는 매우 한정적으로 재활용될 수 있으며 새로운 분말을 이용하여 인쇄층을 거의 완전하게 재생해야 한다. 또한 필라멘트 융합에 사용되는 기존 PEEK 필라멘트는 층간 결합이 약해 Z 강도 손실을 유발할 수 있다.
이에 비해 빅트렉스가 개발한 새로운 폴리머 제품은 레이저 소결 시 기존 소재와 유사한 기계적 특성을 지니면서 낮은 재생 비율 (소결되지 않은 분말의 재활용 증가)을 보이며, 필라멘트 융합에서는 우수한 기계적 특성과 인쇄성을 구현한다.
빅트렉스 야곱 시구어슨(Jakob Sigurdsson) CEO는 “적층 제조를 위한 차세대 빅트렉스 PAEK 소재는 항공 우주 및 의료 기기를 포함하여 다양한 응용분야에 변화를 가져올 수 있는 잠재력을 지닌 주요한 개발”이라며, “이러한 성과는 적층 제조 혁신을 위한 빅트렉스의 지속적인 연구 개발 노력과 더불어, 빅트렉스가 주도하는 업계 및 연구 기관과의 컨소시엄**을 통한 협업의 결과”라고 설명했다. 또한 “고기능 소재와 결합한 적층 제조 공정이 컨셉에 머물러 있던 아이디어를 혁신 제품으로 만들어내는 과정을 지켜보며 혁신에 대한 잠재력을 확인하고 있다”고 덧붙였다.
빅트렉스의 수석 과학자인 존 그래스메더(John Grasmeder)는 “기술 혁신이 적층 제조용 PAEK의 흥미로운 미래를 개척하고 있다”며, “새로운 빅트렉스 폴리머 제품은 레이저 소결용 분말 재활용 작업이 매우 용이하며, 부분적으로 재활용된 분말에서 만들어진 시험 소재에서 기계적 특성의 손실이 관측되지 않았다는 점에서 고무적”이라고 설명했다. 또한 “우리는 제조 후 회수되는 비소결 분말 모두를 재사용할 수 있을 것으로 기대하며, 이를 통해 최대 40% 가 폐기되거나 재사용되지 못하는 기존 폴리아릴에테르케톤(PolyArylEtherKetone) 소재 대비 재료 비용을 상당 수준 절감할 수 있을 것으로 생각한다”고 덧붙였다.
적층 제조 개발 파트너십 확립
빅트렉스는 업계 및 연구 기관이 참여한 컨소시엄을 이끌고 있다. 컨소시엄은 2016년 영국 Innovate UK의 연구 자금 지원으로 적층 제조 관련 기술 발전을 위한 혁신적인 연구 및 개발을 수행하고 있으며, 특히 우주 항공 응용분야의 적층 제조를 위한 비용 효율적인 고온용 폴리머 복합소재(컴포지트) 개발에 주력하고 있다. 컨소시엄 회원사로는 에어버스 그룹 이노베이션(Airbus Group Innovations), EOS, 영국 엑시터 대학교 적층 제조 연구 센터(CALM), E3D-Online, HiETA 테크놀리지 (HiETA Technologies), 사우스 웨스트 메탈 피니싱(South West Metal Finishing), 3T-RPD 등이 있다.
새로운 빅트렉스 PAEK 필라멘트 및 분말 솔루션은 Innovate UK 프로젝트의 타 회원사가 개발한 기술과 연계된다. EOS는 최근 산업용 플라스틱 부품의 레이저 소결을 위한 자동 제조 플랫폼(EOS P 500)을 선보였다. 고온에서 고기능 폴리머 인쇄가 가능한 EOS P 500 플랫폼 개발을 위해, EOS의 R&D 시설에서 컨소시엄에서 선정한 소재로 현 EOS 시스템 및 새로운 플랫폼에 대한 사용 가능성을 평가한 바 있다. 빅트렉스는 또한 E3D 사와 협업하여 새로운 PAEK 필라멘트 제품의 상용 예비 테스트를 계획하고 있다. E3D는 최근 새로운 PAEK 필라멘트에 최적화된 새로운 수냉식 필라멘트 압출기 헤드를 상용화했다.
빅트렉스는 35년 이상 특정 영역에 대한 폴리머, 형상 및 부품을 이르는 제품 포트폴리오에 기반해 새로운 PAEK/PEEK* 폴리머를 개발하고 응용 분야를 개척해왔다. 가볍고 높은 강도의 PEEK 폴리머는 마모, 고온, 피로 및 화학물질에 대한 높은 내성으로 까다로운 환경이나 요구 사항에 필요한 성능 구현을 지원하면서 유연한 설계 및 비용 효율적인 생산에 기여한다.
* VICTREX™ PEEK와 같은 PEEK(폴리에테르에테르케톤)는 PAEK(폴리아릴에테르케톤) 계열의 고기능 열가소성 플라스틱 수지다.
** 빅트렉스가 이끄는 적층 제조 컨소시엄은 Innovate UK로부터 연구 자금을 지원받았으며, 에어버스 그룹 이노베이션(Airbus Group Innovations), 3T-RPD Ltd, E3D-Online, EOS, 영국 엑시터 대학교 적층 제조 연구 센터(CALM), HiETA 테크놀리지 (HiETA Technologies), 사우스 웨스트 메탈 피니싱(South West Metal Finishing)등이 회원사로 참여하고 있다.