데이터 기반 3D 프린팅, 기존 설계방식 구원투수 될까? - AI타임스
HOME 인쇄전자 3D
승인 2019.10.06 12:29
싱가포르기술지다인대학(SUTD), 강성 다양 발목 보호대 설계 적용
CAD 같은 기존 컴퓨터 보조설계 도구 대안 미지수
(AI타임스=양태경 기자) 최근 싱가포르기술지다인대학(SUTD)의 과학자들은 ‘데이터에 기반한 접근법’으로 3D 프린팅함으로써 고차원 설계영역을 신속하게 탐색하고 바로 활용할 수 있는 거시적 ‘적층(積層)가공’ 방식 도입을 제안, 많은 설계자들의 관심을 끌기 시작했다고 지난달 20일(현지시간) 사이언스데일리가 전했다.
3D 프린팅이라고도 알려져 있는 ‘적층가공’ 방식은 제품의 제조과정에서 재료를 추가하고 부품을 겹겹이 쌓아가면서 가공하는 공정으로, 싱가포르기술지다인대학(SUTD)의 디지털제조 및 설계센터 연구원들은 사용자가 편안함과 만족을 느끼도록 강성이 다양한 발목 보호대를 설계하는데 이 거시적 ‘적층가공’ 방식을 적용했다. 이 설계방식으로 연구원들은 관절의 회복과정을 용이하게 함은 물론, 조정가능한 기계적 성능까지 둘 다잡고 있다.
설계단계에서 연구원들은 강성을 맞춤화할 수 있는 금속물질을 선택, 데이터에 기반한 설계방식으로 기하학적 방향과 치수를 최적화 해 원하는 강성분포를 얻을 수 있었다.
일반적으로 제품 제조공정에서 설계자의 가장 큰 고민은 설계를 맞춤화 하기 위해 어떻게 비용을 최소화하고 또 혹 있을지 모를 제조상의 난관을 어떻게 극복하느냐 하는 것이다. 제품에 따라 기하학, 위상, 구조 및 재료가 너무 다양해 수백만 가지의 설계대안 중에서 최적의 설계 솔루션을 찾아야 하기 때문이다. 현재의 설계방법과 CAD 와 같은 컴퓨터 보조설계 도구로는 고되고 힘든 설계작업일 수밖에 없다.
이에 싱가포르기술지다인대학(SUTD)의 연구원들은 ‘데이터에 기반한 접근법’으로 3D 프린팅함으로써 독특하면서도 동작이 편안한 보호대를 만든 것이다. 보호대는 환자가 착용하고 움직이기 편안해야 만족도를 높일 수 있다. 그러기 위해서는 부드럽고 착용감이 좋아야 함은 물론이다. 하지만 환자가 무리하게 움직여야 할 경우, 기존 설계방법으로는 예기치 않게 가해지는 하중을 견뎌내지 못해 환자의 관절을 보호할 수 없다.
싱가포르기술지다인대학(SUTD)의 연구원인 이시옹 박사는 "예전에는 기존 제조의 한계로 인해 설계자들이 복잡한 기하학적 설계를 상상하기 어려웠으나 지금은 적층가공 기법으로 쉽게 달성할 수 있다”며 “우리의 새로운 접근방식은 설계자들이 설계 패러다임의 변화와 동반하는 적층가공의 설계재량권을 십분 발휘해 발목 보호대와 유사한 최적의 제품을 만들 수 있게 해 준다"고 말했다.
또한 싱가포르기술지다인대학(SUTD) 교수이자 디지털제조 및 설계센터의 센터장인 데이비드 로젠 교수는 “적층가공 기법의 도움으로 우주탐사 및 개발능력이 발전되면서 연구팀은 적층가공용 차세대 CAD 시스템을 개발하기 위한 보다 야심찬 목표를 향해 나아가고 있다”면서 "이 적층가공용 CAD 시스템은 설계자들이 기존의 설계 및 제조장비로는 달성할 수 없었던 형태의 복잡한 기하학 및 재료구조를 가지고 원하는 제품을 설계할 수 있게 해 줄 것이다. 설계자들은 기존 방법에 비해 설계 솔루션을 10배 이상 빠르게 검토할 수 있다"고 덧붙였다.
하지만 데이터에 기반한 설계 맞춤화에 대한 기존 제품 설계자들의 전망은 엇갈린다. 일각에서는 제품의 설계 프로세스 단계에서 설계검색 및 최적화에 일대 전환점이 될 것이라는 기대가 있는 반면, 기존의 설계 마인드를 바꿔야 하기 때문에 제품개발을 위한 적층가공만의 독특한 장점과 잠재력을 충분히 실현하는 것은 어려운 과정이 될 수 있다는 관측도 있어 데이터에 기반한 이 새로운 3D 프린팅 방식이 기존 설계 프로세스의 대안으로 새바람을 불러올 수 있을지 관심이 모아진다.