부드러운 소재에서 단단한 소재로: 폴리머 3D 프린팅이 어떻게 "인간형 로봇"의 대량 생산을 가능하게 하는가?

7월 3일, 제2회 휴머노이드 로봇 산업 사슬 포럼이 선전에서 성공적으로 막을 내렸습니다.

이번 포럼에서 중커산웨이(브랜드명 "iSUN3D")의 총괄매니저인 스다오쿤은 "연성에서 강성까지, 검증에서 응용까지: 폴리머 3D 프린팅 솔루션이 로봇 산업의 지속적인 발전을 뒷받침하다"라는 제목으로 기조연설을 했습니다.

I. 3D 프린팅이 "필수 옵션"이 된 이유

휴머노이드 로봇 산업은 지속적으로 호황을 누리고 있습니다. 고분자 소재와 3D 프린팅 기술의 결합은 설계부터 생산까지의 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라, 로봇에 "경량, 고성능, 지능, 인간화"와 같은 핵심적인 특징을 직접적으로 부여합니다.

구체적으로, 고분자 3D 프린팅 기술의 적용은 다음과 같은 네 가지 주요 장점을 가지고 있습니다.

종합적인 소재: 견고한 골격부터 유연한 피부까지, 포괄적인 요구 사항을 충족합니다.

높은 구조적 자유도: 복잡한 생체모방 구조를 손쉽게 구현할 수 있습니다.

빠른 반복 속도: 금형을 열거나 수정하거나 검증할 필요가 전혀 없습니다.

비용 절감: 시행착오 및 초기 대량 생산 비용을 크게 절감합니다.

II. 휴머노이드 로봇 분야에서 3D 프린팅의 응용 가능성 탐구

현재 FDM, 광경화, SLS와 같은 주류 폴리머 3D 프린팅 기술은 휴머노이드 로봇의 연구, 개발 및 생산에 널리 적용되고 있습니다.

1. FDM 기술 — 경제적이고 효율적

장점 및 특징: 장비 및 재료 진입 장벽이 낮고, 종합적인 비용 효율성이 매우 뛰어나며, 재료 종류가 풍부하고 다양합니다. 일반적인 PLA 및 ABS 소재, TPU 및 PEBA 계열 연성 소재, PA, PA-CF, 난연성, 정전기 방지 등의 엔지니어링 소재는 물론 PEEK 등의 특수 소재까지 모두 로봇 제조에 적용할 수 있습니다.

주요 응용 분야: 로봇 외피, 하중 지지 구조 부품, 기어박스 및 인공 근육.

2. 광경화 기술 — 높은 정밀도와 뛰어난 성능

장점 및 특징: 탁월한 성형 정밀도와 우수한 표면 품질을 자랑하며, 다양한 수지 소재 시스템을 통해 폭넓은 변형 및 조절이 가능합니다.

주요 응용 분야: 소프트 액추에이터, 고정밀 엔드 이펙터, 생체공학 피부 및 근골격계.

탄성 수지 + 생체모방 격자 디자인

탄성 수지와 생체 모방 격자 구조를 결합한 광경화 기술은 부드러움과 단단함을 동시에 갖춘 복잡한 부품을 일체형으로 인쇄할 수 있습니다. 예를 들어, 생체 모방 손과 발을 제작할 때, 내장된 고정밀 다공성 골격을 인쇄할 뿐만 아니라 외부 격자 구조를 통해 점진적인 강성을 구현하여 기계에 높은 하중 지지력과 사람과 같은 부드러운 촉감을 동시에 제공할 수 있습니다.

손바닥 부위: 피부 감촉 특성을 충족시키기 위해 더욱 촘촘한 격자 구조를 적용하여 부드러움을 높였으며, 손바닥 패드의 형태에 맞춰 격자 구조를 분할하여 "들어 올리기, 밀기, 누르기, 쥐기"와 같은 다양한 동작 상황에 대응할 수 있도록 설계했습니다.

팔 안쪽 오목 부위: 평소에 주로 압력을 받는 부위이며, 자주 접고 쥐어짜는 동작을 해야 합니다. 따라서 팔의 유연성을 높이고 동시에 위팔과 아래팔의 변형 범위를 넓히기 위해 강도가 낮은 X자형 격자를 선택할 수 있습니다.

상완 및 전완 부위: 상완과 전완은 손을 들어 올리거나 물건을 들거나 지지하는 등의 동작 시 대부분의 힘을 받는 부위이므로 높은 강도가 요구됩니다. 본 제품은 매우 견고한 격자 구조를 채택하여 높은 탄성과 인장 강도를 제공합니다.

3. SLS 기술 — 지지대 없이, 가볍고 고강도

장점 및 특징: 분말층을 이용한 자립형 성형으로 복잡한 공간 구조에 적합하며, 나일론 PA12 및 PEBA와 같은 산업용 분말을 사용하여 우수한 기계적 특성과 내마모성을 갖습니다.

주요 응용 분야: 정밀 변속 구조물, 복잡한 연결 부품 및 볼 조인트.

III. 연성에서 강성까지 — eSUN 3D 프린팅 소재 풀 매트릭스 솔루션

eSUN은 로봇 산업의 고성능 복합 소재 수요 격차를 해소하기 위해 강력한 고분자 소재 연구 개발 플랫폼을 기반으로 "소재 + 장비 + 공정 + 설계 + 제조 서비스"의 원스톱 솔루션을 구축했습니다.

1. 광경화성 수지 솔루션: 전통을 깨고 강도와 인성을 결합하다

eSUN 광경화성 수지 제품의 경도 범위는 55A에서 85D까지이며, 종류는 연성 및 탄성, 수세식, 일반 경질, 고경도, 고인성 등 다양합니다.

고경도 및 고인성 수지: 기존 수지가 강도와 인성을 동시에 고려할 수 없다는 한계를 극복한 이 수지는 탭 가공이 가능하고 충격에 강하며 산업 제조 분야에서 대규모로 사용되고 있습니다.

FlexOne 시리즈 단일 성분 탄성 수지는 혼합이 필요 없고, 개봉 즉시 사용 가능하며, 가사 시간에 제한이 없습니다. 그중 FlexOne 55A 탄성 수지는 파단 신율이 매우 높고, 탄성 회복력이 뛰어나며, 굽힘 저항성이 우수합니다. 또한, 피부 민감성 및 자극성 테스트를 통과하여 휴머노이드 로봇의 근육 및 관절과 같은 적용 분야에 완벽하게 적합합니다.

2. FDM 3D 프린팅 솔루션: 초유연 소재부터 특수 엔지니어링 제품까지

eSUN은 일반, 강화, 초강력, 경량, 정전기 방지, 난연성 등 다양한 종류의 FDM 필라멘트를 제공합니다.

고성능 엔지니어링 필라멘트: 탄소 섬유 강화 PA/ABS/PLA, 산업용 PEEK 등은 고강도, 고강성, 고온 저항성, 충격 저항성 등의 특성을 지니고 있어 로봇 생체 모방 팔, 변속 기어, 하중 지지 골격 등에 완벽하게 적용됩니다.

유연성 필라멘트(PEBA, TPU 등): 로봇 소프트 액추에이터의 요구 사항을 충족합니다.

*eSUN FDM 소재는 국내외 경진대회 로봇, 달 탐사 로봇, 로봇 강아지 등의 설계 및 응용 분야에 성공적으로 적용되어 왔습니다.

3. 종합 서비스: iSUN3D의 유연하고 탄력적인 제조 솔루션

초대형 고속 광경화 장비: 576 제공최대 출력 높이가 650mm에 달하는 324mm 초대형 DLP 프린터로, 로봇 몸통 전체를 단 10시간 만에 완성할 수 있습니다!

격자 디자인 플랫폼:

1. 다양한 격자 구조를 선택하고 조절할 수 있어 더욱 풍부한 디자인을 구현할 수 있습니다.

2. 자동 채우기, 모델 구조의 신속한 분석 및 한 번의 클릭으로 격자 파일 생성;

3. 구조적 응력/분포 분석을 통해 불연속적인 연결선/표면 메우기 및 신속한 결함 복구가 가능합니다.

4. 외형 데이터 가져오기, 다양한 응력 영역의 대상 격자를 신속하게 채움.

eSUN은 연성 소재부터 경성 소재까지, 소재 연구 개발 혁신을 통해 3D 프린팅 기술의 산업적 응용 및 발전을 촉진하는 데 전념하고 있습니다. 업계 기업, 장비 및 소프트웨어 공급업체, 대학 및 연구 기관과의 심도 있는 협력을 통해 휴머노이드 로봇용 3D 프린팅 응용 생태계를 공동으로 구축하고, 이 산업의 신속하고 건전한 발전을 도모하고자 합니다.