[활용사례] 구텐베르크 3D프린터 및 포티콘 재료를 통한 '로봇 제작'

J&Tek Corp.
6월 9일
2분 분량

안녕하세요! (주)제이엔텍입니다.

해당 게시물에서는 GUTENBERG(구텐베르크) 3D프린터 및 포티콘 재료를 통해

4족보행로봇 / 음료서빙로봇 / 로봇부품제작 등 로봇관련 활용사례를 소개합니다.

구텐베르크(Gutenberg) 3D프린터는 2023년부터 일본의 특수화학제품 제조업체인 오츠카 화학과 전략적 자본·업무 제휴를 체결하였습니다. 현재 포티콘(Poticon) 공동 개발 및 장비 최적화를 통해 더욱 진화된 출력 솔루션을 제공하고 있습니다.

포티콘(Poticon)은 티탄산칼륨 섬유 소재 TISMO(티스모)를 플라스틱과 혼합한 기능성 수지 복합 재료입니다. 유리섬유의 수천 분의 1 크기인 미세 섬유인 TISMO는 높은 강도와 강성을 유지하면서도 치수 안정성을 부여합니다.

구텐베르크의 G-ZERO 3D프린터와 포티콘(Poticon) 필라멘트의 결합은 단순한 출력을 넘어 제조의 새로운 대안을 제시합니다. 오츠카 화학과의 기술 협력을 통해 완성된 이 최적의 조합은 사출 성형에 버금가는 강력한 성형 강도와 정밀한 치수 안정성을 실현합니다.

오츠카 화학은 일본 대학 파트너들과 함께 개발한 두 가지 로봇 응용 분야에서 포티콘의 유효성을 검증했습니다. 도쿄 공업대학 엔도 연구실과 협력하여 기능성 기계 부품과 기어를 갖춘 4족 보행 로봇을 제작했고, 니혼 대학 정밀공학과 이리에 연구실과 협력하여 3D 프린팅으로 제작된 감속 기어를 사용하는 음료 서빙 로봇을 제작했습니다. 두 로봇 모두 부하 상태에서 작동하여 소재의 기계적 성능을 외관적인 측면이 아닌 기능적인 측면에서 검증했습니다.

사례1) 4족보행 로봇 제작

도쿄 공업대학 엔도 연구소 제작 : 4족보행 로봇

'거미형 4족보행 로봇'은 도쿄 공업대학 엔도 연구소와 협력하여 포티콘 필라멘트 및 구텐베르크 3D 프린터를 통해 기계 부품과 기어를 제작하였습니다.

4족 보행 로봇의 전체 중량은 약 14~15kg 정도로, 모터/감속기/배터리가 차치하는 비율이 10㎏이상이였기 때문에 기구 구조 부품을 가능한 한 경량화해야했습니다. 이에 그들은 포티콘 재료를 이용한 부품 경량화를 선택하게 되었습니다.

3D프린터 도입 전에는 다리 관절 부품에서 사용되던 알루미늄의 굽힘 가공이나 폴리아세탈 수지의 블록의 깎아 내기 등의 공법에서는 가공 비용이 너무 비싸서 제약이 많았으며, 가공에 1개월 이상의 시간이 걸렸기 때문에 검토 및 수정 과정을 반복하는 것이 어려웠습니다. 하지만 3D프린팅 도입 후에는 빠른 사이클 타임으로의 수정 및 피드백을 여러번 반복할 수 있어 한정된 기간에 매우 유용했습니다.

또한, 예를 들어 회전부의 볼 베어링을 수용하는 베어링 홀더는 조형 후에 베어링을 삽입하는 과정이 필요한데, 압입으로 곧바로 장착이 이루어지고 있어 후가공이 필요없는 치수 정밀도로의 조형이 가능하고 압을 견딜 수 있는 강도를 확보할 수 있습니다.

(좌) 베어링 홀더 / (우) 유성 기어

4족 보행 로봇의 현 모델에서는 금속제의 감속기를 채용하고 있습니다만, 한층 더 경량화에 의한 에너지 소비 삭감이라고 하는 점에서, 감속기의 수지화도 검토를 실시하고 있습니다. 포티콘 필라멘트를 이용해 높은 내구성과 높은 치수 정밀도를 가지는 유성 기어(사진 8)나 사이클로이드 기어 등을 조형·제안해, 현재, 도쿄 공업 대학에서 평가·검토를 진행해 주시고 있습니다.

사례2) 음료서빙 로봇 제작