MITMassachusetts Institute of Technology의 연구진이 현재 상용 제품보다 최대 10배 빠른 성능을 제공하는 데스크탑 3D 프린터를 개발했다. 3D 프린팅의 난제인 속도 문제를 해결하여 대중화를 앞당길 수 있는 단초로 기대된다.
연구진은 상용 데스크톱 3D 프린터의 경우, 인쇄 속도는 평균 20cm3에 불과한데, 이러한 느린 속도의 원인이 핀치 휠pinch-wheel 메커니즘에 있다고 분석했다. 핀치 휠 메커니즘은 프린트의 헤드에 있는 두 개의 작은 바퀴가 회전하여 재료를 공급하는 방식으로, 낮은 속도에서는 원활히 작동하지만, 성능을 향상시키기 위해 더 많은 힘을 가하게 되면 휠이 재로에 대한 그립력을 잃는 단점이 존재한다. 이에 따라 프린팅의 속도를 향상시키는 일은 어려웠다.
연구진은 핀치 휠 디자인을 헤드 내에서 회전하는 나사 메커니즘으로 대체했다. 나사를 돌려 재료와 더 많은 접촉면을 발생, 그립력이 유지되도록 함으로써 높은 힘과 속도로 노즐에 재료가 공급될 수 있게 개선한 것이다. 또 노즐을 통과하기 이전에 필라멘트를 가열하고 녹이는 레이저를 추가했다. 이는 노즐 벽을 가열하는 기존의 방식보다 재료가 더 빠르고 완전하게 용해되도록 하여 공급 속도를 끌어올리기 위함이다. 레이저는 재료에 전달되는 열량을 정교하게 제어할 수 있는 이점도 있다.
마지막으로 두 개의 모터로 구동되는 H형 프레임으로 프린트 헤드를 고정하는 모션 스테이지에 연결시켜 고속 갠트리 메커니즘을 구현했다. 여러 위치와 평면 사이를 빠르게 움직일 수 있도록 하여 개선된 재료의 공급량에 맞춰 움직임이 구현되도록 한 것이다.
존 하트 MIT 기계공학 부교수는 “3D 프린팅의 시간을 단축시킨다는 것은 이 시장을 확산시키는 기폭제”라며 “프로토 타입의 부품을 더 빠르게 얻을 수 있게 되면, 시제품 테스트를 더 빠르게 수행할 수 있다. 기계 장치를 수리하는 데 창고에서 해당 부품을 가져오는 시간보다 더 빠르게 맞춤 부품의 3D 프린팅이 가능하게 되면 수리팀의 차량에 3D 프린터를 설치하는 사례가 더 증가할 것”이라고 기대했다.
