다중 재료 적층 제조로 사내 프로토타입 제작의 문이 열렸습니다.

이번 주, 미주리 대학교 연구팀은 과학 저널 네이처 커뮤니케이션즈에 복잡한 다중 소재 장치를 3D 프린팅하는 새로운 방법을 소개하는 연구를 발표했습니다. 이 방법은 레이저와 잉크 직접 인쇄를 활용하여 신제품 설계자들에게 새로운 차원의 유연성을 제공합니다. 연구진이 발견한 내용과 향후 몇 년 안에 여러 산업에 어떤 혁신을 가져올지 소개합니다.

다중 재료 적층 제조의 주요 문제점

다양한 재료와 프로세스를 사용해야 하는 품목을 제조하는 것은 산업 혁명 초기부터 엔지니어들이 해결하려고 시도한 가장 큰 작업 중 하나였습니다. 오늘날 이 작업은 여전히 ​​시간과 비용이 많이 들고 여러 제3자의 도움이 필요합니다.

출처 - 미주리대학교

현재 3D 프린팅 산업은 혁명의 한가운데에 있습니다. 이러한 장치의 유용성을 향상시킨 새로운 기술, 방법 및 재료가 있습니다. 그러나 이러한 장치는 재료 교차 및 기능이 제한되어 있습니다. 연구원들이 도입한 방법은 이 작업을 플라스틱, 금속 및 반도체를 정확하게 인쇄할 수 있는 단일 프린터로 간소화할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

낭비적인

복잡한 다재료 제품을 제조하는 것은 매우 낭비적입니다. 사내에서 직접 제작할 경우, 위치와 자금 제약에 맞춰 공정을 조정해야 합니다. 아웃소싱할 경우, 여러 제조업체로 제품을 운송하는 데 추가 비용이 발생합니다. 연구진이 제안하는 일체형 3D 프린팅 공정은 이러한 우려를 해소하고 효율성을 극대화할 수 있는 간소화된 사내 제작 방식을 제공할 것입니다.

다중 재료 적층 제조 연구

이 연구에서는 FMAP(Freeform Multi-Material Assembly Process)를 소개합니다. FMAP는 단일 기계를 통합하여 여러 제조업체가 수행했던 작업을 수행합니다. 작업을 수행하기 위해 프린터는 FFF(융합 필라멘트 제조), DIW(직접 잉크 쓰기) 및 FLI(자유형 레이저 유도)를 사용하여 재료 전반에 걸쳐 인쇄 기능을 향상시킵니다.

보고서에 따르면 특수 목적으로 제작된 3노즐 3D 프린터가 제작되었습니다. 첫 번째 노즐은 필라멘트를 추가하는 작업을 맡았습니다. 두 번째 노즐은 열린 공간에서 재료를 변경하기 위해 자유형 레이저 유도(FLI)를 사용했습니다. 그런 다음 최종 노즐에는 품목을 완성하는 데 필요한 첨가제와 기타 기능성 재료가 도입되었습니다.

Test

테스트에는 폴리카보네이트 변형을 사용하여 복잡한 장치를 만드는 것이 포함되었습니다. 이 장치에는 미리 설계되어 높은 정확도로 자율적으로 적용되는 기능성 재료가 있었습니다. 전체적으로 연구원들은 작동하는 UV 센서, 3D 자기 인코더, 크로스바 LED 회로, 다기능 스프링용 장력 센서 및 용량성 센서를 만들었습니다. 그들의 마지막 작업은 가장 어려운 작업이었습니다. 일반적으로 나노물질 합성에 사용되는 줄(Joule) 히터가 내장된 통합 미세유체 반응기였습니다.

연구원

이 연구는 미주리 대학교에서 수행되었습니다. 박사과정 학생 Bujingda Zheng이 주도했습니다. 또한 기계 및 항공우주 공학 부교수인 Jian "Javen" Lin이 이 프로젝트를 공동 주도했습니다. 연구 자금은 국립과학재단(NSF) 첨단 제조 프로그램과 NSF I-Corps에서 나왔습니다.

영감

프로젝트에 대한 인터뷰에 응한 연구원들은 자연에서 영감을 얻었다고 답했습니다. 자연은 낭비하지 않는다고 설명했습니다. 모든 세포가 목적과 구조를 가지고 통합되도록 진화합니다. 그들의 목표는 이러한 수준의 효율성을 오늘날의 제조 공정에 적용하여 낭비를 줄이는 동시에 혁신을 추진하는 것입니다.

다중 재료 적층 제조의 이점

연구진이 개발한 새로운 3D 프린팅 기술은 여러 가지 이점을 제공합니다. 첫째, 제품 제작 비용을 절감할 수 있습니다. 다중 소재, 다층 센서, 회로 기판, 섬유를 제작할 수 있는 단일 기계는 업계에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 여기에 전자 부품을 통합할 수 있는 기능이 추가되면 차세대 엔지니어들이 자유롭게 창작할 수 있는 문이 열립니다.

더 나은 프로토타이핑

이러한 일체형 프린팅 장치를 통해 엔지니어는 오늘날의 방식보다 훨씬 빠르게 프로토타입을 제작하고 테스트할 수 있습니다. 3D 프린팅된 장치는 현재 일반적으로 새로운 장치의 프로토타입을 제작하는 데 몇 주가 걸리는 것과 달리 몇 시간 또는 며칠 만에 제작될 수 있습니다. 미래에는 디자이너들이 프로토타입 제작 과정에 대한 걱정 없이 제품을 개발할 수 있게 될 것입니다.

이 장치는 전 세계 여러 기업의 사내 R&D 역량을 강화할 것입니다. 제조 시간과 비용을 절감하고 신제품 출시를 앞당길 수 있습니다. 따라서 연구자들의 노력에 많은 관심이 쏠리고 있습니다.

다중 재료 적층 제조 애플리케이션

통합 3D 프린팅 장치에는 다양한 응용 분야가 있습니다. 이러한 단위는 생성하기가 더 쉽습니다. AI를 통합하여 품질 관리를 개선할 수 있는 자동화 시스템을 활용합니다. 다음은 향후 몇 년 내에 시장에 출시될 수 있는 이 기술의 몇 가지 유망한 응용 프로그램입니다.

하이엔드 천연 센서

자연을 모니터링하는 것은 생태계를 방해하지 않고 지속적으로 데이터를 수집하는 능력을 요구하는 정밀 과학입니다. 이 작업을 수행하기 위해 연구자들은 감지 장비를 숨기는 영리한 방법을 만들었습니다. 이 새로운 3D 프린팅 방법을 통해 실시간 데이터를 제공하면서 환경과 완벽하게 조화를 이루는 자연스러운 물체를 생산할 수 있습니다.

더 똑똑한 기계

또 다른 응용 분야는 느낄 수 있는 기계를 만드는 것입니다. 온도 및 압력 센서를 장치에 통합하면 이러한 장치에 또 다른 인식 계층이 제공됩니다. 미래에는 이 기술을 사용하여 로봇을 더 작고 민첩하게 만들 수 있습니다.

웨어러블 센서

웨어러블 시장이 성장하고 있다. 피트니스, 군사 및 의료 부문에 걸쳐 대규모 투자가 이루어지고 있습니다. 웨어러블은 사람들이 건강 문제에서 회복할 수 있도록 돕는 역할을 했습니다. 실시간 모니터링을 제공하며 매우 인기가 높습니다. 3D 프린팅 기능을 통합하면 이러한 장치가 더 작고 더 편안해집니다. 따라서 장기간 또는 영구적인 마모를 위해 제작될 수 있습니다.

웨어러블 시장은 빠르게 성장하는 분야로, 올해 186.48억 XNUMX천만 달러에 이를 것으로 예상되는 보고서가 있습니다. 게다가 분석가들은 예측 업계는 17.60%의 CAGR로 성장하여 493.26년까지 2029억 3천만 달러에 도달할 것입니다. 이러한 장치를 XNUMXD 프린팅하면 더 쉽게 접근할 수 있고 제조 비용이 저렴해 채택이 더욱 촉진될 수 있습니다.

로봇

로봇 공학은 이러한 혁신을 통해 가장 큰 이점을 누릴 수 있습니다. 3D 인쇄 회로와 복잡한 장치는 로봇의 무게를 줄일 수 있습니다. 무게가 줄어들면 이러한 장치의 전력과 배터리 수명이 증가합니다. 따라서 미래의 로봇은 이전 로봇보다 더 가볍고, 더 빠르고, 더 똑똑하고, 더 민첩해질 것입니다. 또한, 3D 프린터를 통합하여 원격지에서 자가 수리를 수행할 수도 있습니다.

이러한 조사 결과를 통해 이익을 얻을 수 있는 회사

3D 프린팅 산업은 여러 방향으로 시장을 주도하는 혁신을 통해 계속해서 확장되고 있습니다. 특히 3D 프린팅 마이크로칩 산업은 가장 빠르게 성장하고 가장 성공적인 산업 중 하나입니다. 새로운 3D 프린팅 방법을 통합하여 제품과 효율성을 향상시킬 수 있는 몇몇 회사는 다음과 같습니다.

1. 퀄컴

(QCOM )

Qualcomm Incorporated는 1985년 서비스를 시작한 이후로 통신 및 기술 시장의 선구자 역할을 해왔습니다. 이 제조업체는 첨단 통신 장비 및 반도체를 생산하여 명성을 얻었습니다. 가장 유명한 제품은 CDMA/WCDMA 및 Snapdragon 프로세서입니다.

퀄컴은 여전히 ​​시장을 지배하고 있습니다. 샌디에이고에 본사를 둔 이 회사는 35.82년에 2023억 XNUMX천만 달러의 수익을 확보했습니다. 이 회사는 강력한 "보유” 시장 포지셔닝과 출시 예정인 혁신적인 제품으로 인해. 인기 있는 칩셋에 포괄적인 3D 프린팅 프로세스를 통합하면 수익이 증가하고 낭비가 줄어듭니다.

2. 오늘 고성능 팹리스 반도체 회사인 Monolithic Power Systems가 Adexa의 공급망 계획 및 수요 계획 솔루션을 선택하여 구현하고 있다고 발표했다.

(MPWR )

Monolithic Power Systems, Inc.는 시장의 선구자로 여겨지는 또 다른 상장 반도체 제조업체입니다. 이 회사는 미국 워싱턴에 본사를 두고 있으며 1997년에 설립되었습니다. 현재 자동차, 산업, 통신, 컴퓨팅, 스토리지 등 다양한 산업 분야에서 제품을 사용하고 있습니다.

Monolithic Power Systems Inc.는 1.82년에 2023억 3천만 달러의 매출을 기록했습니다. 반도체 수요가 증가하고 있다는 점은 주목할 만하며, 많은 사람들이 이 제조업체를 자사 포트폴리오에 추가할 만한 현명한 선택으로 여기고 있습니다. 새로운 XNUMXD 프린팅 공정을 도입하면 비즈니스 모델을 더욱 강화하여 혁신과 수익을 창출할 수 있습니다.

다중 재료 적층 제조의 미래

3D 프린팅 시장의 미래는 밝다. 이러한 장치는 그 어느 때보다 인기가 높으며 금속부터 의약품까지 모든 것을 인쇄하기 위해 만들어졌습니다. 주목할만한 몇 가지 멋진 3D 프린팅 프로젝트를 소개합니다.

스페이스 프린팅

지구에서 장치를 인쇄하는 것은 별개의 문제입니다. 하지만 저중력 환경에서는 완전히 다른 작업입니다. 최근 연구진은 이러한 장치를 우주에서 작동할 수 있도록 설계된 새로운 3D 프린팅 공정을 시험했습니다. 이 연구는 더 긴 우주 여행과 지속가능성이 최우선 과제가 되는 미래를 향한 문을 열어줍니다.

의학 인쇄

미래의 약품은 지역 약국에서 3D 프린팅될 것입니다. 최근 이러한 장치의 품질 관리 메커니즘에 획기적인 발전이 있었습니다. 머지않아 3D 프린팅 의약품은 인간이 혼합한 옵션보다 더 정확하고 정밀해지며, 보다 효율적인 유통과 개인화된 치료의 문을 열어줄 것입니다.

다중 재료 적층 가공 – 공상과학에 더 가까워지다

이러한 개발은 금속, 플라스틱 및 전자 장치를 통합하는 완전한 전자 기능 장치를 인쇄할 수 있는 기능을 통해 업계를 SF에 더욱 가깝게 만듭니다. 이 기능은 시장에 새로운 수준의 독창성을 제공하고 창작자가 자유롭게 혁신할 수 있도록 지원합니다. 따라서 연구자들이 계속해서 그 기능을 탐구함에 따라 이 장치에 대한 더 많은 적용 범위를 볼 수 있을 것으로 예상할 수 있습니다.

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