사용 목적 맞는 3D프린터 및 기능성 소재 활용 국내 VR 헤드셋 제작 사례

3D프린팅 활용 개인 맞춤 디자인·기능 부품 신속 제작, 수리·개조 수월

부품 기능에 맞는 적합 소재 개발 제품 품질·성능 좌우, 면밀히 고려해야

▲조안기 3D시스템즈 팀장(anki.jo@3dsystems.com)

VR 헤드셋(Virtual Reality headset)은 가상 현실(Virtual Reality)을 경험할 수 있는 장치다. 이 헤드셋은 눈을 가리고 있고, 두 개의 렌즈를 포함하고 있어 사용자에게 새로운 시각적 경험을 제공한다. 또한 이 장치는 사용자의 머리 움직임을 감지하여, 사용자가 둘러보는 방향과 같은 정보를 가상 현실 시스템에 보내어, 현실감 있는 경험을 제공한다.

VR 헤드셋은 대개 컴퓨터나 게임 콘솔 등과 연결하여 사용한다. VR 게임, 영상, 교육 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 증강 현실(Augmented Reality)이나 혼합 현실(Mixed Reality)도 구현할 수 있다. 최근에는 더 나은 그래픽과 편의성을 제공하는 새로운 모델들이 출시되고 있어, VR 기술이 더욱 진보하고 있다.

3D프린터를 이용한 VR 개발 방식은 주로 하드웨어 부품을 만드는 데 활용된다. 이를 통해 VR 헤드셋을 비롯한 다양한 VR 장비의 부품을 제작할 수 있다. 예를 들어, VR 컨트롤러의 경우에는 3D프린터를 사용하여 컨트롤러의 외관을 만들거나, 컨트롤러 내부에 들어가는 센서나 전자 부품을 담을 수 있는 케이스 등을 만들어 사용할 수 있다.

또한, VR 헤드셋의 일부 부품이 고장이 났을 때 이를 교체하기 위해 3D프린터를 활용할 수도 있다. 예를 들어, 헤드셋 스트랩이 부러졌을 경우, 3D프린터로 새로운 스트랩을 만들어 교체할 수 있다.

이처럼 3D 프린터를 활용하여 VR 장비의 부품을 제작하면, 개발 비용을 줄일 수 있고, 부품을 빠르게 제작하여 장비의 수리나 개조 등을 수월하게 할 수 있다. 또한, 커스터마이징이 가능하기 때문에, 사용자가 원하는 디자인이나 기능을 가진 부품을 만들어 사용할 수 있다.

아래 그림의 VR의 파트는 각각의 파트를 3D시스템즈의 다양한 기술 및 소재의 프린터 제작 후 조립되어 완성된 모습을 보여준다.

▲ 11개의 부품으로 이뤄진 VR 헤드셋을 3D시스템즈의 다양한 3D프린터로 제작한 사례

이 VR에는 총 11개의 파트로 구성되어 있으며 여기에는 SLA, SLS, DLP, MJP의 프린팅 기술이 사용되었고 각 파트의 목적에 맞는 소재가 사용되었다.

▲ 11개의 부품으로 이뤄진 VR 헤드셋을 3D시스템즈의 다양한 3D프린터로 제작한 사례

■미적인 커버 구현 ‘Figure 4’ 프린터와 ‘Rigid White’ 소재

Figure 4 프린터는 DLP 방식의 빠른 출력 속도를 자랑하며 특히 Rigid White 소재는 백색의 심미적인 아름다움과 다양한 디지털 텍스처를 테스트해 볼 수 있다. 또한 장기 실외 사용에도 안정된 소재다.

▲ ‘Figure 4’ 프린터와 ‘Rigid White’ 소재로 제작한 헤드셋 커버

같은 Figure 4 프린터에서 PRO BLK 10 소재를 이용하여 다른 종류의 디지털 패턴을 출력해 본 결과물이다. 흰색과 다르게 검은색이 주는 또 다른 매력이 있다.

▲ ‘Figure 4’ 프린터와 ‘PRO BLK 10’ 소재로 제작한 헤드셋 커버

■내구성·결합성 우수한 구조 프레임 제작 ‘SLS 380’ 프린터와 ‘Duraform PA’ 소재

SLS 방식의 프린터로 구조 프레임을 제작했다. 생체 적합성 및 내구성이 필요한 부품에 적합한 열가소성수지인 PA 소재가 사용됐다. 유연성을 가지고 있어 스냅 핏 혹은 볼트를 통한 파트 간 결합이 용이하다.

▲ ‘SLS 380’ 프린터와 ‘Duraform PA’ 소재로 제작한 구조프레임

■투명·대형 메인 하우징 구현 ‘SLA PJ 7000’ 프린터와 ‘Accura ClearVue’ 소재

SLA 방식의 프린터는 정밀하게 중, 대형의 제품을 만드는데 적합한 프린팅 기술이다. 특히 ClearVue 소재는 투명하기에 내부를 관찰하기에 용이하며 투명성이 주는 미적인 아름다움도 뛰어나다.

▲ ‘SLA PJ 7000’ 프린터와 ‘Accura ClearVue’ 소재로 투명한 대형 부품을 제작할 수 있다.

■내열성·난연성 필요 배터리 팩 제작 ‘Figure 4’ 프린터와 ‘High Temp 150 FR BLK’ 소재

배터리를 보관하는 파트를 제작하기 위해 내열성 및 난연 소재인 ‘High Temp 150’ 소재가 사용됐다. 전기 전자 장치와 연결되어 높은 온도를 견디거나 화재의 위험성에 대비하기 위한 용도에 적합한 소재다.

▲ ‘Figure 4’ 프린터와 ‘High Temp 150 FR BLK’ 소재로 내열성·난연성 부품을 제작할 수 있다.

■투명 부품 신속 제작용 ‘Figure 4’ 프린터와 ‘Tough Clear’ 소재

‘Tough Clear’는 최근 개발된 소재로 이제 빠른 속도의 Figure 4 프린트에서도 투명 소재를 사용할 수 있게 되었다. 이 소재는 렌즈 및 유체를 관찰하는 파트와 같은 애플리케이션에 적합하다.

▲ ‘Figure 4’ 프린터와 ‘Tough Clear’ 소재로 투명 부품을 빠르게 제작할 수 있다.

■복잡·정교 부품 구현 ‘SLA PJ 7000’ 프린터와 ‘AMX Rigid BLK’ 소재

복잡하고 정교한 부품 제작하는 데는 SLA 프린터가 훌륭한 결과물을 만들어낼 수 있다. 특히 ‘AMX Rigid BLK’ 소재는 매끈한 표면 및 스냅핏의 조립 형상에 적합하며 장기간 실외 사용에도 적합한 소재다.

▲ ‘SLA PJ 7000’ 프린터와 ‘AMX Rigid BLK’ 소재로 정교하고 복잡한 부품을 제작할 수 있다.

■실리콘 부품 제작용 ‘MJP 2500’ 프린터와 ‘M2S-HT25’ 소재

에그쉘 몰딩 기법을 이용하여 실리콘 제품을 생산했다. 이는 실리콘을 3D프린팅 된 형틀에 주입하고 실리콘이 응고되면 형틀을 부수어 제거하고 실리콘 파트를 얻어내는 공법이다. 마치 계란 껍질처럼 얇은 두께의 형틀을 제작하는 것이라 에그쉘 몰딩이라 불린다. 특히 ‘3D Sprint’ 소프트웨어에는 이러한 에그쉘 몰드를 제작하기 위한 전용 기능이 탑재되어 있기에 쉽게 제작 가능하다.

▲ ‘MJP 2500’ 프린터와 ‘M2S-HT25’ 소재로 실리콘 부품 제작에 필요한 형틀을 제작할 수 있다.

이와 같이 하나의 제품을 만들기 위해서는 여러 가지 3D프린터와 소재가 사용 목적에 맞게 개발되고 사용되어야 한다. 물론 프린터의 성능과 정밀도는 매우 중요하지만, 적층제조를 위해서는 최종 사용 목적에 맞는 소재를 제공하고 개발하는 것이 더욱 중요하다. 이는 적층 제조에서 적합한 소재의 선택이 전체 제품의 품질과 성능에 영향을 미치기 때문이다. 따라서 3D프린팅을 활용해 제품을 만들기 위해서는 소재의 선택과 개발도 프린터 기술과 함께 고려해야할 필요가 있다.