바인더 제팅 3D프린터 MakerPi ComproJet 소개

연구실 책상 위의 바인더 제팅 — MakerPi ComproJet 시리즈

신소재 분말을 하나 개발했다고 가정해 봅시다.

배합비를 조금씩 바꿔가며 소결 특성을 확인해야 합니다. 바인더 포화도도, 층 두께도, 분말 입도도 변수입니다. 조합을 세어보니 최소 스무 번은 뽑아봐야 답이 나올 것 같습니다.

그런데 실험실에 있는 건 산업용 바인더 제팅 장비뿐입니다. 빌드 박스를 채우는 데만 분말 수십 킬로그램이 들어갑니다. 그램당 단가가 만만치 않은 실험용 분말로는 한 번도 돌릴 수 없습니다.

결국 외주 출력을 알아보게 되는데, 이번엔 다른 문제가 생깁니다. 공정 파라미터를 내가 통제할 수 없으니 논문에 쓸 데이터가 안 나옵니다.

이 딜레마 때문에 좋은 아이디어가 검증 단계에서 멈추는 경우를 자주 봅니다.

MakerPi ComproJet 시리즈는 정확히 이 지점을 겨냥한 장비입니다.

바인더 제팅이란

간단히 짚고 가겠습니다. FDM이나 SLA와는 원리부터 다릅니다.

1. 분말을 얇게 편다 — 금속, 세라믹, 주물사, 폴리머, 석고 등
2. 접착제를 분사한다 — 잉크젯 헤드가 단면 형상대로 액체 바인더를 정밀 분사해 그 부분만 결합
3. 반복한다 — 층을 내리고 1~2를 반복
4. 후처리한다 — 미결합 분말을 제거하고 소결·침윤·경화로 강도 확보

핵심은 분말 베드 자체가 서포트 역할을 한다는 점입니다. 공중에 뜬 형상도 주변 분말이 받쳐주므로 서포트 구조가 원리적으로 필요 없습니다. 격자 구조, 내부 유로, 복잡한 다공성 구조를 그대로 구현할 수 있습니다.

그리고 레이저를 쓰지 않습니다. SLM처럼 재료를 녹이지 않기 때문에 열에 민감한 소재를 다룰 수 있습니다. 이게 뒤에서 다룰 바이오·제약 응용의 전제 조건입니다.

연구 장비로서의 다섯 가지 강점

1. 분말 수십 그램으로 실험이 됩니다

이 장비의 존재 이유입니다.

ComproJet은 150×90×80mm, 50×50×50mm, 30×30×30mm 세 가지 빌드 사이즈를 지원합니다. 가장 작은 모드에서는 분말 소요량이 수십 그램 단위로 떨어집니다.

산업용 장비가 한 번 돌리는 데 수십 킬로그램을 요구하는 것과 비교하면, 같은 예산으로 시도할 수 있는 실험 횟수가 자릿수 단위로 달라집니다.

귀금속 분말, 희토류 함유 세라믹, 합성에 몇 주 걸리는 시료처럼 재료 자체가 병목인 연구에서는 이 차이가 프로젝트의 성패를 가릅니다.

2. 파라미터를 통제할 수 있습니다 — 논문이 나오는 조건

세 가지 운용 모드를 제공합니다.

실험 모드(Experimental) — 모델과 파라미터를 자유롭게 지정하고 단일 동작 단위로 제어합니다. 한 단계씩 멈춰가며 관찰하고 디버깅할 수 있어, 어느 변수가 어떤 결과를 만드는지 분리해서 볼 수 있습니다.

캘리브레이션 모드(Calibration) — 표준 모델과 표준 파라미터로 변수를 고정합니다. 장비 상태를 검증하고 재현성을 확보하는 용도입니다.

표준 모드(Standard) — 지정한 조건으로 자동 출력. 소량 생산이나 반복 시료 제작에 씁니다.

연구 데이터에서 가장 중요한 건 재현성입니다. “왜 이 값이 나왔는지 설명할 수 있느냐”가 논문 심사에서 갈리는 지점이고, 캘리브레이션 모드는 그 근거를 만들어 줍니다.

3. 다채널·그라디언트 잉크 — 단일 소재를 넘어서

다채널 잉크 공급과 그라디언트 잉크 출력을 지원합니다.

위치에 따라 바인더 조성이나 분사량을 달리할 수 있다는 뜻이고, 이는 경사기능재료(FGM) 나 국부적 물성 제어 연구로 이어집니다. 한 부품 안에서 부위별로 밀도나 조성이 다른 구조를 설계하는 연구가 여기 해당합니다.

일반 상용 장비에서는 접근하기 어려운 영역입니다.

4. 열을 쓰지 않는다 — 바이오·제약이 열립니다

지원 소재 목록에 의약품 분말, 식품, 생물학적 용액, 세포 용액이 명시돼 있습니다.

레이저 용융 방식으로는 불가능한 영역입니다. 상온에 가까운 조건에서 형상을 만들 수 있기 때문에 활성 성분이 파괴되지 않습니다.

응용 분야는 이런 것들입니다.

• 방출 속도를 설계한 맞춤형 제형 연구
• 세포 담체(scaffold) 및 조직공학
• 환자 맞춤형 세라믹 임플란트와 골 모델

의공학·약제학 연구실에서 특히 검토할 만한 지점입니다.

5. 데스크톱 크기에 산업용 부품

크기가 작다고 성능을 낮춘 장비가 아닙니다.

• 리코 G 계열 산업용 피에조 프린트헤드
• 부압(負壓) 잉크 공급 시스템 — 잉크 흐름·낙하를 방지하고, 고점도 잉크 대응과 정밀 액적 제어를 가능하게 합니다
• 리니어 모터 구동, 헤드 위치 정밀도 1μm, 영역 스티칭 정밀도 5μm
• 물리 해상도 600 DPI / 출력 해상도 1200 DPI
• 성형 실린더와 재료 실린더를 분리한 이중 실린더 구조

장비 외형은 700×560×620mm로 실험대 위에 올라갑니다. 별도 설비실이 필요 없습니다.

보너스 — 모듈 구조라 개조가 됩니다

분말 도포 모듈과 잉크젯 모듈이 독립적·모듈식으로 설계되어 확장과 업그레이드가 가능합니다.

연구용 장비에서 의외로 중요한 조건입니다. 연구가 진행되면 원래 설계에 없던 요구가 생기기 마련인데, 폐쇄형 장비는 여기서 막힙니다. 제조사가 독자 지식재산권을 보유하고 있어 커스터마이징 대응도 가능합니다.

적용 분야

항공우주 — 복잡 형상 금속 부품. 서포트 없이 뽑히는 특성상 내부 유로나 경량 격자 구조에 유리합니다.

신소재 연구 — 신공정, 다중소재, 학제간 연구. 이 장비의 주 무대입니다.

의료 — 맞춤형 세라믹 임플란트, 골 모델, 조직공학 담체.

주조 — 사형 주물과 코어의 신속 제작. 자동차 엔진 블록 주조용 몰드 등 실제 산업 적용 사례가 축적된 분야입니다.

건축·예술 — 석고나 모래를 이용한 건축 프로토타입, 설치 작품.

소비재 — 주얼리, 기능성 프로토타입의 저비용 제작.

주요 사양

도입 전 함께 검토하셔야 할 것

여기서부터는 카탈로그에 크게 부각되지 않지만 도입 후 반드시 마주치는 부분입니다. 미리 말씀드리는 편이 서로에게 낫다고 봅니다.

후처리 장비가 별도로 필요합니다

바인더 제팅의 출력물(그린파트)은 접착제로 결합된 상태라 그대로는 사용할 수 없습니다.

• 금속·세라믹 → 탈지 후 소결 (소결로 필요)
• 일부 금속 → 침윤 공정
• 석고·주물사 → 경화

금속 부품이 목적이라면 소결로 예산을 함께 잡으셔야 합니다. 사양에 따라서는 프린터보다 소결로가 더 큰 비용이 되기도 합니다. 예산 계획 단계에서 반영해야 할 항목입니다.

소결 수축 보정이 초기 과제입니다

소결 과정에서 부품이 수축합니다. 재료와 조건에 따라 수축률이 달라지므로, 설계 단계에서 이를 역보정해야 원하는 치수가 나옵니다.

이 보정값을 잡는 것 자체가 초기 몇 주간의 작업이 됩니다. 다만 ComproJet의 실험 모드와 소형 빌드 사이즈가 바로 이 작업을 저비용으로 하기 위한 구성입니다. 소형 장비의 가치가 가장 잘 드러나는 국면이기도 합니다.

참고로 사양의 “고고형분(High Solid Loading)” 항목은 이 수축과 직결됩니다. 고형분이 높을수록 소결 후 변형이 적고 밀도와 강도가 높아집니다.

분말 취급 안전 설비

금속 분말은 흡입 위험이 있고, 입도와 종류에 따라 분진 폭발 가능성도 있습니다. 국소배기, 방폭 진공청소기, 호흡 보호구가 필요하며 기관 안전 규정도 확인하셔야 합니다.

세라믹이나 석고 위주라면 요구 수준이 낮아집니다. 어떤 분말을 주로 쓰실지에 따라 필요 설비가 크게 달라지므로, 도입 상담 시 이 부분을 먼저 정리하시는 것이 좋습니다.

프린트헤드는 소모품입니다

산업용 잉크젯 헤드는 성능이 좋은 만큼 단가가 있고, 막히면 교체가 필요합니다. 장비에 헤드 세척·보습 기능이 들어간 것도 헤드 수명 관리가 중요하기 때문입니다.

도입 검토 시 헤드 공급 단가와 조달 리드타임을 반드시 확인하십시오. 운용비의 핵심 변수이고, 국내 재고 확보 여부가 연구 일정에 직접 영향을 줍니다.

이런 곳에 맞습니다

적합합니다

• 신소재·신공정 연구를 수행하는 대학 및 출연연 연구실
• 재료 단가가 높아 산업용 장비로는 실험이 어려운 과제
• 다중소재·경사기능재료 연구
• 의공학, 약제학, 조직공학 분야
• 주조 공정 연구 및 사형 몰드 개발
• 기업 R&D의 신속 개념 검증

맞지 않습니다

• 양산이 목적인 경우 (빌드 사이즈가 작습니다)
• 후처리 설비 구축 계획이 없는 경우
• 즉시 사용 가능한 완성 부품이 필요한 경우
• 분말 취급 환경을 갖추기 어려운 공간

마무리

바인더 제팅은 금속과 세라믹 적층제조에서 가장 주목받는 방식 중 하나입니다. 서포트가 필요 없고, 레이저를 쓰지 않으며, 재료 선택 폭이 압도적으로 넓습니다.

다만 그동안 이 기술은 산업용 대형 장비의 영역이었습니다. 도입 비용도, 한 번 돌릴 때 들어가는 재료비도 연구실 단위로는 감당하기 어려웠습니다.

ComproJet 시리즈는 그 문턱을 실험대 위로 내려놓은 장비입니다. 산업용 헤드와 리니어 모터를 그대로 쓰면서, 분말 수십 그램으로 실험이 가능한 규모로 만들었습니다.

아이디어는 있는데 검증할 장비가 없어서 멈춰 있는 연구가 있다면, 한 번 검토해 보실 만합니다.