‘Y-지퍼’가 3D 프린팅의 잠재력을 강조하는 방법

3D 프린팅, 또는 적층 제조는 종종 제조업의 미래로 선전됩니다. 그리고 여러 면에서 이미 그렇습니다. 로켓 노즐, 드론 부품, 맞춤형 의료 임플란트와 같은 고급 장비에 적용되고 있기 때문입니다.

3D 프린팅이 독특한 이유는 전통적인 방법으로는 매우 어렵거나 불가능한 복잡한 형태를 만들 수 있다는 점입니다. 이는 새로운 설계 가능성을 완전히 열어줍니다.

따라서 사출이나 가공과 같은 전통적인 제조 방식이 기본 부품에 대해서는 여전히 남아 있을지라도, 3D 프린팅은 점점 더 새로운 아이디어를 탐구하고 제조 복잡성 때문에 포기되었던 개념을 재검토하는 데 사용되고 있습니다.

최근의 한 예는 1980년대에 MIT 교수에 의해 발명된 “Y-지퍼” 개념입니다. 일반적인 평면 지퍼와 기본 원리는 유사하지만, Y-지퍼는 삼면 구조이며 훨씬 더 복잡한 형태를 취할 수 있습니다.

40년이 넘은 이 특허는 최근 MIT CSAIL(컴퓨터 과학 및 인공지능 연구소), 중국 천진대학, 독일 뮌헨 공과대학, 일본 게이오 대학 연구원들에 의해 재조명되었습니다.

현대 3D 프린팅 기술을 사용하여 Y-지퍼의 여러 버전을 제작·시험하고 의료, 로봇공학, 소비재 분야에서의 잠재적 적용을 탐구했습니다. 그들은 이 연구 결과를 Association for Computing Machinery(ACM)¹에 “Y-zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly”라는 제목으로 발표했습니다.

지퍼 설명

지퍼는 완전히 동일한 플라스틱 또는 금속 이빨 두 줄을 맞물려 만듭니다. 잠금 장치는 이빨을 정확한 각도로 밀어 맞물리게 하고, 반대 방향으로 당기면 이 과정을 되돌립니다.

이 개념이 상업적으로 성공하기까지는 실제로 거의 20년이 걸렸습니다. 지퍼가 안정적으로 작동하면서 가방, 옷 또는 지퍼로 여미는 다른 물건을 손상시키지 않으려면 모든 이빨이 완벽하도록 극도로 정밀하게 제조해야 했기 때문입니다.

그 결과 오늘날 지퍼 시장은 일본 기업 YKK가 지배하고 있습니다. YKK는 완전한 수직 통합을 바탕으로 고품질과 높은 신뢰성을 확보해 시장 지배력을 구축했습니다.

조절 가능한 강성

새로운 종류의 소재는 소재의 조성을 바꾸지 않고도 유연한 상태에서 단단한 상태로 전환하는 것처럼, 본래 특성에 추가적인 유연성을 더하려 합니다.

이처럼 단단한 상태와 유연한 상태 사이를 오가는 소재 특성을 조절 가능한 강성이라고 합니다. 이를 구현하기 위해 팽창식 구조, 종이접기에서 영감을 얻은 장치, 벨크로 기반 조립체 등 여러 방법이 연구되었습니다. 그러나 모두 내구성, 제조 용이성 또는 구현 가능한 형태의 제한이라는 문제를 안고 있습니다.

또 다른 접근법은 잠갔을 때 단단하고 열었을 때 유연한 지퍼를 사용하는 것입니다. 예를 들면 다음과 같은 방식이 개발되었습니다.

• StructCurves는 지퍼를 블록 형태의 모듈로 재구성해 닫힌 상태의 안정성을 높입니다.
• Touch-n-Curl은 분기형 지퍼 구조를 도입해 복잡한 곡면을 안정화합니다.

그러나 두 방식 모두 복잡한 이빨 형상을 사용하므로 부품을 하나씩 수작업으로 조립해야 합니다. 이는 결국 빠르고 되돌릴 수 있다는 지퍼의 핵심 장점을 훼손합니다.

또 다른 방식인 집 체인 액추에이터는 공급되어 맞물릴 때 단단해지는 체인을 보관합니다.

이 설계는 높은 축 방향 강성을 유지하면서 빠르고 가역적으로 늘어나지만, 특수 하드웨어와 정밀한 공차가 필요하고 다양한 형상에 자동으로 맞출 수 없으며 한 번에 통합 출력할 수도 없습니다.

따라서 이상적인 방식은 일반 지퍼의 전통적인 속도와 가역성을 집 체인 액추에이터의 조절 가능한 강성과 결합해야 하며, Y-지퍼가 마침내 이를 구현했습니다.

출처: ACM

Y-지퍼 개념 설명

40년 된 발명이 되살아나다

Y-지퍼 개념은 William Freeman이 고안했습니다. 그는 삼각형 구조를 만들기 위해 각 면에서 좁은 나무 ‘이빨’을 벨트에 못으로 고정해 연결했습니다. 장치를 감싸는 슬라이더를 움직이면 이를 곧게 펴 삼각형 관으로 만들 수 있었습니다.

당시 이 개념은 큰 관심을 받지 못했지만 Freeman은 자신의 발명에 대해 특허 #4,757,577을 취득했습니다.

출처: MIT

Y-지퍼는 손으로 직접 움직이거나 당김 줄 또는 로봇 구동으로 열고 닫을 수 있습니다.

수동 조작이 가장 간단하며 슬라이더 아래쪽의 손잡이가 이를 돕습니다. 당김 줄은 고정 모터로 작동시킬 수 있습니다. 한편 로봇식 동적 기계 구동 장치는 N20 모터, 마이크로컨트롤러, 무선 수신기, 맞춤형 3D 프린팅 기어 두 개와 배터리를 15×25×35mm 크기와 18g 무게의 패키지에 담았습니다. 액추에이터는 최대 25m 거리에서 Bluetooth로 무선 제어할 수 있습니다.

출처: ACM

길이를 최대 3m까지 늘릴 수 있어 다양한 형태와 용도에 적용할 수 있습니다.

슬라이더는 지퍼를 열 때 스트립을 분리하는 상부 분리부와 지퍼를 잠글 때 스트립을 결합하는 하부 결합부로 구성됩니다.

출처: ACM

지퍼의 안정성은 세 방향 맞물림 구조에서 나옵니다. 이 구조는 초당 30cm의 속도로 부드럽고 빠르게 닫히게 합니다. 다른 지퍼 설계와 달리 단순한 이빨은 빠르게 움직일 수 있고 제조도 비교적 쉽습니다.

“전통적인 지퍼 이빨은 주로 지퍼가 닫힌 물체(예: 여행가방의 뚜껑과 본체)를 양쪽에서 고정하는 것이 주된 기능인 반면, Y-지퍼 이빨의 가장 중요한 역할은 닫힌 상태에서 Y-지퍼에 충분한 구조적 지지를 제공하는 것입니다.”

브리지는 전체 체인의 구조적 완전성을 제공하는 부분으로, ‘인장력을 지탱하는 단위’입니다.

볼 노드와 소켓은 닫히는 동안 정렬을 추가로 보조하며, 주로 전단력에 저항해 지퍼 이빨이 서로 미끄러지는 것을 방지합니다.

출처: ACM

Y-지퍼는 어떻게 움직일 수 있나요?

가장 단순한 형태의 Y-지퍼는 조립하면 단단한 삼각형 관을 이룹니다.

또 다른 간단한 형태는 한 가닥에 균일하지 않은 이빨과 곡선형 브리지를 사용한 굽은 아치입니다. 서로 다른 이빨 형상으로 굽힘 각도와 유효 굽힘 반경을 미세 조정할 수 있으며, 컴퓨터 모델로 이를 예측할 수도 있습니다.

또 다른 방법은 구간 사이의 각도를 바꾸어 코일 형태를 만드는 것입니다.

출처: ACM

마지막으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 비튼 나사 형태로도 조립할 수 있습니다. 전체 나선 각도 역시 조절할 수 있지만, 인접한 이빨 사이의 각도 차이가 지나치게 커지는 지점까지가 한계입니다.

출처: ACM

유용하고 다재다능한 형태 만들기

직선 형태와 굽은 형태는 서로 배타적이지 않으며, 결합해 잠긴 최종 구조를 매우 다양하게 만들 수 있습니다. 따라서 설계가 확정된 뒤에는 형태를 바꿀 수 없지만, Y-지퍼로 거의 모든 형태의 작동 가능한 유연 구조를 만들 수 있습니다.

출처: ACM

Y-지퍼에는 다양한 소재를 사용할 수 있습니다. 원래 특허처럼 나무를 쓸 수 있고, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 같은 유연한 플라스틱, 폴리젖산(PLA) 같은 일반적인 3D 프린팅 플라스틱, 나아가 Kevlar 섬유 같은 소재를 포함한 직물도 사용할 수 있습니다.

가능한 설계를 더욱 유연하게 만들려면 서로 다른 Y-지퍼를 연결해야 합니다. 이를 위해 연구진은 최대 세 개의 Y-지퍼를 묶을 수 있는 연결부를 만들었습니다.

출처: ACM

Y-지퍼는 필요할 때 쉽게 펼쳐 사용하는 것이 목적이므로, 사용자는 보관할 때도 작게 접히기를 원할 것입니다. 연구진은 효율적인 보관을 위해 지퍼를 말아 넣는 방식을 제안했습니다. 길이 0.5m의 지퍼를 높이 10cm, 반지름 25mm의 원통형 용기에 넣을 수 있습니다.

출처: ACM

Y-지퍼를 실제로 구현하기

Y-지퍼 적용 분야

Y-지퍼를 가장 빠르게 상용화할 수 있는 잠재적 용도 중 하나는 의료용 보조기입니다. 3D 프린팅은 이미 유사한 용도에 자주 사용되고 있습니다.

예를 들어 손목 보조기는 낮에는 유연한 상태로 두어 손목을 자유롭게 움직이게 하고 경직과 근육 위축을 피할 수 있으며, 환자가 잠잘 때는 단단하게 만들어 이차 부상을 방지할 수 있습니다. 도움 없이 한 손으로 지퍼를 움직일 수 있다는 점도 추가적인 장점입니다.

출처: ACM

또 다른 가능성은 로봇용 조절 가능한 팔다리를 만드는 것입니다. 연구진은 간단한 프로토타입에서 높이를 3초 이내에 60mm에서 245mm까지 빠르게 조절할 수 있는 로봇을 제작했습니다.

“전통적인 텔레스코핑이나 다관절 메커니즘과 달리, Y-지퍼는 추가적인 연결부나 복잡한 기구학 없이 단 네 개의 경량 튜브만으로 조절 가능한 다리 길이를 구현합니다.”

출처: ACM

세 번째 용도는 캠핑 텐트의 빠른 조립 및 해체입니다. 연구진은 Y-지퍼 네 개, 이를 연결하는 관절부, 텐트 모서리 고정 장치 네 개로 이루어진 프레임을 만들었습니다. 전체 조립 시간은 약 1분 20초였습니다.

출처: ACM

내구성 한계 시험

실제 적용 가능성은 당연히 설계의 내구성에 달려 있습니다. 연구진은 설계를 1일 15시간 동안 연속 작동시키는 가혹 시험을 진행했습니다. 8초마다 한 번씩 18,000회가 넘는 주기를 마친 뒤에야 이빨과 브리지의 경계면에서 파손이 발생했습니다.

초기 프로토타입임을 고려하면 18,000회가 넘는 작동 주기는 이 설계가 이미 대부분의 상업적 용도에 충분히 견고하다는 것을 보여줍니다.

더 강한 소재와 중력에 의한 처짐을 예측하고 보정하는 계산 방법을 적용하면 성능을 한층 더 높일 수 있습니다.

Y-지퍼의 정밀도는 3D 프린팅 해상도에 의해 제한됩니다. 연구진이 구현한 가장 좁은 기능성 스트립의 폭은 8mm였습니다. 더 발전된 출력 방식이나 향후 3D 프린팅 기술은 이보다 작은 Y-지퍼도 만들 수 있을 것입니다.

어쨌든 Y-지퍼는 3D 프린팅이 기존 설계와 제조 방식을 대체하는 데 그치지 않고 완전히 새로운 설계의 길을 열 수 있음을 보여주는 또 하나의 사례입니다.

3D 프린팅/적층 제조에 투자하기

Nano Dimension

Nano Dimension은 3D 프린팅 전자제품에 집중하면서 시작했습니다. 이 입지는 2025년에 현금 전액 인수 방식으로 경쟁사인 Desktop Metal 과 Markforged를 차례로 인수하면서 발전했습니다. 이를 통해 고정밀 금속을 포함한 다양한 새로운 소재가 회사 제품에 추가되었으며, 3D 프린팅 전자 시장을 통합하는 데 도움이 되었습니다.

또한 SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic 등을 포함한 고객 기반을 합치면서 규모의 경제도 창출했습니다.

마지막으로 인수한 기업들은 대부분 서로 다른 지역에서 활동했습니다. Nano Dimension (NNDM )은 유럽, Desktop Metal은 미국에 기반을 두었기 때문에 영업팀을 통합해 시너지를 낼 수 있었습니다.

출처: Nano Dimension

2026년 Nano Dimension은 3D 전자 프린팅 기술과 ‘Fabrica’ 제품군을 Inspira Technologies에 매각하면서 제품 포트폴리오를 다시 정비했습니다.

매각 후 회사는 금속 바인더 제팅, 소프트웨어 플랫폼, 용융 필라멘트 적층(FFF)에 집중하게 됩니다. 또한 2025년 인수합병을 통합하는 단계에서 벗어나 통합 기술 플랫폼을 세계 시장 전반으로 확장하는 데 초점을 옮깁니다.

투자자는 회사가 부분적으로는 인수와 기술 개선 투자 때문에 오랫동안 순이익을 내는 데 어려움을 겪어 왔다는 점을 알아야 합니다.

Nano Dimension은 2026년 1분기 매출이 전년 동기 대비 106% 증가한 2,970만 달러를 기록했습니다. 조정 EBITDA 손실은 1,250만 달러, 순손실은 6,970만 달러였으며 현금과 현금성 유동자산은 4억4,160만 달러였습니다.

따라서 회사 주식의 미래는 3D 프린팅 산업 전체와 함께 성장하고 기술 선도 기업으로서의 지위를 지키는 역량에 달려 있습니다.

최신 Nano Dimension (NNDM) 주식 뉴스 및 동향

참조 연구

^{1. Jiaji Li, et al. Y-zipper: 3D Printing Flexible–Rigid Transition Mechanism for Rapid and Reversible Assembly. CHI ’26: Proceedings of the 2026 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. Article No.: 754, Pages 1 – 17. https://doi.org/10.1145/3772318.3790723}