SpaceCAL 마이크로중력 3D 프린팅, 버진 갈라틱 탑승 과학자들이 성공으로 평가 07

캘리포니아 대학교 버클리의 연구원 그룹이 최근 마이크로중력 3D 프린팅 시스템인 SpaceCAL의 또 다른 성공적인 테스트를 완료했습니다. 이 차세대 장치는 우주비행사들이 필요할 때 부품, 도구, 의약품, 심지어 장기까지 프린트할 수 있게 함으로써 심우주 여행의 문을 열 수 있습니다. 이러한 능력은 아직 멀리 남아 있으며, 이번 최신 테스트는 그들의 여정에 또 다른 이정표를 세웁니다.

우주에서의 프린팅 연구는 지난 5년간 증가해 왔습니다. 이러한 장치는 중력에 의존해 층을 쌓는 기존 지상 장치와 달라 새로운 방식으로 프린트를 형성해야 합니다. 따라서 엔지니어들은 프린트를 성형하는 새로운 방법을 개발해야 했습니다.

CAL

SpaceCAL 프로젝트는 CAL(Computed Axial Lithography)이라는 새로운 3D 프린팅 방식을 활용합니다. 이 방식은 빛에 반응하는 감광성 폴리머를 도입합니다. 광감응 수지는 레이저를 사용해 복잡한 3D 구조로 형성될 수 있습니다. 특히, CAL 3D 프린팅 방식은 SpaceCAL 프로젝트의 수석 연구원인 Hayden Taylor에 의해 2017년에 개발되었습니다.

CAL 3D 프린팅 방식은 층을 쌓는 방식에 의존하지 않기 때문에 저중력 제조에 이상적입니다. 대신, 재료를 챔버에 넣은 뒤 듀얼 레이저를 사용해 프린트를 성형하고 경화합니다. CAL 프린팅 방식의 주요 장점 중 하나는 개발 과정을 간소화하고 단일 장치만 필요하다는 점입니다.

SpaceCAL

SpaceCAL 프로젝트는 2017년 이후 진행된 연구 및 개발을 프린팅 방식에 적용합니다. 그 결과, 궤도나 기타 마이크로중력 상황에서 방대한 종류의 재료를 인쇄할 수 있는 밀폐되고 안전하며 신뢰할 수 있는 방법이 탄생했습니다. 특히, SpaceCAL은 이미 여러 차례 저중력 실험을 완료했으며, 이번 최신 실험은 최초로 궤도에 진입한 것입니다.

출처 – Virgin Galactic

SpaceCAL 테스트

SpaceCAL 프린팅 시스템의 테스트는 2024년 6월 8일 버진 갈라틱 VSS Unity에서 진행되었습니다. 버진 갈라틱은 장치를 아공간으로 가져가 140초 동안 시험 운용을 가능하게 했습니다. 엔지니어들은 네 개의 benchy를 인쇄물로 선택했습니다. benchy는 3D 프린터의 정확도와 성능을 테스트하는 데 사용됩니다.

이 테스트 인쇄물은 단순 디자인부터 복잡한 다중 재료 구조까지 다양합니다. 이번 테스트에서는 과학자들이 인쇄물을 비교적 간단하게 유지했습니다. 구체적으로, 작은 우주선과 몇 개의 예인선을 포함한 네 개의 benchy를 프린트했습니다. 특히, benchy는 PEGDA라는 광감응 플라스틱 수지를 사용해 인쇄되었습니다.

결과

시험 비행 결과는 성공적이었습니다. SpaceCAL은 제한된 짧은 시간 안에 인쇄를 완료했습니다. 디자인과 정확히 일치했으며 각 인쇄는 최소 20초만에 완료되었습니다. 연구원들에 따르면, 다음 테스트에서는 장시간 인쇄와 더 복잡한 디자인을 시도할 예정입니다.

SpaceCAL 혜택

SpaceCAL 프로젝트가 시장에 제공할 수 있는 혜택이 많이 있습니다. 첫째, 여행자들이 비상 상황에서 빠르고 정확하게 부품을 인쇄할 수 있게 합니다. 이 장치는 본부에서 혹은 비행 중인 우주비행사가 직접 제어할 수 있는 온디맨드 인쇄를 제공합니다. 심우주 여행자에게는 수천 개의 예비 부품을 챙길 필요가 없어집니다.

다양한 재료

SpaceCAL 프린팅 방식은 매우 유연합니다. 연구원들은 이미 60가지 이상의 다양한 재료를 사용해 이 방식을 테스트했습니다. 이 장치는 실리콘, 플라스틱, 유리 복합재, 바이오재료 등으로 인쇄할 수 있습니다. 따라서 폐기물을 모두 유용한 인쇄물로 재활용할 수 있는 우주선과 같은 자원 부족 환경에 이상적입니다.

우주 여행은 무게 1그램까지도 고려해야 합니다. 따라서 내구성 부품과 도구는 물론 조직 및 유기 재료까지 인쇄할 수 있는 3D 프린팅 방식을 만드는 것이 중요합니다. SpaceCAL 프린터의 다재다능함은 이러한 작업에 이상적인 솔루션이 될 수 있습니다. 또한 새로운 수지, 폴리머, 금속 복합재가 등장함에 따라 이 장치는 업그레이드된 재료를 통합해 더 강하고 복잡한 인쇄물을 짧은 시간에 만들 수 있습니다.

단일 인쇄

SpaceCAL이 우주 여행자에게 제공하는 또 다른 장점은 단일 인쇄 단계로 제작할 수 있다는 점입니다. 현재 많은 3D 프린팅 방식은 여러 단계를 필요로 하여 재료, 복잡성, 비용 및 장치 무게가 증가합니다. SpaceCAL 프린터는 단일 인쇄 단계에서 복잡한 맞춤형 3D 형상을 만들 수 있어 효율성과 안전성을 향상시킵니다.

빠른 인쇄

SpaceCAL 프린팅 방식은 층 적층 방식에 비해 매우 빠릅니다. 테스트 결과 3D 프린트된 benchy는 한 번당 약 20초만에 완료되었습니다. 이러한 속도는 향후 이 장치들의 새로운 활용 사례를 열어줍니다. 우주 여행자가 에너지 부품, 도구 또는 필요한 아이템을 지연 없이 빠르게 프린트하는 모습을 상상해 보세요. 특히, 이 접근법은 현재 방식보다 훨씬 빠르며 복잡한 단일 인쇄에 몇 시간이 걸릴 수 있습니다.

디자인 자유

이 연구가 보여준 가장 큰 장점 중 하나는 마이크로중력 3D 프린터가 지구에서는 불가능한 아이템을 인쇄할 수 있다는 점입니다. 저중력 환경은 재료 흐름을 개선하고 엔지니어가 디자인에 더 창의적으로 접근하도록 합니다. 따라서 향후 궤도에서 제작된 적층 제조 제품이 일상 생활의 핵심 요소가 될 수 있습니다.

SpaceCAL 활용 사례

SpaceCAL 프린터에는 즉각적인 활용 사례가 여러 있습니다. 주로 심우주 여행의 핵심 요소로 여겨집니다. 이 장치를 달 식민지화에 활용하려는 계획도 있습니다. 이번 최신 테스트는 팀의 연구를 검증하고 SpaceCAL 방식이 제공하는 향상된 성능을 보여줍니다. 앞으로는 이러한 장치의 변형을 사용해 부품부터 주택까지 모든 것을 프린트할 수 있을 것입니다.

의료 요구

SpaceCAL 프로젝트의 가장 멋지고 공상과학적인 측면 중 하나는 바이오재료를 프린트할 수 있다는 점입니다. 우주비행사가 장기, 치과용 부품, 피부 이식, 심지어 새로운 렌즈까지 프린트하는 모습을 상상해 보세요. 연구원들은 이를 궁극적인 미래로 보고 있습니다. 그들은 SpaceCAL 프린터가 지구에서는 불가능한 장기를 제작하는 날을 기대합니다. 이러한 장기는 우주비행사가 사용하거나 지구로 돌아와 인구가 활용할 수 있습니다.

연구원들

이 프로젝트의 연구는 UC Berkeley와 Lawrence Livermore National Laboratory(LLNL) 학생들로 구성된 팀이 Hayden Taylor의 지도 아래 진행되었습니다. 연구원 Dillon Balk, Jacob Gottesman, Skyler Chan, Sean Chu, Brian Chung, Ameera Elgonemy, Anthony Moody, Jake Nickel, Dylan Potter, Austin Portinause, Anusri Sreenath, 그리고 Audrey Young이 SpaceCAL 개념을 개발하고 테스트하는 데 기여했습니다.

SpaceCAL은 NASA의 Flight Opportunities 프로그램, Berkeley Engineering, 현재 건설 중인 Berkeley Space Center의 지원을 받고 있습니다. 또한, 이 프로젝트는 140만 달러의 보조금을 확보하여 연구원들이 장치와 테스트를 개선할 수 있게 했습니다.

이 연구를 활용해 매출을 증대시킬 수 있는 기업들

Organovo Holdings

(ONVO )

Organovo Holdings는 선구적인 바이오메디컬 3D 프린팅 기업입니다. 이 회사의 목표는 3D 프린터를 사용해 인간 장기와 조직을 모사함으로써 연구원들이 사람에게 위험을 주지 않고 약물, 환경 및 기타 요인의 영향을 연구할 수 있게 하는 것입니다.

Organovo Holdings는 샌디에이고에 본사를 두고 3D 바이오 조직 프린팅 분야의 선구자입니다. 이들의 제품은 연구원들이 질병, 감염 및 잠재적 치료법을 연구할 수 있게 합니다. 조직과 유기 재료를 프린트할 수 있는 능력은 기증자가 필요 없는 미래와 응급 의료 절차가 더 빠르게 이루어져 매년 수백만 명의 생명을 구할 수 있는 미래를 열어줍니다.

Organovo Holdings는 포트폴리오에 강력한 추가 요소입니다. 이 회사는 최근 올해 Digestive Disease Week(DDW2024)에서 연구에 대해 발표했습니다. 시장에서 선두주자로서의 입지와 바이오메디컬 프린팅 서비스에 대한 수요 증가가 Organovo Holdings를 향후 성공으로 이끕니다.

Proto Labs

(PRLB )

Proto Labs는 1999년에 시장에 진입했으며 미네소타 주 메이플 플레인에 본사를 두고 있습니다. 이 회사는 단기 및 프로토타입 인쇄를 전문으로 하며, 빠른 납기 적층 제조와 사출 성형을 포함한 다양한 서비스를 제공합니다. 빠른 납기와 유연성 덕분에 시장에서 지배적인 위치를 확보했습니다.

Proto Labs는 방대한 산업 분야에 걸친 인텔을 보유하고 있습니다. 구체적으로, 이 회사는 소비재, 의료 기기, 자동차 부품을 제공합니다. 제조업체는 엔지니어가 CAD와 같은 인기 소프트웨어로 설계하고 빠른 결과를 위해 인쇄물을 전송할 수 있게 합니다. Proto Labs는 며칠 내에 인쇄물을 반환해 프로토타이핑에 최적의 솔루션이 됩니다.

Proto Labs 서비스에 대한 수요는 수년간 지속적으로 증가해 왔습니다. 현재 이 회사의 시가총액은 8억 5,771만 달러입니다. Proto Labs가 SpaceCAL 기술을 비즈니스 모델에 통합한다면 고객에게 더욱 빠른 프로토타이핑을 제공할 수 있을 것입니다. 또한 인쇄 비용을 절감하고 현재 보유 중인 많은 프린터를 없앨 수 있습니다.

3D 프린팅의 미래

3D 프린팅의 미래는 밝아 보입니다. 최근 몇 년간 업계에서는 많은 주요 발전이 있었습니다. 오늘날 가장 진보된 3D 프린터는 저출력 레이저를 사용하며 단일 장치로 다중 재료를 인쇄할 수 있습니다. 따라서 복잡한 작동 장치와 전기 장치까지 인쇄하는 것이 가능해졌습니다.

심우주 연구

심우주 연구는 R&D 노력을 지속적으로 촉진하고 있습니다. 최근 3D 프린트된 심장이 국제우주정거장에 탑재되었습니다. 목표는 우주 방사선이 장기에 미치는 영향을 확인하는 것이었습니다. 이 연구는 브라운 대학교와 존스 홉킨스 대학교, 그리고 NASA의 지원을 받은 더 큰 임무의 일부입니다.

쉬운 인터페이스

대형 언어 모델 AI 챗봇은 3D 프린팅 경험을 재구성할 또 다른 주요 발전입니다. 이러한 인터페이스는 사람들이 컴퓨터와 인간처럼 소통할 수 있게 합니다. ChatGPT와 같은 프로그램은 이러한 도구의 힘과 효율성 향상, 기능 확대, 비용 절감 효과를 입증했습니다.

앞으로 3D 프린팅은 많은 기술적 숙련을 요구하지 않을 것입니다. 대부분의 장치는 텍스트나 음성 명령만으로도 수년간 데이터와 AI 모델 업그레이드를 통해 학습한 복잡한 작업을 수행할 수 있게 됩니다. SpaceCAL 프린팅 기술과 고급 AI 기능을 결합하면 이 기술은 무한한 잠재력을 갖게 됩니다.

고효율 프린터

최근 연구원들은 비용과 폐기물을 줄이는 새로운 듀얼 레이저 프린팅 방법을 개발했습니다. 이 방법은 일반적인 펨토초 레이저 중 하나를 저출력 장치로 전환했습니다. 팀은 레이저 간 최적 튜닝을 결정할 수 있는 새로운 계산 공식을 도입했습니다. 결과는 기존 듀얼 펨토초 레이저와 유사합니다.

새로운 접근법은 훨씬 저렴한 레이저 대안을 사용해 비용을 크게 낮췄습니다. 또한, 이 업그레이드는 제조 분야에서 현재 사용 중인 대부분의 레이저 3D 프린터에 최소한의 노력으로 적용될 수 있습니다. 따라서 이 업그레이드는 전 세계 3D 프린팅 비용을 낮추고 곧 더 저렴한 장치의 문을 열 수 있습니다.

또 다른 성공적인 테스트

이번 최신 테스트는 팀이 임무를 얼마나 빠르게 진행했는지를 보여줍니다. 엔지니어들이 우주 여행 중 복잡한 장치를 프린트하려는 노력을 이어가면서 이 프로젝트에 대한 소식을 더 많이 들을 수 있을 것입니다. 현재로서는 이 혁신적인 팀의 마이크로중력 프린팅 선구적 노력이 언젠가 수십억 사람들의 삶을 개선할 수 있습니다.

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