해플리 로보틱스: 퓨즈 1을 이용한 신속한 프로토타이핑 | FormLabs
이 게시물에서는 하플리 로보틱스가 다양한 3D 프린팅 기술을 사용한 방법과 퓨즈 1을 구매한 이유에 대해 알아보세요.
컴퓨터 과학과 공학을 통합함으로써 로봇 공학은 의료 산업에서 큰 가능성을 보여주고 있습니다. 병실 소독부터 실험실 보조 작업까지 로봇은 다양한 의료 분야에서 활용될 수 있습니다. 수술과 같이 위험도가 높은 의료 절차에서는 정밀도가 가장 중요합니다. 북미에서는 매년 40만 명 이상이 의료 관련 오류로 인해 사망하며, 이는 암과 심장 질환에 이어 세 번째로 높은 자연사 원인입니다. 로봇 공학이 어떤 도움을 줄 수 있을까요?
에서 해플리 로보틱스는 2018년에 설립된 몬트리올에 본사를 둔 회사로, 로봇은 외과의가 수술 절차를 미세 조정하는 데 도움을 줍니다. 해플리 로보틱스는 전 세계 200만 명 이상의 외과의사가 최첨단 가상 및 증강 현실 기술을 사용하여 260여 가지 수술 절차를 완벽하게 수행할 수 있도록 차세대 물리 시뮬레이션 콘솔을 개발하고 있습니다. '외과의를 위한 플레이스테이션'으로 불리는 Haply의 역포스피드백 콘솔은 외과의가 수술 전에 시뮬레이션을 통해 환자에 대한 위험을 줄이고 수술 시간을 개선하는 것을 목표로 합니다.
해플라이 로보틱스는 신속한 프로토타입 제작을 위해 3D 프린팅을 사내에 도입하여 프로젝트 전반에 걸쳐 FDM, SLA 및 SLS 3D 프린팅을 배포했습니다. 이 게시물에서는 해플라이 로보틱스가 다양한 3D 프린팅 기술을 사용한 방법과 퓨즈 1을 구매한 이유에 대해 알아보세요.
코로나19용 인공호흡기 개발 협력 시작
해플리 로보틱스의 기계공학 책임자인 펠릭스 데수디는 2018년에 해플리 로보틱스의 공동 창업자인 콜린 갤러허와 스티브 딩을 만났다고 말합니다. "우리는 캐나다 국립연구위원회에서 의료 수술 시뮬레이션을 위한 햅틱 개발 프로젝트를 진행하던 팀에서 만났습니다. 저희는 모두 무언가를 디자인하고 빠르게 반복하여 프로토타입을 만들어 원하는 아이디어를 완벽하게 구현할 수 있는 새로운 시대의 팬이었습니다."
2020년에는 캐나다 정부와의 주요 협업을 보류하고, COVID-19로 고통받는 환자에게 도움이 될 수 있는 저렴하고 간단하며 사용하기 쉽고 제작하기 쉬운 인공호흡기를 설계하는 장치 회사를 공모하는 CODE LiFE 인공호흡기 챌린지에 참가하여 설계 및 로봇 기술을 활용하기로 결정했습니다.
94개국에서 1,000개 이상의 팀에서 2,600개 이상의 등록이 접수되었습니다. Haply 디자인 이 디자인과 운영의 단순성, 제작 비용, 교육 용이성 등 모든 면에서 높은 점수를 받아 최우수작으로 선정되었습니다.
"CODE LiFE 인공호흡기 챌린지 경험은 엄청나게 도전적이었지만 팀으로서 겪은 가장 보람 있는 경험 중 하나였습니다. 코로나19로 인해 부각된 인공호흡기와 같은 필수 의료 기술에 대한 선진국과 개발도상국 간의 격차에서 동기를 얻었습니다. 조직위원회, 특히 레자 파리바 교수, 몬트리올 종합병원 재단, RI-MUHC, 맥길 공과대학에 의미 있는 이니셔티브를 마련해 준 것에 대해 매우 감사하게 생각합니다."라고 Haply Robotics의 공동 창립자인 콜린 갤러허(Colin Gallacher)는 말했습니다.
Haply는 인공호흡기 개발을 위해 3D 프린팅을 도입하여 Form 3와 터프 레진을 사용하여 기계의 내부를 제작했습니다. 사내 3D 프린팅을 통해 인공호흡기 내부의 최종 사용 부품을 제작하여 콘테스트에서 우승할 수 있는 디자인으로 빠르게 전환하고 팬데믹 기간 동안 인공호흡기를 더 많이 사용할 수 있게 되었습니다.
3D 프린팅으로 제작된 Haply 인공호흡기 내부.
"터프 레진은 밀봉이 가능하기 때문에 이 프로젝트에 매우 적합했습니다. 수지에 구멍을 뚫고 피팅을 삽입해도 새지 않으니까요. ABS와 매우 유사합니다."라고 Desourdy는 말합니다.
완벽한 디자인을 위한 신속한 프로토타입 제작
코로나19 인공호흡기 개발에서 얻은 교훈을 바탕으로 팀은 주요 프로젝트인 의료 수술 시뮬레이션을 위한 햅틱 개발을 계속 진행했습니다.
신속한 프로토타이핑 Haply가 사내 3D 프린팅에 투자한 주된 이유는 데스크톱 프린터를 사용하여 완벽한 모양을 찾을 때까지 복잡한 부품을 여러 번 반복해서 인쇄하기 때문입니다. Desourdy는 반복이 중요한 이유에 대해 인체공학적인 측면과 올바른 형상 구현이라는 두 가지 주요 이유를 꼽으며 "우리는 완벽한 모양을 찾을 때까지 프로토타입을 반복해서 제작하는 새로운 디자인 시대의 팬입니다. 그리고 우리가 만드는 모든 제품은 3D 프린팅에 적합한 크기입니다."
Haply는 역포스피드백 콘솔을 위해 수십 번의 반복 작업을 거쳤습니다.
팀은 원래 다음 분야에 투자했습니다. FDM 프린터에 투자한 이유는 저렴한 가격과 빠른 인쇄 속도 때문이었습니다. 이 기계는 원래 신속한 프로토타입 제작이라는 팀의 목표에 부합했습니다. 그러나 시간이 지남에 따라 팀은 더 높은 품질의 인쇄가 필요한 실제와 같은 모양의 프로토타입을 제작하기를 원했습니다. 결국 Form 2를 구입한 후 고해상도 인쇄를 위해 Form 3를 구입했습니다.
"우리는 특히 수술 시뮬레이터에서 사람들의 손을 자주 만지며 작업합니다. 반복하고 또 반복할 수 있어야 합니다."라고 데수디는 말합니다. "처음에는 재질을 바꾸지 않고도 더 뻣뻣한 장치를 만들고 무엇이 뻣뻣하게 만드는지 조금씩 더 이해하고 원하는 작업에 맞는 올바른 형상을 갖추는 것을 반복했습니다. 제가 보기에는 더 나은 지오메트리를 향해 반복해서 작업하고, 작업이 끝나면 재질을 변경하여 더 단단한 것을 만들면 됩니다. 하지만 지오메트리를 변경하려면 조금 더 깊이 들어가야 합니다."
닫힌 로봇 팔.
퓨즈로 최종 사용 부품 시제품 제작 1
로봇 팔의 프로토타입을 계속 제작하던 해플리 로보틱스는 퓨즈 1을 통해 사내에 SLS 3D 프린팅을 도입했습니다. Fuse 1에서 제작된 나일론 부품이 팀이 원하는 최종 제품에 더 가깝기 때문입니다. 이전에는 아웃소싱을 통해 나일론으로 시제품을 제작했지만 여러 가지 문제가 있었습니다. "퓨즈 1을 사용하면 완전히 새로운 차원의 프로토타이핑이 가능합니다. 5일이 걸리던 부품을 이틀 만에 완성할 수 있고, 나일론 소재의 최종 제품에 더 가까운 결과물을 얻을 수 있습니다. 프린터가 사내에 있기 때문에 기계와 재료의 허용 오차를 알 수 있습니다. 모든 것의 정밀도가 훨씬 더 좋아졌습니다."라고 Desourdy는 말합니다.
팀은 퓨즈 1을 사용하여 기능 버튼을 인쇄할 수 있었습니다.
데수디는 아웃소싱은 결과물에 대한 통제력이 떨어진다는 것을 의미한다고 덧붙였습니다. "인쇄물을 보낼 때 반드시 올바른 방향이나 정확한 사양이 있는 것은 아니며, 대행사가 어떤 프린터를 사용할지, 얼마나 잘 관리하는지 알 수 없으므로 어떤 결과를 얻을지 알 수 없습니다."라고 그는 말합니다. "이런 것들을 빠르게 반복할 수 있다는 것 자체가 가장 가치 있는 일이라고 생각합니다."
하플리 로보틱스와 같이 규모가 작지만 성장하는 기업의 또 다른 고려 사항은 성장하는 사무실의 물리적 공간이 협소한 경우가 많다는 점입니다. 대부분의 기존 SLS 3D 프린터는 상당한 공간을 차지하여 수용하기 어려운 경우가 많습니다. 퓨즈 1은 비교적 컴팩트한 크기에 높은 수준의 출력물을 제공합니다. "퓨즈는 크기가 크지 않아서 아주 좋습니다. 일반 데스크톱 3D 프린터보다 더 많은 공간을 차지하지만, 솔직히 그런 유형의 생산에 투입되는 산업용 기계와 비교하면 매우 작습니다."라고 Desourdy는 말합니다. 그에 따르면 팀은 HP SLS 프린터에 대한 투자를 검토했지만 기계의 큰 크기가 걸림돌이었습니다. 그는 "산업용 등급 장비를 살펴보면 퓨즈 1은 다른 장비에 비해 작습니다."라고 덧붙였습니다.
Haply의 제품 소유자인 제시카 헨리는 퓨즈 1로 3D 프린팅을 하면 프로세스가 간소화되고 자동화된다고 말합니다. 헨리는 3D 프린팅에서는 아무리 미묘한 디테일을 포착하는 것이 핵심이라고 말합니다. "작은 디테일 하나만 변경해도 로봇 팔이 완전히 원활하게 작동하며, 프린트를 할 때마다 아주 작은 디테일도 변경할 수 있습니다."라고 Henry는 말합니다. 또한 퓨즈 1을 사용하면 프린트 사이클당 여러 개의 부품을 프린트할 수 있어 한 번에 생산할 수 있는 로봇 팔의 수를 늘릴 수 있습니다. 이 수준의 출력량을 맞추려면 FDM 장비를 여러 대 구입해야 하지만 여전히 부품 성능 요구 사항을 충족하지 못합니다.
마지막으로 FDM 및 SLA에 비해 퓨즈 1의 또 다른 주요 장점은 부품에 지지 구조가 없다는 점입니다.
데수디는 이 점을 바로 알아차렸다고 합니다: "FDM으로 디자인하면 서포트를 위한 평평한 표면이 하나 필요하거나 한쪽 표면이 못생겨야 한다는 것을 알 수 있습니다. 레진 프린터를 사용하더라도 한 면이 서포트를 받쳐줘야 합니다. 퓨즈 1은 지지대 없이 프린트하기 때문에 부품을 디자인하는 방식이 바뀌었습니다. 어떤 방향에서든 디테일이 유지됩니다." 이러한 변화는 디자인 프로세스에도 영향을 미쳤는데, 데수디는 "3D 프린팅 프로세스에 대한 걱정을 덜고 제가 집중하고 싶은 디자인에 더 집중할 수 있게 되었습니다."라고 덧붙였습니다.
프로토타입에 생동감을 더하기 위해 팀은 후처리된 부품에 다이잉 또는 페인팅을 할 수 있는 솔루션을 찾고 있습니다.
로봇 팔 인클로저는 나일론으로 인쇄하고 페인팅했습니다.
퓨즈 1에 대해 자세히 알아보기
현재 퓨즈 1은 프로토타입 제작에 사용되고 있지만, 하플리 로보틱스는 최종 사용 부품에도 퓨즈 1을 사용할 계획을 세웠습니다. "제가 본 바로는 소량 생산에 쉽게 사용할 수 있을 것 같습니다. 매우 흥미로울 것 같습니다. 프로토타이핑을 위한 부분이 있습니다. 최종적으로 사용될 부분도 있습니다."라고 Desourdy는 말했습니다. 헨리는 "언제든지 기계에 부품을 추가하거나 조정할 수 있다면 제품이 구식이 되지 않을 것"이라고 덧붙였습니다.
퓨즈 1은 현재 의료 기기를 개발하는 회사를 비롯한 다양한 헬스케어 제조업체에서 도입하고 있습니다. 다음과 같은 기업 부분 손 솔루션 과 텐션 스퀘어 와 같은 기업들은 퓨즈 1을 사용하여 환자 맞춤형 보철 솔루션과 붕괴된 폐 지지 장치를 제작하고 있으며, 처음으로 사내에 SLS 3D 프린팅을 도입했습니다.
"항상 SLS 프린터를 갖고 싶었지만 현재 가격대에서는 구입할 수 없었습니다. 퓨즈 1은 파트 핸드 솔루션과 같은 소규모 비즈니스에 안성맞춤입니다."
