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한층 진화한 디지털 제작, 독일 3D세라믹프린터 전문회사
<WZR ceramic solutions GmbH>
글·사진_이윤경 독일 통신원

3D도자프린터 전문회사 <WZR ceramic solutions GmbH 이하 WZR >는 독일 프레헨의 도자박물관 케라미온 Keramion 에서 선보인 <예술과 기술이 만나다-3D 프린터로 창조되는 도자> 공모전의 기술적인 면을 지원해 주목한 바 있다. 본지 2019년 10월호에 소개된 기사를 기점으로 이후 회사 창립자이자 운영자인 콜렌베르크 박사 Dr. Kollenberg 를 따로 만나 회사 내부를 둘러보며 자세한 설명을 들을 수 있었다. 회사는 독일 중부지방에 위치한 쾰른에서 남쪽으로 50km 떨어진 곳에 자리잡은 라인바하 Rheinbach 라는 작은 도시에 비슷한 규모의 중소기업들이 들어선 산업지역 내에 있다. 미리 약속하고 찾아간 회사에서 반갑게 맞아주는 콜렌베르크 박사를 만나, 그의 사무실에 준비된 회사 홍보영상을 보며 소개를 받은 후 공장을 둘러보았다.

3D프린터

WZR 도자회사는 콜렌베르크 박사가 1996년도에 창립해 도자를 기반으로 한 원료와 제품, 다양한 기계에 관한 연구와 발전을 이어오고 있다. 2004년부터 3D프린터를 이용한 특수형태의 도자제품을 생산 중이다. 기본도자원료를 연구·제작하는 동시에 산업분야와 접목할 수 있는 제품을 개발하며, 기술과 제품을 필요로 하는 곳과 교류를 시도하고 적합한 제품생산을 위한 조언을 하고 있다. 또한 표본제품을 직접 의뢰하거나 원하는 아이디어를 실체화하기 위한 기술적 조언을 위해 찾아오기도 한다.
WZR 도자회사는 도자 산업품을 위한 기계를 생산하거나 판매하지는 않는다. 의뢰회사의 제작 제품에 맞춰 원료의 배합을 판매하거나 제품 생산에 필요한 부분적인 기계부품만을 제작해 기존 공정과정에 맞춰 설비해 준다. 또한 소량의 특수 제품 생산·설계를 제공하며, 유일한 작품 탄생이 가능하도록 모든 과정을 전담하거나 원하는 기능에 맞춰 최적화된 솔루션을 제시한다. 즉, WZR회사의 운영취지는 원료개발과 배합, 제품개발과 생산, 맞춤형 부품기계제작 그리고 완성된 제품의 오류연구라고 할 수 있다.
현재 회사는 15명의 직원이 일하고 있고, 화학, 물리 학, 기계공학, 요업공학, 컴퓨터공학, 컴퓨터디자인 등을 전공한 젊은 세대들로 구성됐다. 시설은 바인더 젯 팅 Binder Jetting,BJ/바인더 제팅 방식 기계 10기, 머티리얼 익스트루션 Material Extrusion,MEX/재료압출방식 기계 3기, 배트 포토 폴리머 리제이션 Vat Photo Polymerisation,VPP/배트 광중합방식 기계 1기, 3D실 크스크린 프린터 3D-Silkscreen Printer 3기를 갖춰 제작생산에 최적화돼있다. 회사내에는 원료준비를 위한 원료실를 비롯해 다양한 연구와 실험이 이뤄지는 연구실과 실험실, 앞서 언급한 여러 기계들이 들어서 제품이 생산되는 제품공정실, 1600°C이상의 번조가 가능한 여러 종류의 가마를 구축한 가마실, 생산 가능한 시제품을 선보인 제품 전시실 등 연구, 실험, 제작이 신속하게 이뤄 지도록 구성된다.
WZR회사의 제품 분야는 세 개의 파트로, 첫번째는 CerCheck, 두번째는 CerCoat, 세번째는 CerPrint로 나 뉘어진다.CerCheck 분야는 원료분석, 공정과정의 안전점검, 도 자원료의 성격분류, 제품생산에 적절한 원료선정, 제품제작에 필요한 시뮬레이션 제작, 제작품의 품질감 정과 손상분석 등으로 이뤄진다.

CerCoat 분야는 초벌 전 제작품에 글자나 심볼을 표기 해 번조 후에 드러날 수 있는 물질을 개발한다. 현재 초벌에서 사용 가능한 유약 펜을 개발해 판매 중이다. CerPrint는 쉽게 표현하면 CAD Computer-Aided Design 로 저장한 파일을 3D도자프린터로 완성하는 과정이다. 제작 방식에 따라 접착제 분사 Binder Jetting , 압출 Material Extrusion , 광 경화 Vat Photo Polymerisation 등으로 구분할 수 있고, 지면 상에 는 바인더 젯팅 BJ 과 머티리얼 익스트루션 MEX 등 두가지 주요 방식만 다뤄본다.

바인더 젯팅 Binder Jetting,접착제 분사 방식
• 원료 : 분말상태로 원료를 준비하고 접착제 역할의 유기용액을 준비한다.
• 기계 : 분말원료를 제작대 밑판에 0.1mm 두께로 펼칠 수 있도록 하고, 접착용액은 분무기를 통해 분말 위로 뿌려질 수 있도록 원하는 제작품에 맞춰 기계를 조정한다. 분무기는 직경이 0.03mm인 1000개의 구멍으로 제작되어 있다.
• 공정과정 : 분말원료를 얇게 제작대 밑판에 펼친다. 제품 형태에 따라 접착용액이 분무기를 통해 뿌려진다. 제작대가 0.1mm 하강한 후에 다시 분말이 펼쳐지고 접착용액이 분무되는 과정이 설계도면을 따라 반복되어진다. 이렇게 완성된 형상은 접착제가 뿌려지지 않은 분말속에 존재하는 것이므로 건조된 후에 형상을 조심히 꺼내 분말을 제거시킨 후에 번조한다.
• 제작크기 : 길이 180mm, 폭180mm, 높이150mm 가 제작가능한 최대 크기이다. 내부에 구멍이 있을 경우 에는 한쪽이 막혀 있지 않고 서로 통할 수 있는 구조여야 한다.
• 장점 : 제작과정 시간이 아주 짧다. 한켜를 만드는데 30초가 소요되며 동시에 여러개의 제품을 제작할 수 있다. 제품이 분말원료속에서 제작되기 때문에 접착 되지 않은 주위의 분말원료가 제품의 보호대 역할을 해준다. 다양하고 복합적인 형태제작이 가능하다. 내부에 빈 공간이 있거나 두께가 아주 얇은 제품의 제작도 가능하다.
• 단점 : 원료가 분말이기에 공정과정에서 고압이 작동되지 않아 제품내면의 기공비율이 높아 견고성이 부족하다. 건조된 제품 주변의 불필요한 분말제거 과정이 까다로울 수 있다.

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 월간도예 2019년 12월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>