활용사례[SLM 3D프린터 활용사례] 금속 적층제조 기술로 골동품 시계에 새로운 생명을 불어넣다!


기계식 시계의 황금기(The golden age of mechanical watches)

1800년대 중반부터 1959년대까지 약 100여년동안 미국은 철도 네트워크의 급속한 확장에 힘입어 고품질의 정확한 회중 시계를 생산하는 출중한 기술 리더이자 생산국이었습니다. 그 당시 기차 안내원은 기차가 전국을 돌아다니며 일정을 지켜야 했기 때문에 고급 회중 시계에만 의존하였습니다.



산업 혁명 동안 개발된 혁신적인 새로운 제조 기술로 무장한 많은 미국 기업가들은 확장되는 철도로 인한 시장 기회를 포착하고 양질의 시계를 대량 생산하기 시작했습니다. 그 당시 떠오른 많은 대형 시계 회사 중 하나인 Waltham Watch Company는 평생 동안 3,600 만개 이상의 시계를 생산했습니다. 


<Waltham Watch Company>


현대 스위스산 기계식 시계와 비교해도 이 "황금 시대"에 생산된 시계 무브먼트는 100년 전에 손과 수동 공작 기계만을 사용하여 생산 되었음에도 불구하고 매우 뛰어날뿐만 아니라 현대 기계식 시계보다 더 정확합니다. 



시간이 지남에 따라(Time goes on)

제 2차 세계대전 이후 많은 외국의 경쟁자들이 미국의 시계 시장에 진출하기 시작하였습니다. 그들은 더 저렴한 노동력을 활용하고 정밀도 기준을 낮추어 미국 시계 제조업체를 약화시켰습니다. 이로 인하여 많은 미국의 위대한 시계 회사들이 문을 닫기 시작하였습니다. 이후 몇 년동안 솔리드 스테이트 디지털 전자 장치의 출현은 기계식 시계 무브먼트를 쓸모없게 만들었으며 고객의 요구가 없어져감에 따라 남아있는 미국 시계 회사들도 운영을 중단해야 했습니다.

<쿼츠 구동 전자식 시계 무브먼트와 비교한 기계식 시계 무브먼트>


뛰어난 품질과 대중들의 사랑이 있었음에도 불구하고 시간이 지남에 따라 황금시대의 미국 기계식 시계는 보관함으로 옮겨지거나 완전히 버려지게 되었습니다.


고급 골동품 시계는 일반적으로 은과 금으로 만든 귀금속 케이스에 보관되는데 인기가 덜해지고 귀금속 가치가 상승함에 따라 많은 시계들이 재료 회수를 위해 분해되었습니다. 다행히도, 많은 골동품 시계가 고철 가치를 위해 보석상에게 판매되었으며 종종 은 또는 금으로 된 케이스를 녹여 귀금속을 회수하기도 하였습니다. 


여기서부터 Vortic Watch Company의 이야기가 시작됩니다.



맞춤형 디자인으로 쓰레기에서 보물로(Trash to Treasure with Bespoke Design)


Vortic Watch Company는 정교하게 제작된 기계식 시계 무브먼트를 버리는 것이 비극적이라는 생각을 발견한 열정적인 시계 애호가 두 사람에 의해 2013년에 설립되었습니다. 골동품 시계 무브먼트용 맞춤형 케이스를 제조할 수 있다면 어떨까? 이러한 미세한 기계식 무브먼트의 장인 정신을 높이 평가하고 현대 제조 기술을 사용함으로써 버려진 무브먼트에 새로운 생명을 불어 넣을 수 있을까? 라는 아주 단순한 아이디어로부터 비즈니스는 출발하였습니다. 



Vortic Watch Company는 100년된 버려진 무브먼트를 현대 손목 시계로 성공적으로 재 포장하여 아름답고 복잡한 골동품 기계식 무브먼트를 선보일 수 있는 방법을 알아보기 위해 프로토타입 시계 케이스 작업을 시작하였습니다. 여기에서 Vortic은 비즈니스의 미래를 결정할 장애물을 빨리 발견했습니다. Vortic의 공동 창립자 RT Custer는 다음과 같이 말합니다. 


"놀랍게도 무브먼트를 복원하는 것은 어려운 부분이 아니었습니다. 미국의 회중 시계는 100년이 지난 후에도 새 것처럼 작동하도록 숙련된 사람의 약간의 인내가 필요할 정도로 놀라운 수준의 품질로 제작되었습니다. 우리가 마주한 문제는 경쟁력 있는 가격으로 소량의 맞춤형 금속 시계 케이스를 어떻게 제조하는가였습니다. 


우리의 목표는 모든 위대한 미국 시계 제조업체의 골동품 기계식 무브먼트를 제공하는 것입니다. 다양한 시계 제조업체의 무브먼트 모델과 크기를 다루고 우리는 다양한 스타일과 크기를 수용할 수 있도록 여러가지 맞춤형 케이스 디자인을 개발했으며 이를 CNC 가공할 계획이었습니다. CNC 가공은 서류상으로는 좋은 방법이었지만 첫 번째 시계 케이스 배치를 가공하기 위해 제조업체에 견적을 요청하였을 때 바뀌었습니다. 우리는 첫 번째 케이스 배치를 가공하기 위해 10,000불 이상의 견적을 받았습니다. 첫 번째 케이스 배치는 우리가 수용해야 하는 많은 스타일 중 하나에 불과했기 때문에 매우 큰 비용 부담이 아닐 수 없었습니다. 제조업체는 표준 프로그래밍 시간, 설정 및 기계 시간 외에도 맞춤형 툴링 및 고정장치의 필요성에 의해 비용이 발생했다고 설명하였습니다. 


만약 수천개의 시계를 만들고 있었다면 괜찮겠지만 우리의 사업은 이제 막 시작되었고 상대적으로 생산량이 적은 틈새 제품을 만들고 있습니다. 또한 다양한 케이스 스타일이 필요했기 때문에 가공 비용이 엄청나게 비싸 금속 적층제조를 포함한 다른 옵션을 탐색하기 시작했습니다"



하나의 기계, 무한한 디자인(One machine, Infinite design)


금속 적층제조(metal AM)에 대해 자세히 알아보기 위해 Vortic은 Penn State의 CIMP-3D(Direct Digital Depositon) 공동 책임자 TiTimothy Simpson에게 연락했습니다. CIMP-3D 팀과의 대화를 통해 금속 적층 제조가 대량 맞춤형 제조 공정을 위한 실행 가능한 솔루션이라는 결론에 도달했습니다. 


<SLM280 3D프린터를 통해 출력되는 Vortic 시계 케이스>


금속 적층제조는 여러가지 이유로 이상적이었지만 특히 Vortic의 눈에 띈 것은 매우 경쟁력있는 가격으로 작은 배치 크기의 시계 케이스를 생산할 수 있는 능력과 동일한 빌드 내에서도 다양한 케이스 디자인을 쉽게 생산할 수 있는 유연성이었습니다. 하나의 기계로 무한한 디자인을 생산할 수 있었으며 변경에 필요한 것은 CAD 파일 뿐이었습니다.


제작된 첫 번째 시계 케이스 배치는 스테인리스 스틸 재질로 출력된 2피스 디자인이었습니다. Vortic은 초기 시계를 제작하면서 많은 것을 배웠고 피드백을 바탕으로 1피스 디자인과 더 가벼운 합금으로 전환하기로 결정하였습니다. 



74년의 티타늄 경험(74 Years of Titanium Experience)


Penn State의 CIMP-3D 팀은 모든 형태의 티타늄 작업에 대해 잘 알고 있는 뉴저지의 고급 제조 회사 Imperial Machine & Tool Co.에 연락할 것을 권장하였습니다.


1943년에 설립된 미국의 Imperial은 다른 합금 중에서도 특히 티타늄 가공 전문 기술을 사용하여 까다로운 다축 정밀 가공 작업을 처리하는 것으로 높은 평가를 받고 있습니다. Imperial사는 고급 제조 분야에서 오랜 역사를 가지고 있으며 Imperial에서 생산한 정밀 금속 부품은 달 착륙선의 일부로 아폴로 임무 중에 NASA가 달에 남겨두고 오기도 했습니다.


2013년 Imperial은 양방향 리코팅 및 동급 최고의 빌드 속도를 자랑하는 다중 레이저 외에도 티타늄 소재를 잘 처리할 수 있는 SLM Solutions사의 SLM280 장비에 투자했습니다. 프리미엄 소재인 티타늄 분말은 비용이 많이 들 수 있지만 SLM Solutions의 오픈 소스 아키텍처를 통해 현지 협상 가격으로 분말을 조달할 수 있어 Vortic은 Imperial사의 티타늄에 대한 전문 지식을 활용하면서 생산 비용 또한 더욱 절감할 수 있었습니다.


<Imperial사의 SLM 장비를 이용하여 생산된 Vortic 시계 케이스 제품>


Vortic은 시계 케이스를 최종적으로 티타늄으로 전환하였으며 고객으로부터 좋은 피드백을 받았습니다. 주문을 채우고 본격적인 생산을 앞고 있는 회사의 경우 Imperial사와 같이 최첨단 장비를 갖춘 숙련된 제조 파트너와의 협업이 성공의 열쇠입니다. Imperial의 영업 및 비즈니스 개발 부사장 Christian G. Joest는 Vortic과의 초기 계약에 대해 다음과 같이 말했습니다.


"우리는 Vortic과 함께 일하는 것을 좋아합니다. 그들은 우리의 전형적인 작업에서 흥미로운 일탈을 나타냅니다. 시계 케이스는 우리가 일반적으로 관려하는 것이 아니지만 Vortic의 이야기를 배우고 함께 일하게 되어 기뻤습니다. 그들은 미국 골동품 시계 무브먼트를 복원하고 보존할뿐 만 아니라 콜로라도 제조 시설에서 숙련된 장인 팀을 고용하며 미국의 제조를 보존하기 위해 진정으로 노력하고 있습니다. 우리는 이러한 시계 무브먼트를 보존하고 수십 년 만에 최초의 진정한 미국산 시계를 제공하는 데 기여한 것을 자랑스럽게 생각합니다"



제조 진화(Manufacturing Evolution)


오늘날 Vortic은 미국 역사의 중요한 부분을 구제, 복원 및 보존을 위해 골동품 기계식 시계 메커니즘을 복원을 위한 풀 타임 마스터 시계 제작자 팀을 고용합니다. 이 아름다운 시계는 미국 산업 혁명 시대의 고급 시계 제작 기술과 오늘날의 금속 적층 3D 프린팅 기술을 결합하여 현재와 미래의 제조 혁명을 약속합니다. 오래된 제조 기술과 새로운 제조 기술의 결합은 선진 제조 전통을 보존하는 동시에 대대로 이어질 수 있는 가보에 새로운 생명을 불어넣는 진정으로 현대적이고 아름다운 시계를 만들 수 있음을 보여줍니다.


 

 



마무리하며 Vortic시계 케이스 제작을 위해 SLM Solutions사의 SLM 3D프린터 장비가 어떻게 활용되고 있는지를 잘 보여주고 있는 영상을 소개해드립니다!




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