세계보건기구(WHO) 통계에 따르면 전 세계 수천만 명의 사람들이 의족을 필요로 합니다. 이 인구는 2050년까지 두 배로 증가할 것으로 예상됩니다. 국가와 연령대에 따라 의족이 필요한 사람의 70%는 하지에 해당합니다. 현재 고품질 섬유 강화 복합 소재 의족은 복잡한 수작업 제조 공정으로 인해 높은 비용 때문에 대부분의 하지 절단 환자에게 공급되지 않습니다. 대부분의 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP) 의족은 여러 겹의 탄소 섬유를 적층하여 수작업으로 제작됩니다.프리프레그금형에 넣은 후, 핫프레스 탱크에서 경화시키고, 이어서 다듬고 밀링하는 과정이 이어지는데, 이는 매우 비용이 많이 드는 수작업 과정입니다.
기술의 발전으로 복합소재 자동화 제조 장비의 도입으로 비용이 크게 절감될 것으로 예상됩니다. 복합소재 제조의 핵심 공정인 섬유 와인딩 기술은 고성능 복합소재 보철물 생산 방식을 변화시켜 더욱 효율적이고 경제적으로 만들고 있습니다.
파이버 랩 기술이란?
섬유 권취는 연속 섬유를 회전하는 다이 또는 맨드렐에 감는 공정입니다. 이러한 섬유는프리프레그미리 함침된수지또는 ~에 의해 함침됨수지권취 공정 중. 섬유는 설계에 필요한 변형 및 강도 조건을 충족하기 위해 특정 경로와 각도로 권취됩니다. 최종적으로 권취된 구조는 경화되어 가볍고 강도가 높은 복합재 부품을 형성합니다.
보철물 제조에 있어서 섬유 랩 기술의 적용
(1) 효율적인 생산: 파이버 와인딩 기술은 자동화와 정밀 제어를 실현하여 보철물 생산 속도를 크게 향상시킵니다. 기존 수작업 생산 방식과 비교했을 때, 파이버 와인딩 방식은 단시간에 고품질 보철물을 대량 생산할 수 있습니다.
(2) 비용 절감: 파이버 와인딩 기술은 생산 효율 및 재료 활용도 향상으로 인해 보철물 제조 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 이 기술을 도입하면 보철물 제조 비용을 약 50% 절감할 수 있는 것으로 보고되었습니다.
(3) 성능 향상: 섬유 와인딩 기술은 섬유의 정렬과 방향을 정밀하게 제어하여 의족의 기계적 특성을 최적화할 수 있습니다. 탄소 섬유 강화 복합재(CFRP)로 제작된 의족은 가벼울 뿐만 아니라 매우 높은 강도와 내구성을 가지고 있습니다.
(4) 지속가능성: 효율적인 생산 공정과 재료 활용은 섬유 와인딩 기술을 더욱 친환경적으로 만듭니다. 또한, 복합소재 보철물의 내구성과 경량성은 사용자의 자원 낭비와 에너지 소비를 줄이는 데 도움이 됩니다.
섬유 와인딩 기술의 지속적인 발전으로 보철물 제조에 대한 적용 가능성은 더욱 높아졌습니다. 앞으로 우리는 더욱 스마트한 생산 시스템, 더욱 다양한 소재 선택, 그리고 더욱 개인화된 보철물 디자인을 기대할 수 있습니다. 섬유 와인딩 기술은 보철물 제조 산업의 발전을 지속적으로 촉진하고 전 세계 보철물이 필요한 수백만 명의 사람들에게 도움을 줄 것입니다.
해외 연구 진행 상황
선도적인 보철물 제조 기업인 Steptics는 CFRP 보철물 생산을 산업화하여 하루 수백 개의 부품을 생산함으로써 보철물의 접근성을 획기적으로 높였습니다. Steptics는 섬유 와인딩 기술을 활용하여 생산성을 높일 뿐만 아니라 제조 비용도 절감하여 더 많은 사람들이 고성능 보철물을 저렴하게 이용할 수 있도록 지원합니다.
Steptics의 탄소섬유 복합소재 보철물 제작 과정은 다음과 같습니다.
(1) 아래와 같이 도레이사의 T700 탄소섬유를 섬유로 사용하여 섬유 와인딩 공법을 이용하여 먼저 대형 성형관을 제작한다.
(2) 튜브가 경화되어 성형된 후 튜브를 여러 조각으로 절단하고(왼쪽 하단), 각 조각을 다시 절반으로 절단하여(오른쪽 하단) 반제품을 얻습니다.
(3) 후가공에서는 반제품을 개별적으로 가공하고, AI를 활용한 맞춤형 제작 기술을 도입하여 절단자의 형상, 강성 등의 특성을 개별 맞춤화합니다.
상하이 오리센 신소재 기술 유한회사
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게시 시간: 2024년 6월 24일