이 모든 것은 7년 전, 당시 Parker Hannifin의 CEO였던 돈 워시퀘비츠가 "우리 회사의 미래는 무엇일까?"라는 질문을 팀원들에게 던지면서 시작되었습니다.

이를 계기로 회사의 미래 성장을 보장할 새로운 영역과 기회를 모색하기 위한 활동이 활발해졌습니다. 결국 이 이니셔티브를 통해 회사는 모션 및 제어 기술 분야의 핵심 역량을 보철 및 보조기 분야에서 웨어러블 로봇 장치를 개발하는 데 적용할 수 있는 방법을 연구하게 되었습니다.

더 많은 기회를 모색하는 과정에서 Parker Hannifin은 밴더빌트 대학교의 연구자들과 협력하여 다음과 같은 작업을 수행했습니다. 로보틱스 기술 적용 하지 마비 환자의 이동성을 높이고 보행 능력을 회복할 수 있도록 돕기 위한 연구를 진행했습니다. 이를 통해 엉덩이와 다리에 착용하는 보조기로 구성되고 모터, 배터리 및 기타 전자 장치로 구동되는 웨어러블 외골격이 개발되었습니다.

2012년, Parker Hannifin과 밴더빌트는 기술 라이선스 계약을 체결하고 얼마 지나지 않아 로봇 외골격인 Indego의 상용화를 위한 작업을 시작했습니다. 라이언 패리스 박사는 밴더빌트에서 박사 과정을 밟을 때 기술 개발에 공동 발명자로 참여했고, Parker Hannifin은 그를 인디고의 시장 출시를 담당하는 사업부의 기술 책임자로 영입했습니다.

유연한 소재 및 제조 솔루션 찾기

프로젝트 초기에 파리스와 그의 팀은 회사의 기존 제조 공급업체를 통해 생산 견적과 최종 부품을 기다리는 시간이 너무 길어 공격적인 개발 기한을 맞추기 어렵다는 사실을 알게 되었습니다.

패리스는 경쟁이 치열한 시장에서 매일의 제품 개발이 성공의 성패를 좌우하는 만큼 시간이 매우 중요하다는 것을 알고 있었습니다. 설계 주기를 단축하고 부품을 더 빠르게 제조하기 위해 그는 프로토타입 및 최종 사용 부품을 위한 프로토랩을 찾게 되었습니다.

"저희는 주로 새로운 아이디어를 테스트할 때 프로토랩을 사용합니다."라고 Farris는 설명합니다. "예를 들어, 잠재적인 디자인 개선을 고려할 때 부품을 만들고 가능한 한 빨리 성능을 확인할 수 있는 기능을 원합니다."

한눈에 보기
도전 과제로봇 외골격을 제작하는 Parker Hannifin 엔지니어들은 개발 속도를 가속화하고 설계 위험을 줄이기 위해 신속한 제조 솔루션이 필요했습니다.솔루션 디지털 제조 기술과 프로토랩스의 자동 견적 시스템을 결합하여 출시 시간을 단축하면서 고도로 반복적인 설계 프로세스를 구현할 수 있었습니다.결과 대화형 견적과 함께 퀵턴 성형, 가공 및 3D 프린팅을 통해 R&D 팀은 수개월의 개발 시간을 절약할 수 있었습니다.

인디고는 하지 마비 환자가 다시 걸을 수 있도록 설계된 로봇 외골격입니다. 개발 과정에서 파커 하니핀은 프로토랩을 사용하여 설계 개선 사항을 빠르게 테스트했습니다.

특히 퀵턴 부품이 필요한 설계 과제 중 하나는 장치의 조명 파이프 역할을 하는 부품과 관련된 것이었습니다. 이 부품은 임베디드 회로 기판의 작은 LED에서 빛을 외부로 전송하여 사용자가 기기의 현재 상태를 확인할 수 있도록 합니다.

"이 작은 표시기는 하반신 마비 환자, 뇌졸중 환자 또는 시스템을 사용하는 모든 사용자가 자신이 어떤 상태인지, 어떤 모드에 있는지, 장치에 어떤 일이 일어날지 알 수 있기 때문에 특히 중요합니다."라고 Farris는 말합니다.

초기 광파이프 디자인은 성형된 투명 열가소성 플라스틱으로 제조되었습니다. 몇 번의 테스트 사이클을 거친 후, 이 소재는 사용자의 움직임에 따라 휘어지도록 설계되었기 때문에 일상적인 사용의 혹독함을 견디기에는 너무 약하다는 것이 분명해졌습니다. 또한 패리스는 조명 파이프가 더 큰 어셈블리의 일부로, 어셈블리의 상대적인 움직임이 단단한 플라스틱과 같은 부품과 잘 맞지 않는다고 설명했습니다.

설계 주기를 단축하고 부품을 더 빠르게 제조하기 위해 프로토타입 제작 및 최종 사용 부품을 위한 프로토랩을 찾게 되었습니다.

신속한 실리콘 고무 툴링으로 생산 격차 해소

패리스와 그의 팀은 광파이프 부품에 사용되는 소재를 재평가하고 다음과 같이 부품을 제조하기로 결정했습니다. 액체 실리콘 고무 (LSR). 성형된 LSR 부품은 사용자의 움직임에 따라 자연스럽게 휘어지고 내구성이 무한대로 지속될 수 있어야 합니다. 하지만 문제는 적절한 소재를 찾는 것 이상의 것이었습니다. 또한 아직 디자인이 완성되지 않았기 때문에 이 제품 개발 단계에 최적화된 비용 효율적인 성형 옵션이 필요했습니다.

로봇 외골격은 아직 시제품 제작 단계에 있었고 FDA 승인은 아직 보류 중이었기 때문에 기존 툴링에 많은 비용을 투자하는 것은 이상적이지 않았습니다. 패리스는 새로운 디자인을 테스트하고 필요한 경우 반복할 수 있는 유연성을 확보하기 위해 프로토랩스의 LSR 성형 공정을 통해 여러 광파이프 부품을 신속하게 제조했습니다.

그는 성형 공정을 가속화할 수 있었던 비결로 프로토랩스의 자동화를 꼽았습니다, 대화형 견적 시스템. 그와 그의 팀은 종종 몇 시간 안에 부품을 업로드하여 견적을 받은 다음 목표 비용 범위 내에 들어갈 때까지 여러 번의 반복 작업을 거칩니다. 이 모든 과정이 소프트웨어를 통해 디지털 방식으로 이루어지고 최종 부품을 제조할 필요가 없기 때문에 개발 비용을 절감하면서 고도로 반복적인 설계 프로세스가 가능했습니다.

로봇 외골격은 엉덩이와 하반신에 착용하는 보조기로 구성되며 모터, 배터리, 전자 장치, 지능형 소프트웨어로 구동되어 사용자의 움직임을 보조합니다.

자동화된 인용으로 몇 주간의 개발 시간 절약

성형된 LSR 부품을 받은 후 새로운 디자인을 테스트한 결과, 인디고 시스템의 일상적인 사용을 견딜 수 있는 유연성과 내구성을 갖췄다는 사실을 알게 되었습니다. "액체 실리콘 고무 부품으로의 전환에 매우 만족하고 있습니다."라고 Farris는 말합니다. "빛 투과율이 우수하고 사용자에게 표시기의 시인성이 뛰어나며 변경 후 내구성 문제가 전혀 발생하지 않았습니다."

패리스는 프로토랩스의 몰딩 서비스를 통해 며칠 만에 LSR 부품을 제작함으로써 1~2개월의 시간을 절약할 수 있었다고 말합니다. 소량 생산에 최적화된 툴링을 통해 초기 프로토타입과 최종 생산 사이의 간극을 좁힐 수 있었습니다.

"내부적으로 이러한 부품을 직접 만들려고 했다면 대역폭 제한으로 인해 한 달은 걸렸을 것입니다."라고 패리스는 말합니다.

하지만 이 재설계는 단순히 R&D 연구소에서 개발한 제품 개선 이상의 의미를 가집니다. 패리스는 사용자 피드백에 귀 기울이고 제품 개선 사항을 신속하게 구현함으로써 고객 서비스에 집중하려는 회사의 더 크고 전략적인 노력의 한 예라고 설명했습니다.

"저희의 목표는 가능한 한 빠른 것입니다. 새로운 개발이 있을 때 우리의 경쟁 우위 중 하나는 속도입니다. 현장에서 문제가 발생했을 때 고객에 대한 관심을 크게 보여주는 것 중 하나가 바로 대응 속도입니다."라고 그는 설명합니다.

인디고 엔지니어와 설계자는 몰딩된 LSR 부품 외에도 다음 사항에 크게 의존했습니다. 프로토랩의 CNC 가공 그리고 3D 프린팅 로봇 외골격 개발 과정에서 다양한 기능을 활용했습니다. 예를 들어, 패리스는 초음파 용접을 위해 부품을 제자리에 고정하기 위해 고정 장치를 가공했다고 말합니다. 또한 사출 성형으로 전환하기 전에 3D 프린팅을 사용하여 선택적 레이저 소결을 통해 나일론 프로토타입을 제작했습니다.

와 온디맨드 제조 옵션을 마음대로 사용할 수 있게 됨에 따라 개발 시간을 단축하고 혁신적인 제품을 더 빠르게 출시하며 고객 피드백에 효과적으로 대응할 수 있게 되었습니다. 파리스는 성형 생산 부품을 포함하여 전체적으로 볼 때, 파커 하니핀의 휴먼 모션 및 제어 사업부는 프로토랩을 통해 수천 개의 부품을 제조했으며, 향후 차세대 인디고에서도 디지털 제조 서비스를 계속 활용할 것으로 예상하고 있습니다.