건강한 사람에게는 버스를 타기위해 뛰어가고, 상자를 들고, 전화기를 어디에 두었는지 기억 하는 일들은 대개 당연하게 할 수 있는 일처럼 느껴집니다. 하지만 장애를 가지고 계신 분들에게는 이러한 생활이 쉽지만은 않습니다. 숟가락으로 음식을 떠먹는 것처럼 사소해 보이는 일에도 엄청난 어려움을 겪을 수 있기 때문이죠. 팔, 팔꿈치, 손목, 손가락에 있는 관절과 근육의 단순한 움직임으로 구성된 행동임에도 말입니다.
제13회 재활공학 및 보조기술 국제 컨벤션(i-CREATe 2019)에서 열린 글로벌 학생 혁신 챌린지 대회의 디자인 부문에서 홍콩 이공대학이 ‘Snaker Spoon’이라는 발명품으로 금상을 수상했습니다.
Snaker Spoon 은 특히 뇌성마비, 류머티즘성 관절염으로 인해 팔에 장애가 있어 식사 시 자주 도움이 필요한 사람들을 위해 고안된 특수 숟가락입니다. 이공대학 작업치료학과의 프로그램에서 Kristy Fung 의 팀이 개발한 Snaker Spoon은 스스로 식사 할 수 있도록 돕는 것이 목표입니다. 이 숟가락은 제품 이름의 유래가 된 뱀(snake)처럼 비트는 것이 가능하며, 숟가락 부분과 각도 회전을 위한 인터페이스 그리고 손잡이라는 3가지 파트로 구성되어 있습니다. 스프링은 이 파트들을 연결하면서 각도를 조정할 수 있도록 하며, 각 파트 사이의 자석은 안정적으로 음식을 섭취할 수 있도록 도와줍니다. 사용자는 숟가락 부분과 손잡이 부분을 가장 알맞은 각도로 비틀어 도움을 받지 않고 음식을 섭취할 수 있습니다. 숟가락 부분과 손잡이는 각각 6가지 방향으로 비틀 수 있어 총 36가지의 조합이 가능합니다. 결과적으로, Snaker Spoon의 사용자는 숟가락 부분과 손잡이를 비틀어 본인에게 가장 적합한 각도로 큰 어려움 없이 식사를 할 수 있게 됩니다.
Snaker Spoon은 수업의 프로젝트로 개발되었습니다. 컨셉은 충분히 흥미로웠지만, 실제 제품으로 만들기 위해서는 꽤 많은 노력이 필요했습니다. 이 작품의 목적이 사용자 경험의 문제점을 해결하는 것이었기 때문에 크기, 모양, 구조 등의 디자인을 결정하기 위해 수많은 반복 작업이 필요했습니다. 기존 방식인 CNC는 각 디자인의 금형을 제작하는 데 많은 비용과 시간이 소요됩니다. 프로젝트를 대회에 제시간에 제출하기 위해 Kristy 팀은 오랜 시간을 투자할 수 없었습니다. 게다가 유연하면서도 견고한 재료를 찾는 것도 문제였습니다. 다행히 이공대학의 3D 프린팅 대학 연구 시설 (U3DP)에는 F900, F450mc, J750, Objet30 Pro 등 Stratasys의 수많은 시스템이 있었습니다. Kristy 팀은 그곳에서 엔지니어링 전문가와 함께 협업하여 마침내 안정성과 유연성을 균형 있게 갖춘 제품을 프린팅할 수 있었습니다.Kristy는 Stratasys J750 및 Digital ABS로 손잡이와 숟가락 부분을 프린트하기로 했습니다. 세계 최초의 풀 컬러 및 복합 재료 3D 프린터인 J750은 텍스처 맵핑 및 색상 그라데이션을 갖춘 진정한 풀 컬러 기능을 구현하여 독보적인 미적 성능을 발휘합니다. J750의 광범위한 재료 속성 덕분에 색을 입히거나 조립하지 않고도 완제품 같은 외관과 촉감에 작동까지 가능한 프로토타입을 만들 수 있었습니다. Digital ABS는 내구성이 뛰어난 생산 플라스틱을 모사하기 위해 설계되었으며 높은 내열성과 우수한 마감 처리로 높은 내구성을 제공할 수 있습니다. 그 결과, Kristy는 원하는 정도의 정확도와 강도를 갖출 수 있었습니다.
숟가락 부분과 손잡이를 연결하는 스프링은 Stratasys F900과 ASA를 사용하여 프린팅했습니다. Stratasys 의 대표적인 프린터 중 하나인 F900은 가장 정밀하고 강력한 FDM 시스템입니다. 대형 트레이 크기(914 x 610 x 914 mm)로 가장 까다로운 제조 요구 사항을 처리하도록 설계되었습니다. 그 결과 여러 개의 서로 다른 프로토타입을 동시에 프린팅하고 함께 테스트하여 개발 단계를 크게 단축할 수 있었습니다. F900은 높은 정확도, 반복성, 예측성을 갖추고 있으며, 제어 소프트웨어는 시스템의 하드웨어를 활용하여 뛰어난 출력 성능과 안정성을 제공합니다. ASA는 ABS와 비슷하지만 UV 저항, 기계적 속성 및 예술성 면에서 더 우수한 기능을 제공합니다. ASA는 프로토타이핑, 지그 및 픽스처와 소량 생산 파트 등 대부분의 범용 3D 프린팅 애플리케이션에 적합합니다.
Stratasys 기술(PolyJet 및 FDM)의 장점 중 하나는 높은 정확도로 파트 조립이 매우 쉽다는 것입니다. 또한 용해되는 재료를 사용하여 복잡한 형상을 쉽게 제작할 수 있을 뿐만 아니라 후가공 과정도 크게 간소화되었습니다. 시간과 비용 또한 Kristy가 3D 프린팅을 선택한 주요 이유였습니다. CNC는 파트별로 새로운 금형을 제작해야 하며 전체 공정에 30~45일이 소요됩니다. 이와는 대조적으로, 3D 프린팅으로 제작되는 Snaker Spoon은 프린팅에서 후가공까지 25~30시간 정도 소요됩니다. Kristy는 3D 프린팅을 사용하여 비용을 40% 가량 절감하였다고 추정합니다.
