마이크로 디스펜싱: 반도체에서 초밥까지

소개

'미세 유체 디스펜싱'이라는 문구는 일반적으로 의료 기기 조립이나 배터리 제조와 같은 응용 분야와 관련이 있습니다. 적어도 아직은 초밥을 떠올리게 하지는 않습니다. 하지만 IHI Aerospace와 Yamagata University의 엔지니어들이 3D 프린팅 스시를 지구 궤도를 돌면서 우주 관광객들에게 제공한다면, 그 날은 머지않아 실현될 수 있을 것입니다.

네, 인쇄된 스시 – 음식입니다. IHI 에어로스페이스는 민간인을 궤도에 태우는 데 사용할 수 있는 상업용 우주 플랫폼 개발에 참여하고 있습니다. 이 회사는 이미 식사를 포함한 모든 수준의 경험을 향상시키기 위해 앞서 나가고 있습니다.

1그램의 무게당 가격이 천정부지로 치솟는 초밥을 실용적으로 만들려면 전문 요리사, 날카로운 칼, 생선과 해산물을 담는 쿨러를 넘어서는 것이 필요했습니다. 해결책은? 바로 경량 카운터탑 마이크로 디스펜싱 시스템으로 초밥을 인쇄하는 것이었습니다. Nordson EFD PICO Pµlse 피에조 밸브 기술을 소형 로봇과 통합하여 현지 스시 바의 제품에 필적하는 스시를 인쇄할 수 있는 정밀 마이크로 유체 디스펜싱 시스템을 만들었습니다(그림 1 참조).

초밥과 우주

궤도 우주 비행의 스릴을 찾는 모험가들은 처음부터 끝까지 잊을 수 없는 경험을 기대할 것입니다. 그들은 단순한 샌드위치보다 더 이국적인 것을 원할 것입니다. 창의적인 가능성을 모색할 준비가 된 IHI Aerospace는 강력한 항공우주 공학 프로그램과 요리 예술 분야에서 높은 평가를 받고 있는 야마가타 대학에 연락을 취했습니다. 브레인스토밍을 통해 궤도에서 초밥을 제공한다는 콘셉트를 도출해냈습니다. 문제는 방법이었죠.

스시는 전형적인 일본 요리입니다. 긴 재료 목록이나 실수를 감추기 위한 까다로운 요리 기법이 필요하지 않습니다. 초밥은 신선한 재료, 균형 잡힌 풍미, 아름다운 프레젠테이션 등 완전한 단순성에 달려 있습니다. 그 단순함 때문에 특히 우주 공간에서 성공적으로 준비하기가 어렵습니다.

야마가타 대학 팀은 요리와 음식 준비 문제를 모두 해결하기 위한 전략적 결정으로 단단한 생선이나 해산물 대신 페이스트 형태의 단백질을 선택했습니다. 우니(성게)와 기타 생선 페이스트는 일본과 세계 여러 지역에서 흔히 볼 수 있는 식품입니다. 따라서 우니 페이스트로 만든 초밥의 개념은 친숙합니다.

페이스트는 품질과 물류 모두에 이점이 있습니다. 단백질이 가장 맛있을 때 수확하고 포장할 수 있습니다. 이는 특히 고체 상태에서는 하루나 이틀 만에 버터처럼 부드럽고 맛있는 맛에서 끈적끈적하고 쓴맛으로 변하는 유니에 특히 유용합니다. 포장된 페이스트는 냄새를 유발하는 음식물 쓰레기가 남지 않고 보관이 안정적입니다.

단백질 페이스트는 비접촉식 마이크로 유체 디스펜싱 기술과도 호환되므로 스시 준비 과정을 자동화할 수 있습니다. 소형 로봇과 통합된 올바른 유체 디스펜서는 전통적인 스시 단백질의 모양을 모방하는 방식으로 페이스트를 증착할 수 있습니다. 이 장치는 조리실에 설치하여 버튼 하나만 누르면 다양한 종류의 스시를 생산할 수 있습니다(그림 2 참조).

도전 과제

인쇄 가능한 스시를 개발하는 것은 혁신적인 개념이었으며 여러 가지 도전 과제가 있었습니다. 이 애플리케이션은 특정 양의 유니 페이스트를 특정 패턴과 위치에서 밥 위에 디스펜싱해야 했습니다. 유니 페이스트는 점도가 높은 유체이기 때문에 압력을 잘 조절해야 디스펜싱할 수 있습니다. 노즐은 막힘을 방지할 수 있을 만큼 충분히 넓어야 하지만 침착을 제어할 수 있을 만큼 좁아야 했습니다. 또한 노즐이 막힐 경우 세척이 가능해야 했습니다.

요리의 관점에서 보면 청소 문제에 또 다른 주름이 있었습니다. 이 프로그램의 목표는 장어, 흰살 생선, 게, 새우 등 네 가지 종류의 인쇄 초밥을 페이스트 형태로 생산하는 시스템을 만드는 것이었습니다. 이 시스템은 맛의 잔류물 없이 다른 초밥으로 전환할 수 있어야 했습니다.

이러한 과제를 해결하고 프로토타입을 구축하기 위해 야마가타 대학 팀은 노드슨 EFD 재팬에 도움을 요청했습니다.

솔루션

IHI/야마가타 대학 설계 팀이 연락을 해왔을 때 노드슨 EFD 재팬의 애플리케이션 엔지니어들은 놀라움과 함께 이 독특한 사용 사례에 매료되었습니다. 디스펜싱되는 제품은 다소 특이했지만, 궁극적으로 당면한 과제는 지정된 속도로 정확한 양의 유체를 안정적으로 디스펜싱할 수 있는 효율적인 방법을 찾는 것으로 평소와 동일했습니다.

고객과 상의하여 요구 사항을 결정하고, 문제를 파악 및 해결하고, 시스템을 지정하고, 정확하고 안정적인 성능을 보장하기 위해 테스트하는 등 노드슨 EFD 팀이 솔루션을 개발하는 방식도 동일했습니다.

이상적으로는 유니 페이스트가 쌀 바닥을 방해하지 않고 침전되는 것이 좋습니다. 이를 위해서는 제팅 밸브가 필요했습니다. 노드슨EFD 팀은 Nordson EFD PICO Pµlse 제트 밸브 시스템를 추천했습니다. 이 시스템은 압전 액추에이터를 사용하여 매우 두꺼운 유체도 부드럽고 정확하게 비접촉식 또는 제트식으로 디스펜싱할 수 있습니다.

피에조 밸브는 매우 높은 분해능과 신뢰성, 긴 수명을 자랑합니다. 이러한 특성 덕분에 사용자는 스트로크 길이를 조정하여 분사되는 양을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 PICO 피코 마이크로 제트 밸브는 다양한 농도의 스시 페이스트에 균일한 외관을 구현하기 위해 증착을 최적화할 수 있습니다. 운영 측면에서 피에조 밸브는 긴 수명과 높은 신뢰성이라는 이점을 제공합니다.

또한 PICO Pµlse는 모듈식 제품이기 때문에 유연성이 뛰어나고 각 용도에 맞게 이상적으로 구성할 수 있습니다. 도구가 필요 없는 래치 덕분에 유체 바디를 빠르고 쉽게 교체할 수 있습니다. 신속한 교체는 시제품 제작 시에도 유용하지만 제품이 작동 중일 때도 유용합니다. 유체 운반 부품을 빠르게 교체할 수 있기 때문에 밸브가 다양한 유형의 페이스트를 디스펜싱하고 세척이 용이하다는 본연의 목적을 달성할 수 있습니다.

IHI Aerospace/야마가타 대학 팀은 통합의 용이성과 정확하고 안정적인 작동을 결합한 엔드투엔드 솔루션을 위해 PICO Pµlse 밸브와 Nordson EFD PICO Tomch 밸브 컨트롤러 및 유체 저장소를 결합했습니다.

다음 단계는 단백질 페이스트를 처리할 수 있는 최적의 노즐을 선택하는 것이었습니다. 노드슨EFD는 300미크론 오리피스가 있는 플랫 노즐을 추천했습니다. 이 노즐은 막힘 위험을 최소화하면서 단백질 페이스트를 원활하고 제어된 방식으로 증착할 수 있도록 충분히 넓은 개구부를 가지고 있습니다. 이 노즐은 끈적끈적한 유체에 사용되는 특수 친수성 코팅으로 덮여 있습니다. 이는 습식 경로의 표면 장력을 줄여 미세 디스펜싱의 일관성을 개선했습니다.

시스템이 구체화되자 본격적인 작업이 시작되었고, 노드슨 EFD 재팬의 전용 테스트 시설에서 솔루션을 평가했습니다. 노드슨 팀은 정확하고 안정적인 작동을 보장하기 위해 테스트베드를 조립하고 다양한 조건에서 테스트했습니다.

결과

IHI 에어로스페이스, 야마가타 대학, 노드슨EFD 재팬의 공동 연구팀은 3D 스시를 인쇄할 수 있는 자동 디스펜싱 시스템 프로토타입을 구축했습니다. 이 제품은 시간이 지나도 예술적이고 일관된 모양을 유지합니다(그림 3 참조). PICO 압전 디스펜싱 시스템은 매우 안정적이어서 야마가타 대학 팀은 일본의 주요 무역 박람회에서 방문 인사들에게 간식을 제공하는 시연을 성공적으로 마쳤습니다.

궤도 식사를 위한 인쇄 가능한 초밥은 이색적인 사용 사례이긴 하지만, 일반적으로 인쇄 가능한 음식은 훨씬 더 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 야마가타 대학 팀은 병원, 요양원, 장기 요양 시설과 같은 시설의 급식 서비스를 위한 기술을 계속 연구할 계획입니다.

결론

PICO Pµlse 제트 밸브는 초밥 인쇄라는 특별한 응용 분야를 다루었지만, 이는 그 기능의 표면을 긁어낸 것에 불과합니다. 이 마이크로 디스펜싱 시스템은 높은 정확도와 반복성을 뛰어난 다목적성과 결합하여 표준 산업 틈새 분야 안팎의 여러 응용 분야에서 매우 효과적입니다.

가장 까다로운 애플리케이션을 가져오면 해결책을 찾아드립니다. 고객의 요구 사항을 충족하고 미래의 성공을 위한 시스템을 개발하고 철저히 테스트할 때까지는 작업이 완료되지 않는다는 것이 저희의 철학입니다.

초밥을 인쇄할 수 있는 시스템을 개발했습니다. 우리가 여러분을 위해 무엇을 할 수 있는지 상상해 보세요.

자주 묻는 질문

미세 액체 디스펜싱이란 무엇인가요?

마이크로 유체 디스펜싱은 정밀한 미크론 또는 나노리터 양의 유체를 기판에 도포하는 제조 공정입니다. 이러한 유체에는 표준 오일, 실란트, 접착제부터 고성능 조립 유체까지 다양합니다. 이러한 유체를 정확하고 일관된 양으로 도포하는 것은 거의 모든 제조 공정에서 사용됩니다. 노드슨EFD가 정밀 유체 디스펜싱 시장에 어떻게 서비스를 제공하는지 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오를 클릭하세요.

제트 밸브란 무엇인가요?

제트 밸브는 비접촉식 유체 디스펜싱 기술로, 제조업체가 고르지 않거나 접근하기 어려운 표면을 포함한 모든 표면에 조립 유체를 정밀하게 디스펜싱할 수 있도록 해줍니다. 제트 밸브는 압전 또는 공압 기술과 함께 작동하여 소량의 유체를 고속으로 매우 정밀하고 반복적으로 디스펜싱할 수 있습니다. 노드슨EFD가 제트 밸브 시장에 어떻게 서비스를 제공하는지 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오를 클릭하세요.

단백질 페이스트란 무엇인가요?

단백질 페이스트는 다양한 형태의 부패하기 쉬운 단백질을 소비자가 기존의 유통기한이 지난 후에도 오래도록 섭취할 수 있는 형태로 제공하는 안정적인 유통 수단입니다. 인쇄 가능한 초밥 애플리케이션의 경우 이 페이스트는 단단한 생선이나 해산물로 구성됩니다.

페이스트는 품질과 물류 모두에 이점이 있습니다. 단백질이 가장 맛있을 때 수확하여 포장할 수 있습니다. 포장된 페이스트는 악취를 유발하는 음식물 쓰레기가 남지 않고 보관이 안정적입니다.

3D 푸드 프린팅이란 무엇인가요?

3D 식품 프린팅은 자동화된 적층식 3D 프린팅 프로세스를 사용하여 식용 식품을 만드는 방법입니다. 일반적으로 3D 프린팅 식품은 미리 정해진 모양으로 층층이 쌓아 올려 제작됩니다. 3D 프린팅 식품은 페이스트 또는 머쉬 형태로 시작되는 식품으로 구성되는 경우가 많습니다. 일반적으로 이러한 페이스트 또는 머쉬는 캐니스터에 삽입되어 프린터에 투입됩니다.

3D 프린팅 초밥 애플리케이션을 개발한 파트너십은 무엇인가요?

이 3D 프린팅 초밥 애플리케이션을 개발하기 위해 협력한 파트너십에는 IHI Aerospace, 야마가타 대학 및 Nordson EFD가 있습니다.

무게 데니즈 마이러

무게 데니즈 메이러는 노드슨EFD의 글로벌 시장 개발 매니저입니다. 그녀는 전기차 및 생명 과학 산업, 특히 전기차 배터리 및 의료 진단 시장에서 EFD의 관련 기회를 공고히 하고 성장시키는 데 집중하고 있습니다. 무게는 13년 이상의 제품 및 시장 관리 경력을 보유하고 있습니다. 2018년 노드슨EFD에 합류했습니다.