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특허로 살펴보는 Apple 의 Liquid Metal 과 3D 프 린팅 아스팩미래기술경영연구소 차원용 (wycha@nuri.net)
국과과학기술심의회 ICT/나노/로봇융합전문위원회 전문위원 정부 R&D 중장기투자전략기술위원회 ICTSW 기술위원 정부 다부처 공동사업기획위원회 기획위원 국제미래학회 과학기술위원장
18 Sep 2015 I. Liquid Metal(BMG, 액체금속)이란? 1. Liquid Metal(BMG, 액체금속)이란? 2. Apple 의 물질 디자인(Material Design)의 변화, Metal -> Liquid Metal(BMG) II. Apple 의 Liquid Metal(BMG) 관련 특허 분석 III. Apple 의 Liquid Metal(BMG)을 이용하는 3D 프린팅 관련 특허 분석 IV. 시사점 요약 - 지금 ICT 기업의 핵심역량은 물질(소재) 디자인이다. 지금은 메탈이 대세이지만 조만간 리퀴 드 메탈(BMG, 액체금속)의 시대가 도래할 것으로 예측된다. 액체금속은 고체와 액체를 자유자재로 넘나든다. 따라서 여기에 요즈음 떠오르고 있는 3 차원 프린팅이 가세한다면 그것은 위대한 융합 의 혁신으로 이어질 것이다. 이러한 관점에서 이들 분야의 혁신을 주도하고 있는 Apple 을 살펴보고자 한다. 우선 리퀴드 메탈 이 무엇인지 살펴보고, Apple 의 리퀴드 메탈과 3 차원 프린팅에 관한 유럽과 미국에 등록한 특허 를 살펴보면서, 과연 BMG 와 3 차원 프린팅이 융합될 것인지? 융합된다면 어떻게 융합될 것인지? BMG 와 3 차원 프린팅이 차세대 스마트 기기들에 어떻게 적용될 것인지? 왜 하이브리드 제조 (HM)로 가야 하는지? 왜 Apple 은 BMG 와 3 차원 프린팅에 그간 엄청난 투자를 해 왔는지? 등을 살펴보면서 나름대로 인사이트를 주고자 한다. 그리고 마지막의 시사점을 통해 한국 기업들에게 고민해야 할 사항들을 던져주고자 한다.
I. Liquid Metal(BMG, 액체금속)이란? 1. Liquid Metal(BMG, 액체금속)이란? 1-1. 고체<->액체, 자유자재로 변화하는 <터미네이터 2>의 T-1000 ○ <터미네이터 2 : 심판의 날(Terminator 2: Judgment Day, 1991)>에 나오는 살인 로봇 T-1000 은 끈적거리는 액체 상태로 몸을 자유롭게 변형하고 순식간에 뭉쳐져 고체 형태의 로봇이 되는데, 이 물질이 바로 액체금속(Liquid metal)임. ○ 대량 금속 글라스(bulk metallic glasses, BMG) 또는 대량 비결정질/비정질 합금(bulk amorphous
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alloys, BAA)의 파우더를 액체금속 )이라 함.
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<그림> Liquid Metal(액체금속). Image Credit: Liquidmetal Technologies ) ○ 리퀴드 메탈(BMG)은 철보다 가볍고 강도는 3 배 이상 강함. 기존의 합금은 냉각 시 물질 본래의 모습인 결정질의 원자구조로 돌아가는데 반해, 리퀴드메탈은 고체상태에서 비결정질/비정질 (amorphous)의 원자구조(atomic structure)를 유지함. 따라서 취약부분(weak region)이나 결점 (shortcomings)을 만들지 않아 탄성(resilient)과 강도(strength)가 매우 높음. 이와 같이 현대물리학에 서는 불가능한 탄성과 동시에 강도가 높은 성질을 갖는 물질을 메타물질(metamaterial)이라 함. 게 다가 일반 금속과 달리 부식이 전혀 없음(corrosion resistant). 고온에서는 플라스틱처럼 자유자재로 모양을 만들어 낼 수 있고, 강도대비 얇은 두께로 만들 수 있는 특징을 가짐(Business Insider, 2 May 3
2012) ).
<그림> 합금이나 일반 금속은 냉각 시 원래 결정질의 원자구조로 돌아가지만(위), 액체금속은 고체 상태에서 비결정질/비정질의 원자구조를 유지함(아래). 따라서 탄성 과 강도 가 매우 높음. Image 1) Giz Explains: What Is Liquidmetal?(17 Aug 2010) http://gizmodo.com/5614154/giz-explains-what-is-liquidmetal 2) http://liquidmetal.com/ 3) Business Insider - Liquidmetal Inventor: Apple Will Use It In A 'Breakthrough Product'(2 May 2012). http://www.businessinsider.com/liquidmetal-inventor-atakan-peker-apple-willuse-it-in-a-breakthrough-product-2012-5 3
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Credit : Liquidmetal Technologies ) 1-2. 페커 박사와 Liquidmetal Techonologies -> Apple 에 독점 라이센싱 5
○ 액체금속 특허 소유자는 2002 년에 Liquidmetal Techonologies 사의 페커(Atakan Peker) ) 박사가 존 슨(Johnson)과 함께 공동 개발(co-inventor)하여 미국 특허청에 출원하고, 2004 년 8 월에 등록함 6
(6,771,490) ). 페커 박사는 그 이후 2007 년에 Liquidmetal Techonologies 사를 그만두고 지금은 위싱 7
턴주립대학의 최첨단 물질개발 소장(Director of Advanced Materials at WSU) )으로 재직중임. ○ 2008 년 9 월에 출시한 iPhone 3G 에는 리퀴드 메탈 소재의 SIM card ejector pin 이 탑재되어 있음, 그러나 이것은 3D 프린팅으로 찍은 것이 아니었음. ○ 그러나 그 이후 Apple 은 리퀴드 메탈의 탁월함과 잠재성을 간파하고 2010 년 8 월 5 일에 Liquidmetal Techonologies 사로부터 독점적으로 사용할 수 있는 라이센싱(MTA, Master Transaction 8
Agreement, Material Definitive Agreement) )을 맺었고, 그 이후로 Apple 은 이 물질을 소유하고 iPhone 등 스마트 기기에 사용하고자 함. ○ 2015 년 6 월 17 일에 Liquidmetal Techonologies 사는 Apple 과의 독점 라이센싱(MDA)을 2016 년 2 9
월 5 일까지 연장해주는 3 번째의 계약을 체결하였음(Patently Apple, 23 Jun 2015) ). 이것으로 보아 2016 년 초에 Apple 은 중대한 의사결정을 할 것으로 보임. 다시 말해 리퀴드 메탈을 유지하느냐 포기하느냐인데, 필자가 보기엔 다시 연장하여 3 차원 프린팅 기술과 함께 스마트 기기에 적용할 것으로 보임. 1-3. 3 차원 프린팅의 새로운 물질로 떠오르는 액체수지 -> 액체금속 ○ 상기에서 소개한 터미네이터 2 가 개봉된 1991 년만 해도 T-1000 의 등장 장면은 컴퓨터그래픽 (CG)의 혁명이라 불릴 만큼 획기적인 사례였는데, 당시엔 실사가 아닌 CG 로도 단 몇 초 만에 액 체 형태를 로봇으로 변신시키는 것이 불가능으로 여겨졌기 때문임. 그런데 터미네이터 2 가 개봉 된 지 24 년이 지난 2015 년 3 월 16 일, 드디어 액체로 로봇을 만드는 일이 차츰 현실화되기 시작 했음. 터미네이터 2 에서 영감을 받은 과학자들이 입체를 한 번에 만드는 새로운 3D 프린팅 기술 을 개발한 것임. 이 기술을 적용하면 기존 3D 프린터에 비해 25~100 배 가량 빠르게 물체를 만들 수 있음. 4) http://liquidmetal.com/properties/the-science/, http://liquidmetal.com/properties/properties/ 5) Atakan Peker - http://atakanpeker.com/ 6) Metal frame for electronic hardware and flat panel displays(6,771,490, 03 Aug 2004 <- 7 Jun 2002). http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearchbool.html&r=1&f=G&l=50&co1=AND&d=PTXT&s1=6,771,490.PN.&s2= %22Liquidmetal+Technologies%22.ASNM.&OS=PN/6,771,490+AND+AN/ 7) http://www.shock.wsu.edu/team/faculty/atakan-peker/ 8) Entry into a Material Definitive Agreement(5 Aug 2010) http://www.sec.gov/Archives/edgar/data/1141240/000110465910042867/a1015357_18k.htm 9) Patently Apple - Liquidmetal Technologies Extends Master Agreement with Apple until 2016(23 Jun 2015) http://www.patentlyapple.com/patently-apple/2015/06/liquid-metal-extends-masteragreement-with-apple-until-2016.html 4
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○ 미국 Carbon3D )의 CEO 이자 노스캐롤라이나 대학교(University of North Carolina) 의 화학 교수 이기도 한 조셉 데시몬(Joseph M. DeSimone)은 2015 년 3 월 16 일 캐나다 밴쿠버에서 열린 TED 콘퍼런스와 과학저널 사이언스 온라인 판(Express)에 발표한 논문(Tumbleston & DeSimone et al., 11
Science Express, 16 Mar 2015) )을 통해 액체 상태에서 연속적으로 3 차원 물체를 만드는 3D 프린 팅 기술인 클립(CLIP, Continuous Liquid Interface Production) 을 공개했음(Youtube, 16 Mar 12
2015) ).
○ 기존 3D 프린터는 액체나 가루, 또는 금속을 층층이 쌓고 빛이나 열을 가해 층과 층을 접합하는 과정을(stepwise layer-by-layer approaches) 거쳐 물체를 만들어냄. CLIP 프린터는 기존 3D 프린터 와 전혀 다른 방식으로 입체를 만들어 냄. 원료가 되는 액체 수지가 담긴 통의 바닥은 콘택트 렌 즈처럼 빛과 산소가 함께 투과하는 특수 소재로 돼 있음. 빛은 수지를 경화시키고, 반대로 산소는 액체 상태를 유지시켜줌. ○ CLIP 프린터의 핵심 장치는 액체 상태의 합성 수지가 담긴 수조(水槽) 밑바닥에 있는 창 (window)임. 이 창은 빛(자외선)과 산소를 동시에 통과시킴. 이 과정에서 자외선은 합성 수지를 굳 히는 역할을 하고, 산소는 합성 수지가 굳지 않게 만드는 역할을 함. 이와 동시에 자외선으로 수 지를 굳히는 동안 산소는 여백 공간(일명 Dead zone)을 만드는데, 한마디로 조각상을 만들 때 덩 어리 빚기와 조각을 동시에 하는 방법을 찾아낸 것임. ○ 그 결과 전통적인 3D 프린터가 직경 51mm 짜리 구형 물체를 만드는 데 3~11 시간이 걸리는 데 비해, CLIP 프린터는 6 분 30 초 만에 작업을 수행했음. 또한 1 시간 만에 머리카락 두께(0.1㎜, 100 10) http://carbon3d.com/ 11) Tumbleston & DeSimone et al., "Continuous liquid interface production of 3D objects", Science Express, Published Online 16 Mar 2015. http://www.sciencemag.org/content/early/2015/03/16/science.aaa2397.abstract 12) Youtube - Carbon3D's Super Fast 3D Printer Printing an Eiffel Tower(16 Mar 2015) https://www.youtube.com/watch?v=VTJq9Z5g4Jk * Youtube - Carbon3D CLIP technology demo 7X speed(16 Mar 2015) https://www.youtube.com/watch?v=74BjdHDJeE0 5
만분의 1m)의 구조를 가진 10㎝ 높이의 에펠탑(Eiffel Tower) 모형 제작에 성공했음. 강연 후 기자 들과 따로 만난 그는 “항상 학생들에게 창업을 권해왔지만 이제서야 교수로서 체면이 서게 됐다 ”고 말했음. ○ 따라서 리퀴드 메탈 파우더(Powder)를 레이저 빔이나 전자 빔을 이용해 열을 가해 액체금속으로 전환 시킨 후, CLIP 과 비슷한 방법으로 또는 다른 혁신적인 방법을 이용한다면 이론적으로는 어 떤 전자제품도 찍어 낼 수 있으므로, 액체금속은 3 차원 프린팅이나 스프레잉의 차세대 물질로 떠 오르고 있음. 2. Apple 의 물질 디자인(Material Design)의 변화, Metal -> Liquid Metal(BMG) ○ Apple 의 하드웨어적인 iPhone 의 밴드(band or housing)의 물질 디자인의 변화를 보면, 2007 년에 처음 등장했던 iPhone 1 세대에서 2009 년의 3 세대까지는 알루미늄(aluminum)과 플라스틱(plastic)을 사용하다가 2010 년의 iPhone 4 부터는 세계 최초로 메탈(Metal)을 적용하기 시작했으며, Apple 은 이 제 차세대 물질인 액체금속(Liquid Metal, BMG)을 확보하여 사용하고자 함. ○ Apple 더 나아가 3 차원 프린팅 방식으로 Liquid Metal 을 원하는 구조와 형태로 찍어 효율성 및 생산성을 향상 시키고자 함.
II. Apple 의 Liquid Metal(BMG) 관련 특허 분석 1. 스마트 기기의 미세한 채널(구멍)을 메꾸는 Liquid Metal(BMG) ○ Apple 은 2014 년 5 월 27 일에 ‘리퀴드 메탈 베젤에 글라스 삽입하는 방법과 시스템(Methods and 13
systems for integrally trapping a glass insert in a metal bezel(8,738,104)’ )에 관한 개량 특허를 미국 특허 청에 등록했는데, 이는 2008 년 7 월 11 일에 출원하고 2009 년 1 월 15 일에 등록한 특허 (20090017263)를 개량한 것임. ○ 특허 상의 이미지인 Figure 4C/4D 를 보면, 이는 미세한 채널(channel, 구멍)을 통해 물이 스며들 어 먹통되는 것을 방지하는 것으로, 미세한 채널들을 리퀴드 메탈(BMG)로 채우는 것임. 412 는 채 널, 404 는 투명 글라스 윈도우(Transparent Glass Window), 408 은 BMG 이고, 이들 BMG 가 404 와 412 에 본딩(Bonding) 되는 것임.
13) 1) Methods and systems for integrally trapping a glass insert in a metal bezel(8,738,104, 27 May 2014 <- 11 Jul 2008; PPD : 20090017263, 15 Jan 2009 <- 11 Jul 2008) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO %2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=8,738,104.PN.&OS=PN/8,738,104&RS=PN/8,738,104 2) Methods and Systems for Integrally Trapping a Glass Insert in a Metal Bezel(20090017263, 15 Jan 2009 <- 11 Jul 2008) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearchbool.html&r=1&f=G&l=50&co1=AND&d=PG01&s1=20090017263 6
2. 리퀴드 메탈로 만든 (스마트 기기의) 잠금 장치/나사/못 ○ Apple 은 2014 년 2 월 24 일에 iPhone 등 스마트 기기를 위해 ‘리퀴드 메탈로 잠금 장치/나사/못 14
을 만드는 방법(Fastener Made of Bulk Amorphous Alloy, 8,961,091)’ )에 관한 개량 특허를 미국 특허 청에 등록했는데, 이는 2012 년 6 월 18 일에 출원한 것으로 2013 년 12 월 19 일에 등록한 특허 (20130333165)를 개량 한 것임. ○ 특허의 이미지 Figures 3(1)를 보면 리퀴드 메탈로 만든 잠금 장치 혹은 나사(screw)는 머리 부분 (Head portion), 나사 줄 부분(Thread portion), 그리고 연결 부분(Interlock portion)으로 이루어져 있음.
14) Apple - Fastener made of bulk amorphous alloy(8,961,091, 24 Feb 2015; PPD : 20130333165, 19 Dec 2013) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO %2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=8,961,091.PN.&OS=PN/8,961,091&RS=PN/8,961,091 Apple - Fastener Made of Bulk Amorphous Alloy(20130333165, 19 Dec 2013 <- 18 Jun 2012) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PG01&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&r=1&f=G&l=50&s1= %2220130333165%22.PGNR.&OS=DN/20130333165&RS=DN/20130333165 7
○ 특허 이미지 Figures 4 는 더 나아가 리퀴드 메탈로 다양한 나사나 못을 만들 수 있는 방법을 기 술하고 있음.
3. 여러 얇은 시트의 BMG 를 결합하여 원하는 미세 구조물 제조 ○ Apple 은 2013 년 11 월 21 일에 ‘여러 얇은 시트의 리퀴드 메탈(BMG)을 결합하여 원하는 미세 15
구조물 제조(Amorphous Alloy Component or Feedstock and Methods of Making the Same(20130306197)’ ) 에 관한 특허를 미국 특허청에 등록했는데, 이는 2012 년 5 월 16 일에 출원한 것임. ○ 이는 여러 얇은 시트로 리퀴드 메탈(BMG)을 분리하고, 이를 다시 결합하여 원하는 미세 구조물 로 만드는 방법에 관한 것으로, 열가소성을 이용한 형체 만들기(thermoplastic forming), 압착하여 인쇄하기(Pressing), 틀에서 밀어서 형성하기(extruding), 접어서 만들기(folding) 등을 기술하고 있음. 그 결과 Figure 3 과 같이 원하는 미세 금속이나 미세 구조물을 만들 수 있음.
15) Apple - Amorphous Alloy Component or Feedstock and Methods of Making the Same(20130306197, 21 Nov 2013 <- 16 May 2012) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PG01&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&r=1&f=G&l=50&s1= %2220130306197%22.PGNR.&OS=DN/20130306197&RS=DN/20130306197 8
4. 속성이 다른 외장/커버에 BMG 를 넣어 이종/삼종의 부품 제조 ○ Apple 은 2013 년 11 월 21 일에 ‘속성이 다른 외장/커버(Sheath/Cover)에 리퀴드 메탈(BMG)을 넣 16
어 이종/삼종의 부품 제조(Bulk Metallic Glass Feedback with Dissimilar Sheath(20130306199)’ )에 관한 특허를 미국 특허청에 등록했는데, 이는 2012 년 5 월 16 일에 출원한 것임. ○ 리퀴드 메탈(BMG)의 속성은 비결정질임. 속성이 다르다는 것은 화학적으로 다르다는 것임. 예를 들어 Figure 3A 의 코어(Core)는 BMG 물질이고, 코어에 붙어 있는 외장(sheath)은 다른 물질임. 즉, 다른 속성의 외장에 BMG 를 넣어 제조하는 방법임. Figure 3B 는 외장 내에 공간 구슬(Space beads) 을 제조하는 방법으로 BMG 가 용해될 때 이들 구슬들은 고체로 남아 있는 경우임. 이런 방식으로 결정질과 비결정질의 이종/삼종의 부품이나 구조물을 제조하는 방법을 기술하고 있음.
16) Apple - Bulk Metallic Glass Feedback with Dissimilar Sheath(20130306199, 21 Nov 3013 <- 16 May 2012) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PG01&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&r=1&f=G&l=50&s1= %2220130306199%22.PGNR.&OS=DN/20130306199&RS=DN/20130306199 9
5. 리퀴드 메탈(BMG)로 표면 위상기하학적 미세부품 제조 ○ Apple 은 2015 년 6 월 16 일에 ‘리퀴드 메탈(BMG)로 표면 위상기하학적 미세부품 제조 17
(Manipulating Surface Topology of BMG Feedstock(9,056,353)’ )에 관한 개량 특허를 미국 특허청에 등 록했는데, 이는 2013 년 11 월 21 일에 등록한 특허(20130306196)를 개량한 것임. ○ 특허 이미지 Figure 3A/3B 를 보면, BMG 가 공급되는 피드스톡(Feedstock)은 표면에 평균 0.2mm 의 거친(roughness) 표면을 갖고 있음. 그 다음 지지대(support)가 있으며, 지지대와 피드스톡 사이 에는 스컬(skull)이라는 접촉 지역(contact area)이 있음. 그 다음 BMG 를 용해시키는 열(Heating)과 시간을 조절하면, Figure 3C 와 같이 거친 표면이 스파이크(spike) 형태로 혹은 움푹 들어간(recess) 형 태로 변형됨. 따라서 여러 형태의 위상기하학적 미세부품을 만들 수 있음.
17) Apple - Manipulating surface topology of BMG feedstock(9,056,353, 16 Jun 2015 <- 15 May 2012; PPD : 20130306196, 21 Nov 2013) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO %2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=9,056,353.PN.&OS=PN/9,056,353&RS=PN/9,056,353 Apple - Manipulating Surface Topology of BMG Feedstock(20130306196, 21 Nov 2013 <- 15 May 2012) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PG01&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&r=1&f=G&l=50&s1= %2220130306196%22.PGNR.&OS=DN/20130306196&RS=DN/20130306196 10
6. 리퀴드 메탈(BMG)에 다른 메탈을 접합하는 방법 ○ Apple 은 2014 년 4 월 13 일에 ‘리퀴드 메탈(BMG)에 다른 메탈을 접합하는 방법(Heat Stake 18
Joining(20150107083)’ )에 관한 특허를 미국 특허청에 등록했는데, 이는 2014 년 12 월 13 일에 출원 한 것임. ○ 특허상의 이미지 Figure 1 을 보면, (a)는 BMG 첫째 부분이고, (b)는 다른 금속 물질이고, (c)는 접 합부분의 끝을 열로 가해, (d) 최종적으로 (a)와 (b)를 접합하는 방법을 기술하고 있음.
18) Apple - Heat Stake Jpining(20150107083, 23 Apr 2015 <- 15 Dec 2015) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PG01&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&r=1&f=G&l=50&s1= %2220150107083%22.PGNR.&OS=DN/20150107083&RS=DN/20150107083 11
7. 리퀴드 메탈(BMG)로 이루어진 부분에 나사나 못을 삽입 ○ Apple 은 2015 년 5 월 12 일에 ‘리퀴드 메탈(BMG)로 이루어진 부분에 나사나 못을 삽입하는 방 법(Insert casting or tack welding of machinable metal in bulk amorphous alloy part and post machining the 19
machinable metal insert(9,027,630)’ )에 관한 개량 특허를 미국 특허청에 등록했는데, 이는 2014 년 1 월 9 일 등록한 특허(20140007982)를 개량한 것임. ○ 특허상의 이미지인 Figure 6 의 310 번은 리퀴드 메탈(BMG) 부분, 350 은 기계 메탈(Machinable metal), 360 은 나사나 못이고 Figure 9 의 710 은 BMG, 720 은 나사나 못, 760 은 기계 메탈임.
8. 무중력 상태에서 리퀴드 메탈(BMG)로 텅 빈 공간 구조의 주조 ○ Apple 은 2014 년 4 월 22 일에 ‘무중력 상태에서 리퀴드 메탈(BMG)로 텅 빈 공간 구조의 주조 20
방법(Counter-gravity casting of hollow shapes(8,701,742)’ )에 관한 특허를 미국 특허청에 등록했는데, 이는 2012 년 9 월 17 에 출원하여 2014 년 3 월 27 일에 등록한 특허(20140083646)를 개량한 것임. ○ 무중력 상태의 밀폐된 공간에서 방향과 온도와 시간을 조절하면(Figure 4), Figure 9A/9B 의 공간이 텅 빈 구조를 주조할 수 있음. 이는 향후 Apple 의 스마트 기기들이 Flexible 한 기기들로 전환될 것을 예고 하는 것임.
19) Apple - Insert casting or tack welding of machinable metal in bulk amorphous alloy part and post machining the machinable metal insert(9,027,630, 12 May 2015 <- 03 Jul 2012; PPD : 20140007982, 09 Jan 2014) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO %2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=9,027,630.PN.&OS=PN/9,027,630&RS=PN/9,027,630 20) Apple - Counter-gravity casting of hollow shapes(8,701,742, 22 Apr 2014 <- 27 Sep 2012; PPD : 20140083646, 27 Mar 2014) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO %2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=8,701,742.PN.&OS=PN/8,701,742&RS=PN/8,701,742 12
III. Apple 의 Liquid Metal(BMG)을 이용하는 3D 프린팅 관련 특허 분석 1. 리퀴드 메탈(BMG)을 층층으로 프린팅하여 구축하는 방법 ○ Apple 은 2013 년 11 월 21 일에 ‘리퀴드 메탈을 층층으로 프린팅하여 구축하는 방법(Layer-by21
Layer Construction with Bulk Metallic Glasses(20130309121)’ )에 관한 특허를 미국 특허청에 등록했는 데, 이는 2012 년 5 월 16 일에 출원한 것임. ○ 특허 이미지 Figure 3 은 3D 프린팅과 리퀴드 메탈 파우더 및 BMG 시트 공급재료(Sheet Feedstock) 에 관한 방법을 기술하고 있음. 3 차원 프린터 인쇄기 위에 BMG 파우더를 올리는 방법, 레이저/전 자 빔/적외선 등을 이용해 열을 가하는 단계, 용해된 BMG 레이저, 물이나 가스로 냉각시키는 방법, 인쇄기/구축물/열 원 등을 이동시키는 방법을 자세히 기술하고 있음.
21) Apple - Layer-by-Layer Construction with Bulk Metallic Glasses(20130309121, 21 Nov 2013 <- 16 May 2012) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PG01&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&r=1&f=G&l=50&s1= %2220130309121%22.PGNR.&OS=DN/20130309121&RS=DN/20130309121 13
○ 특허 이미지 Figure 5 는 3 차원 프린터 위에서 BMG 시트를 공급하고 레이저로 자르는 방법을 기술하고 있음. 우선 BMG 시트를 공급하고, 그 다음 레이저로 층을 잘라내고 이를 반복하고, 잘라 낸 층들을 쌓는 방법을 기술하고 있음.
2. 리퀴드 메탈(BMG)을 층층으로 프린팅하여 구축하는 방법 ○ Apple 은 2015 년 6 월 2 일에 ‘리퀴드 메탈을 층층으로 프린팅하여 구축하는 방법(Layer-by14
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Layer Construction with Bulk Metallic Glasses(9,044,805)’ )에 관한 개량 특허를 미국 특허청에 등록했 는데, 이는 2013 년 11 월 21 일에 등록한 특허(20130306198)를 개량한 것임. ○ 특허 이미지 Figure 3 은 용해된 리퀴드 메탈(BMG)을 3 차원 프린터 인쇄기에 사출하는 방법과 용해된 BMG 로 원하는 구조물을 적층시키는 방법을 기술하고 있음. 이는 향후 iPhone 의 베젤 (bezel)을, BMG 를 이용해 3D 프린팅으로 찍을 가능성이 매우 높음을 시사하는 것임.
○ 특허 이미지 Figure 4 는 용해된 리퀴드 메탈(BMG)을 금속이나 iPhone 의 밴드/케이스 혹은 베젤 (bezel) 등에 층층이 코팅하는 방법을 기술하고 있음. 이 기술이 현실화 될 경우 iPhone 의 밴드가 BMG 가 될 것임을 시사하는 것임.
22) Apple - Layer-by-layer construction with bulk metallic glasses(9,044,805, 02 Jun 2015 <- 16 May 2012: PPD : 20130306198, 21 Nov 2013) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO %2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=9,044,805.PN.&OS=PN/9,044,805&RS=PN/9,044,805 Apple - Layer-by-Layer Construction with Bulk Metallic Glasses(20130306198, 21 Nov 2013 <- 16 May 2012) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PG01&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsrchnum.html&r=1&f=G&l=50&s1= %2220130306198%22.PGNR.&OS=DN/20130306198&RS=DN/20130306198 15
3. 스마트 기기의 밴드(케이스)와 베젤을 Liquid Metal(BMG)로 대체 ○ Apple 은 2013 년 10 월 31 일에 스마트 기기의 밴드(케이스)와 베젤(bezel)을 Liquid Metal(BMG)로 23
대체하는 특허 3 개를 유럽의 WIPO(WO/2013/162504, WO/2013/162521, WO/2013/162501) )에 등록했 는데, 이는 2012 년 4 월 23 일에 출원한 것임. 이 중 WO/2013/162504 의 ‘리퀴드 메탈 베젤에 글라 스 삽입하는 방법과 시스템’이 주이고 나머지 2 개는 지원 공정에 관한 특허임. ○ 이 보다 앞서 Apple 은 2008 년에 미국 특허청에 WO/2013/162504 와 같은 내용으로 출원하여 2009 년 1 월 15 일에 등록했고(20090017263), 2014 년 5 월 27 일에 개량한 특허를 등록했음 24
(8,738,104) ). ○ 미국 특허(8,738,104) 상의 Figure 8A/8B 는 탐파 프린팅 기법(Tampa printing technique)으로 리퀴 23) 1) Methods and Systems for Forming a Glass Insert in an Amorphous Meal Alloy Bezel(WO/2013/162504, 31 Oct 2013 <- 23 Apr 2012) https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf? docId=WO2013162504&recNum=21&docAn=US2012034680&queryString=(PA/apple) %20&maxRec=2364 2) Ultrasonic Inspection(WO/2013/162521, 31 Oct 2013 <- 24 Apr 2012) https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf? docId=WO2013162521&recNum=253&docAn=US2012034811&queryString=Description/ultra sound&maxRec=37011 3) Non-Destructive Determination of Volumetric Crystallinity of Bulk Amorphous Alloy(WO/2013/162501, 31 Oct 2013 <- 23 Apr 2012) https://patentscope.wipo.int/search/en/detail.jsf?docId=WO2013162501 24) 1) Methods and systems for integrally trapping a glass insert in a metal bezel(8,738,104, 27 May 2014 <- 11 Jul 2008; PPD : 20090017263, 15 Jan 2009 <- 11 Jul 2008) http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO1&Sect2=HITOFF&d=PALL&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO %2Fsrchnum.htm&r=1&f=G&l=50&s1=8,738,104.PN.&OS=PN/8,738,104&RS=PN/8,738,104 2) Methods and Systems for Integrally Trapping a Glass Insert in a Metal Bezel(20090017263, 15 Jan 2009 <- 11 Jul 2008) http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&p=1&u= %2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearchbool.html&r=1&f=G&l=50&co1=AND&d=PG01&s1=20090017263 16
드 메탈(BMG)을 층층이 찍어 만든 베젤(810)에 투명 글라스 윈도우(804=Transparent Glass Window)를 삽입하는 방법을 기술하고 있음. 808 은 일반 메탈이 될 수도 있고 BMG 가 될 수도 있음.
○ 유럽 특허인 WO/2013/162504 의 Figure 7 은 기존 iPhone 의 메탈(Metal)로 된 밴드를 리퀴드 메탈 (BMG)로 대체하는 방법을 기술하고 있음. A 의 방향은 비결정질의 BMG 이므로 구부릴 수 있다는 것을 설명하는 것이고, 12 는 리퀴드 메탈(BMG)로 된 밴드를 말하는 것임. 앞의 베젤처럼 탐파 프 린팅 기법(Tampa printing technique) 또는 차세대 3 차원 프린팅 기법으로 적층시켜 찍어 내는 것 임.
○ 유럽 특허인 WO/2013/162504 의 Figure 3 을 살펴보면, 14 는 BMG 를 이용해 3 차원 프린팅으로 찍은 베젤이고, 12 번은 BMG 를 이용해 3 차원 프린팅으로 찍은 하우징(Housing) 혹은 케이스(Case) 혹은 밴 드(Band)임.
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IV. 시사점 ○ 미국은 2013 년 4 월에 오바마 대통령이 미국제조업의 혁신을 위해 3 차원 프린팅을 국가전략으 로 정하고 추진하고 있는데, NASA 가 추진하고 있는 우주정거장의 무중력 3 차원 프린팅, 국방부의 3 차원 프린팅으로 찍어내는 병사들의 야전 음식, GE 와 Boeing 사의 AM(Additive Manufacturing)을 뛰어넘는 HM(Hybrid Manufacturing) 등 정부와 기업들이 똘똘 뭉쳐 추진하고 있음. 그것도 장기적인 안목의 10 년간 프로젝트로 추진하고 있음. ○ Apple 이 등록한 여러 건의 리퀴드 메탈(BMG)과 3D 프린팅 기술들은 모두가 기술적인 공정내용 을 담고 있으며, 동시에 어떻게 리퀴드 메탈이라는 새로운 물질을 특정 단말기 제조에 적용되는지 를 기술하고 있음. 따라서 리퀴드 메탈 파우더(Powder)를 레이저 빔이나 전자 빔을 이용해 열을 가해 액체금속으로 전환 시킨 후 혁신적인 프린팅이나 스프레잉 방식을 이용한다면 이론적으로는 어떤 전자제품도 찍어 낼 수 있을 것으로 보임. ○ 그렇다고 300 개 넘는 부품으로 이루어진 iPhone 을 100% 모두 3D 프린팅 방식으로 해결하는 것 이 아니라, 300 개 중 찍을 수 있는 3~5 개 부품을 찍는 하이브리드 제조 (HM, Hybrid Manufacturing) 전략을 취하는 것으로 보임. ○ Apple 은 이를 위해 리퀴드 메탈과 3D 프린팅에 투자한 금액만 5 억 달러에 이름. 이것으로 보아 Apple 은 차후 Apple 의 기기에 리퀴드 메탈을 이용한 3D 프린팅 기술을 사용할 것으로 보임. 이는 향후 3 년 안에 3D 프린팅에 의한 iPhone 이나 Watch 에 들어가는 부품제조 가능성을 시사하는 것 25
임(Cnet, 21 Nov 2013) ). ○ 지금은 물질(소재) 디자인이 핵심역량임. 그러므로 Apple 은 분명 Metal 에서 Liquid Metal 로 전환 할 것으로 보임. 또한 프린팅에서 프린터(디바이스)가 중요한 것이 아니라 잉크가 중요하듯이, 3 차 원 프린팅에서 제일 중요한 것은 물질(플라스틱, 메탈, BMG, 세라믹 등)을 확보하는 것임. 이런 관 점에서 Apple 은 Liquidmetal Technologies 사로부터 BMG 를 사용할 수 있는 독점 라이센싱을 맺었 다는데 있음. ○ 따라서 우리 나라와 기업들은 새로운 소재와 물질 - 그것이 메타물질이든 나노물질이든 - 을 찾 고 확보하는데 집중 노력해야 할 것으로 사료됨. ○ 마지막으로 3 차원 프린팅을 이용하는 방법이 될 것임. 전체를 다 3 차원 프린팅으로 찍을 생각 25) Cnet - Apple applies for 5 patents tied to Liquidmetal, 3D printing(21 Nov 2013) http://news.cnet.com/8301-13579_3-57613333-37/apple-applies-for-5-patents-tied-toliquidmetal-3d-printing/ 18
을 한다면 그것은 큰 오판임. 따라서 앞으로 10 년간은 Hybrid Manufacturing 을 방식의 전략을 수 립하고 추진할 것을 제안함. The End
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