공장 현장에 적용된 3D프린팅 기술 사례
3D프린팅(적층 제조) 솔루션은 공장 현장 내에서 지그, 픽스처 및 툴링에 필요한 시간과 비용을 절감하고 무게도 줄일 수 있는 기회를 제공한다. 전통적인 제조 방법을 사용하는 복잡한 맞춤형 부품 에는 비용과 시간이 많이 소요되는 것으로 알려져 있다. 그러나 공장 생산라인에서는 적절한 지그 또는 픽스처를 사용하면 생산 속 도가 빨라지고 결과적으로 생산성이 향상된다는 것을 알고 있다.
적층 제조 방식은 부품, 픽스처 및/또는 보호 커버를 직접 프린팅하여 툴링을 대체하거나 툴링의 필요성을 없앨 수 있는 기회를 제공한다. 하지만 이는 시작에 불과하다. 잘 설계된 툴은 보다 인체공학적인 방식으로 제작되므로 작업자의 안전과 생산성을 높이고 비용을 절감할 수 있다.
프로토텍 관계자는 “TPU 엘라스토머와 같이 내충격성이 뛰어난 재료나 Nylon 12 탄소 섬유와 같이 금속 부품을 대체할 수 있 는 고강성 재료를 다양하게 사용하는 Stratasys FDM 프로세스는 공장 현장에 최적화된 방식이다”라고 말했다.
이에 따라 이 기사에서는 공장 현장에서 적층 제조 기술이 적용되고 있는 사례를 소개하고자 한다.
첫 번째 사례: 3D 프린팅된 ‘소프트 죠’
• 기업: East/West Industries
• 적용제품: 3D 프린팅된 ‘소프트 죠’
• 시간 및 비용 절감 사례: 툴 생산 2일 / 총 생산 비용 절감 50%
고객 프로필: East/West Industries, Inc.는 항공기 좌석과 승무원 의 생명 구조 제품을 생산하는 데 주력하고 있는 항공우주 설계 및 제조업체이다. 1968년에 설립된 이 여성 소유 기업은 Boeing, Lockheed, Sikorsky 등의 거대 항공기 OEM에 서비스를 제공하 고 있으며 품질 및 공급업체와 관련된 상을 여러 차례 수상했다.
당면 과제: 소프트 죠는 가공 작업에서 복잡하거나 불규칙한 형태 의 부품을 고정하는 데 사용된다. 소프트 죠는 일반적으로 단순한 모양의 표준 하드 죠보다 제작하는 데 더 많은 시간과 노력이 필 요하다. East/ West Industries의 경우 표준 밀링 장비로 소프트 죠를 제작하는 과정은 너무 느리고 노동 집약적이었다. CNC 가공이 더 빠른 대안이기는 하지만 수익을 창출하는 다른 생산 작업과 동일한 리소스를 사용해야 한다. 결과적으로 두 솔루션 모두 생산 일정을 지연시키는 것이다.
솔루션: East/West Industries는 금속으로 소프트 죠를 가공하 는 대신 FDM Nylon 12CF 탄소 섬유 재료를 사용하여 Fortus 450mc로 소프트 죠를 3D 프린팅한다. 이를 통해 부품을 더 빠르 고 저렴한 비용으로 생산할
수 있으며, 일반적으로 생산 전용으로 CNC 기계를 사용하는 경우에 발생하는 기회 비용을 없앨 수도 있다. 프린팅되는 동안 인력이 필요하지 않으며 기계 가공된 금속 죠보다 쉽고 빠르게 복잡한 형상을 생산할 수 있다. 또한 탄소 섬 유 재료의 고정 표면은 손상을 일으키지 않는다.
효과: 일반적인 소프트 죠 응용 분야의 경우 East/West Industries 는 3D 프린팅이 제공하는 사실상 수작업이 필요 없는 제작 공정 덕분에 죠 생산 비용을 50% 절감했다. 3D 프린팅 덕분에 소프트 죠 준비 시간도 2일 단축되었다. 인명 구조 시스템을 구축하는 데 필요한 모든 부품에 걸쳐서 확보한 절감 효과를 결합하면 제품 준 비 기간이 최대 2주까지 단축되며, 이는 경쟁이 치열한 업계에서 귀중한 경쟁력으로 작용한다.
두 번째 사례: Comau 오버헤드 컨베이어 행거
• 기업: General Motors
• 적용제품: Comau 오버헤드 컨베이어 행거
• 중량감소: 32% / 소요 시간 단축 : 75 – 80%
고객 프로필: General Motors(GM)는 전기 자동차와 자율 주행 차량 기술을 비롯하여 운송 분야의 혁신적인 개발을 주도하는 전 세계의 리더이다. 미시간주 디트로이트에 본사가 있는 GM은 6개 대륙에 16만 4000명의 직원을 두고 있다.
당면 과제: Chevy Bolt 전기 자동차를 생산하려면 조립 라인을 따 라 부품을 지지하고 배치하는 라이저로 구성된 새로운 오버헤드 컨베이어 팔레트를 설계해야 했다. 기존 컨베이어는 자동화 장비 에 과도한 툴링 하중이 가해져 드물지만 주기적으로 가동이 중단 되었다. 알루미늄 라이저가 더 가벼운 대안으로 고려되었지만, 이 솔루션의 경우 정기적인 유지 보수 및 수리를 위해 컨베이어 팔레 트를 현장 밖으로 보내야 할 수도 있다.
솔루션: GM은 F900 프린터를 사용하여 알루미늄 대신 FDM Nylon 12CF(탄소 섬유) 재료로 라이저를 3D 프린팅했다. 이 재료는 알루미늄보다 가벼우면서도 강성이 뛰어나며, 예비 부품이 필요한 경우 3D 프린터에서 신속하게 생산할 수 있다. 또한 이 솔 루션을 통해 라이저를 알루미늄으로 만드는 공정에 필요한 특수 용접 및 유지 보수 관련 요구 사항으로부터 벗어날 수 있었다.
효과: Nylon 12 탄소 섬유 라이저의 무게는 각각 알루미늄에 비해 32%, 강철에 비해 72% 가볍다. 라이저를 만드는 소요 시간도 금 속 라이저의 경우 평균 9주에서 3D 프린팅 부품의 경우 2주로 단 축되어 75~80%의 시간을 절약했다. 또한 이 솔루션 덕분에 제작 및 가공 후 작업이 줄어들어 비용을 절감하고 주기적인 유지 보수 빈도를 줄일 수 있었다.
자료 제공: 프로토텍(www.prototech.co.kr)
