인체공학성을 개선하고 시간·비용 절감하는 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 부품에는 비용과 시간이 많이 소요되는 것으로 알려져 있다.
그러나 공장 생산라인에서는 적절한 지그 또는 픽스처를 사용하면 생산 속도가 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 있는 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.
▲ Stratasys는 이 로봇 그리퍼와 같이 유럽 ESD 표준을 준수하면서 안정적이고 반복 가능한 3D 프린팅을 지원하는 적층 제조 재료를 제공한다.
▲ 로봇 그리퍼의 경우 적층 제조 방식을 통해 컴팩트한 설계가 가능하고 기본 본체의 복잡한 진공 채널과 같은 상황에서의 응용을 구현할 수 있다.
첫 번째 사례:
Siemens AG, 최적의 재료로 더 나은 솔루션 제공
고객 프로필: Siemens AG는 전기화, 자동화 및 디지털화에 중점을 둔 글로벌 기업으로, 에너지 효율적이고 자원을 보존하는 기술을 제공하는 세계 최대 기업 중 하나이다. Siemens Manufacturing- Karlsruhe(MF-K) 사이트는 주로 프로세스 자동화에 중점을 두고 있으며 Digital Industries 사업부의 대부분을 차지하고 있다. MF-K는 프로세스 자동화, 산업용 통신 및 식별은 물론 튼튼한 고객 맞춤형 산업용 PC에 필요한 제품을 제작한다.
당면 과제: 2018년 10월에 설립된 MF-K 내 혁신 연구소는 3D 프린팅과 같은 혁신적인 기술을 사용하여 솔루션을 테스트하고 개발하는 업무를 맡았다. 이 솔루션의 목적은 프로세스를 개선하고 가속화하여 직원의 일상업무를 지원하는 것이었다. MF-K의 일상 비즈니스는 다양한 제품을 소량 생산하는 것을 특징으로 한다. 전자 장치를 제조하는 공장인 MF-K에서는 매일 정전기에 민감한 부품을 취급한다. 이러한 부품은 사용 중에 정전기 방전(ESD)에 의해 손상되거나 파손될 수도 있다. 정전기 방전(ESD)을 방지하려면 필수 ESD 표준을 준수해야 한다.
솔루션: Fortus 450mc와 ABS-ESD7 재료는 요구 사항을 최적으로 충족하는 이상적인 조합이다. ABS-ESD7은 민감한 전자 장치를 사용하는 응용 분야에 적합한 정전기 방지 FDM 재료이다. 자동화 솔루션에 필요한 이 부품들은 혁신 연구소에서 개발, 테스트 및 통합된다. Siemens MF-K는 Stratasys 3D 프린터를 사용하여 조립 픽스처, 제품 의존형 트레이 및 로봇 그리퍼를 제작한다. 조립픽스처, 제품 의존형 트레이 및 로봇 그리퍼를 비롯한 자동화 솔루션용 부품을 프린팅한다. Fortus 450mc는 생산 환경에서 사용하기에 적합한 고성능 열가소성 수지로, 이 재료를 사용하면 내구성이 뛰어나고 치수 안정성이 뛰어난 적층 부품을 생산할 수 있다.
▲ FDM Nylon 12CF로 3D 프린팅된 다이의 절반(검정색 재료)이 강철 받침판에 부착되어 있다.
▲ 판금 부품이 3D 프린팅된 다이로 형성되기 직전의 모습.
두 번째 사례:
East/West Industries, 금속 성형 다이
고객 프로필: East/West Industries, Inc.는 항공기 좌석과 승무원의 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 제공하고 있으며 품질 및 공급업체와 관련된 상을 여러 차례 수상했다.
당면 과제: East/West의 생산 공정에는 판금 부품 제작이 포함되어 있다. 특정 고객의 작업에서 이 회사는 기계 가공된 성형 다이를 사용해야 했다. 그러나 작업 시작 직전에 다이가 손상된 채 발견되었다. East/West의 기계 공작소는 이미 부품 생산에 전념하고 있었기 때문에 새로운 툴을 도입하면 아웃소싱이 필요하게 되어 East/West가 고객의 납기 일정에 맞춰 대응할 수 없었다. 기계 공작소에 여유가 있더라도 다이를 새로 제작하려면 공구강을 구입해야 하며 다이의 복잡한 형상을 가공하는 데 시간이 필요하기 때문에 납기 일정을 맞추기가 어려운 것은 마찬가지였다.
솔루션: East/West는 Fortus 450mc 3D 프린터를 소유하고 있으며 이 프린터로 컨셉 모델, 워크홀딩 툴, 조립 픽스처를 제작했다. 이 프린터는 특정 응용 분야에서 금속을 대체하기에 충분한 강도와 강성을 지닌 복합 폴리머인 FDM Nylon 12CF 탄소 섬유 재료를 사용하여 해당 부품을 프린팅할 수 있다. East/West 엔지니어들은 교체용 다이를 가공하면 생산 일정을 지연시킬 위험이 있기 때문에 그 대신 FDM Nylon 12CF 재료를 사용하여 Fortus 450mc로 실물 크기의 성형 다이를 프린팅하기로 결정했다.
효과: 3D 프린팅된 다이는 완벽하게 작동하여 작업을 완료하는데 필요한 강성과 인성을 제공했다. 3D 프린팅에는 기계 가공에서 일반적으로 발생하는 제조 가능성의 제약이 없기 때문에 다이의 복잡한 형상을 구현하는 것도 문제가 되지 않았다. 새로운 다이를 아웃소싱하려면 약 8주가 걸렸겠지만 East/West는 다이를 프린팅하고 제공하는 데 일주일도 채 걸리지 않아 소요 시간을 87% 단축했다. 또한 4000달러에 달하는 비용을 절감했으며, 아웃소싱 툴을 사용하는 것에 비해 비용이 80% 감소했다.
자료 제공: 프로토텍(www.prototech.co.kr)
