3D 프린팅으로도 알려진 적층 제조는 상업적 사용 이후 거의 35년 동안 계속해서 발전해 왔습니다.항공 우주, 자동차, 방위, 에너지, 운송, 의료, 치과 및 소비자 산업은 다양한 응용 분야에 적층 제조를 사용합니다.
이러한 광범위한 채택으로 적층 제조가 만능 솔루션이 아니라는 것이 분명해졌습니다.ISO/ASTM 52900 용어 표준에 따르면 거의 모든 상업용 적층 제조 시스템은 7가지 공정 범주 중 하나에 속합니다.여기에는 재료 압출(MEX), 욕 광중합(VPP), 분말 베드 융합(PBF), 바인더 분무(BJT), 재료 분무(MJT), 방향성 에너지 증착(DED) 및 시트 라미네이션(SHL)이 포함됩니다.여기에서는 판매량을 기준으로 인기순으로 정렬됩니다.
엔지니어와 관리자를 포함하여 점점 더 많은 업계 전문가들이 적층 제조가 제품이나 프로세스를 개선하는 데 도움이 되는 경우와 그렇지 않은 경우를 배우고 있습니다.역사적으로 적층 제조를 구현하기 위한 주요 이니셔티브는 이 기술에 경험이 풍부한 엔지니어들로부터 나왔습니다.경영진은 적층 제조가 어떻게 생산성을 향상시키고 리드 타임을 단축하며 새로운 비즈니스 기회를 창출하는지에 대한 더 많은 예를 봅니다.AM은 대부분의 전통적인 제조 형태를 대체하지는 않지만 기업가의 제품 개발 및 제조 능력의 일부가 될 것입니다.
적층 제조는 미세 유체 공학에서 대규모 건설에 이르기까지 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.AM의 이점은 산업, 애플리케이션 및 요구되는 성능에 따라 다릅니다.조직은 사용 사례에 관계없이 AM을 구현해야 하는 타당한 이유가 있어야 합니다.가장 일반적인 것은 개념 모델링, 설계 검증, 적합성 및 기능 검증입니다.점점 더 많은 회사에서 맞춤형 제품 개발을 포함하여 대량 생산을 위한 도구 및 응용 프로그램을 만드는 데 이를 사용하고 있습니다.
항공우주 응용 분야의 경우 중량이 주요 요인입니다.NASA의 마샬 우주 비행 센터에 따르면 0.45kg의 페이로드를 지구 궤도에 올리는 데 약 10,000달러가 든다고 합니다.위성의 무게를 줄이면 발사 비용을 절약할 수 있습니다.첨부된 이미지는 여러 도파관을 하나의 부품으로 결합한 Swissto12 금속 AM 부품을 보여줍니다.AM을 사용하면 무게가 0.08kg 미만으로 줄어듭니다.
적층 제조는 에너지 산업의 가치 사슬 전반에 걸쳐 사용됩니다.일부 회사의 경우 AM을 사용하는 비즈니스 사례는 최단 시간 내에 최상의 제품을 만들기 위해 프로젝트를 빠르게 반복하는 것입니다.석유 및 가스 산업에서 손상된 부품 또는 조립품은 시간당 생산성 손실로 인해 수천 달러 이상의 비용이 발생할 수 있습니다.AM을 사용하여 작업을 복원하는 것은 특히 매력적일 수 있습니다.
DED 시스템 MX3D의 주요 제조업체에서 프로토타입 파이프 수리 도구를 출시했습니다.회사에 따르면 손상된 파이프라인은 하루에 €100,000에서 €1,000,000($113,157-$1,131,570)의 비용이 들 수 있습니다.다음 페이지에 표시된 고정구는 CNC 부품을 프레임으로 사용하고 DED를 사용하여 파이프 둘레를 용접합니다.AM은 최소한의 낭비로 높은 증착 속도를 제공하는 반면 CNC는 필요한 정밀도를 제공합니다.
2021년 북해의 TotalEnergies 석유 굴착 장치에 3D 프린팅 물 케이싱이 설치되었습니다.워터 재킷은 건설 중인 우물에서 탄화수소 회수를 제어하는 ​​데 사용되는 중요한 요소입니다.이 경우 적층 제조 사용의 이점은 기존의 단조 워터 재킷에 비해 리드 타임이 단축되고 배출량이 45% 감소한다는 것입니다.
적층 제조의 또 다른 비즈니스 사례는 값비싼 툴링의 감소입니다.Phone Scope는 휴대전화의 카메라를 망원경이나 현미경에 연결하는 장치용 디지스코핑 어댑터를 개발했습니다.매년 새로운 전화기가 출시되므로 회사는 새로운 어댑터 라인을 출시해야 합니다.AM을 사용함으로써 회사는 새 전화기가 출시될 때 교체해야 하는 값비싼 도구에 드는 비용을 절약할 수 있습니다.
다른 공정이나 기술과 마찬가지로 적층 제조는 새롭거나 다른 것으로 간주되므로 사용해서는 안 됩니다.이는 제품 개발 및/또는 제조 프로세스를 개선하기 위한 것입니다.가치를 더해야 합니다.다른 비즈니스 사례의 예로는 맞춤형 제품 및 대량 맞춤화, 복잡한 기능, 통합 부품, 재료 및 중량 감소, 성능 향상 등이 있습니다.
AM의 성장 잠재력을 실현하려면 과제를 해결해야 합니다.대부분의 제조 응용 분야에서 프로세스는 신뢰할 수 있고 재현 가능해야 합니다.부품 및 지지대의 재료 제거 및 후 처리를 자동화하는 후속 방법이 도움이 될 것입니다.자동화는 또한 생산성을 높이고 부품당 비용을 줄입니다.
가장 큰 관심 분야 중 하나는 분말 제거 및 마무리와 같은 후처리 자동화입니다.응용 프로그램의 대량 생산 프로세스를 자동화하여 동일한 기술을 수천 번 반복할 수 있습니다.문제는 특정 자동화 방법이 부품 유형, 크기, 재료 및 프로세스에 따라 다를 수 있다는 것입니다.예를 들어, 자동 치과 크라운의 후처리는 로켓 엔진 부품의 처리와 매우 다르지만 둘 다 금속으로 만들 수 있습니다.
부품이 AM에 최적화되어 있기 때문에 고급 기능과 내부 채널이 추가되는 경우가 많습니다.PBF의 경우 주요 목표는 분말을 100% 제거하는 것입니다.솔루콘은 자동 분말 제거 시스템을 제조합니다.이 회사는 여전히 빌드 플레이트에 부착된 금속 부품을 회전 및 진동시키는 SRP(Smart Powder Recovery)라는 기술을 개발했습니다.회전 및 진동은 부품의 CAD 모델에 의해 제어됩니다.부품을 정확하게 움직이고 흔들면 포집된 분말이 거의 액체처럼 흐릅니다.이 자동화는 수작업을 줄이고 분말 제거의 신뢰성과 재현성을 향상시킬 수 있습니다.
수동 분말 제거의 문제와 한계는 소량이라도 대량 생산을 위해 AM을 사용하는 실행 가능성을 제한할 수 있습니다.Solukon 금속 분말 제거 시스템은 불활성 대기에서 작동하고 AM 기계에서 재사용하기 위해 사용하지 않은 분말을 수집할 수 있습니다.솔루콘은 고객 설문조사를 실시하고 2021년 12월에 연구 결과를 발표했는데 가장 큰 두 가지 우려 사항은 직업 건강과 재현성이라는 것입니다.
PBF 수지 구조에서 분말을 수동으로 제거하는 데는 시간이 많이 걸릴 수 있습니다.DyeMansion 및 PostProcess Technologies와 같은 회사는 파우더를 자동으로 제거하는 후처리 시스템을 구축하고 있습니다.과도한 분말을 제거하기 위해 매체를 뒤집고 배출하는 시스템에 많은 적층 제조 부품을 로드할 수 있습니다.HP는 Jet Fusion 5200의 빌드 챔버에서 20분 안에 파우더를 제거하는 자체 시스템을 보유하고 있습니다.이 시스템은 녹지 않은 분말을 별도의 용기에 보관하여 다른 용도로 재사용하거나 재활용합니다.
대부분의 후처리 단계에 자동화를 적용할 수 있다면 기업은 자동화의 이점을 누릴 수 있습니다.DyeMansion은 분말 제거, 표면 처리 및 페인팅을 위한 시스템을 제공합니다.PowerFuse S 시스템은 부품을 로드하고 매끄러운 부품을 찌고 언로드합니다.이 회사는 수작업으로 부품을 걸기 위한 스테인리스 스틸 랙을 제공합니다.PowerFuse S 시스템은 사출 금형과 유사한 표면을 생성할 수 있습니다.
업계가 직면한 가장 큰 과제는 자동화가 제공해야 하는 진정한 기회를 이해하는 것입니다.백만 개의 폴리머 부품을 만들어야 하는 경우 부품에 따라 다르지만 전통적인 주조 또는 성형 공정이 최상의 솔루션일 수 있습니다.AM은 종종 도구 생산 및 테스트의 첫 번째 생산 실행에 사용할 수 있습니다.자동화된 후처리를 통해 AM을 사용하여 수천 개의 부품을 안정적이고 재현 가능하게 생산할 수 있지만 부품에 따라 다르며 맞춤형 솔루션이 필요할 수 있습니다.
AM은 산업과 관련이 없습니다.많은 조직에서 제품 및 서비스의 적절한 기능으로 이어질 수 있는 흥미로운 연구 개발 결과를 제시합니다.항공우주 산업에서 Relativity Space는 독점 DED 기술을 사용하여 가장 큰 금속 적층 제조 시스템 중 하나를 생산하며 회사는 이 시스템이 대부분의 로켓 제조에 사용되기를 희망합니다.Terran 1 로켓은 1,250kg의 페이로드를 지구 저궤도에 전달할 수 있습니다.Relativity는 2022년 중반에 테스트 로켓을 발사할 계획이며 이미 Terran R이라는 더 크고 재사용 가능한 로켓을 계획하고 있습니다.
Relativity Space의 Terran 1 및 R 로켓은 미래의 우주 비행이 어떤 모습일지 상상할 수 있는 혁신적인 방법입니다.적층 제조를 위한 설계 및 최적화는 이 개발에 대한 관심을 불러일으켰습니다.회사는 이 방법이 기존 로켓에 비해 부품 수를 100배 줄였다고 주장한다.이 회사는 또한 60일 이내에 원자재로 로켓을 생산할 수 있다고 주장합니다.이것은 많은 부품을 하나로 결합하고 공급망을 크게 단순화한 좋은 예입니다.
치과 산업에서는 크라운, 브리지, 외과용 드릴링 템플릿, 부분 의치 및 얼라이너를 만드는 데 적층 가공이 사용됩니다.Align Technology와 SmileDirectClub은 3D 프린팅을 사용하여 열성형 투명 플라스틱 얼라이너용 부품을 생산합니다.Invisalign 브랜드 제품 제조업체인 Align Technology는 3D Systems 욕조에서 많은 광중합 시스템을 사용합니다.2021년 회사는 1998년 FDA 승인을 받은 이후 1000만 명 이상의 환자를 치료했다고 밝혔다. 일반적인 환자의 치료가 낮은 추정치인 10개의 얼라이너로 구성된다면 회사는 1억 개 이상의 AM 부품을 생산했다.FRP 부품은 열경화성이므로 재활용이 어렵습니다.SmileDirectClub은 HP MJF(Multi Jet Fusion) 시스템을 사용하여 다른 용도로 재활용할 수 있는 열가소성 부품을 생산합니다.
역사적으로 VPP는 교정 장치로 사용하기 위한 강도 특성을 가진 얇고 투명한 부품을 생산할 수 없었습니다.2021년에 LuxCreo와 Graphy는 가능한 솔루션을 출시했습니다.2월 현재 Graphy는 치과 기구의 직접 3D 프린팅에 대한 FDA 승인을 받았습니다.직접 인쇄하면 종단 간 프로세스가 더 짧고 더 쉽고 잠재적으로 비용이 덜 드는 것으로 간주됩니다.
언론의 많은 관심을 받은 초기 개발은 주택과 같은 대규모 건축 응용 분야에 3D 프린팅을 사용하는 것이었습니다.종종 집의 벽은 압출로 인쇄됩니다.집의 다른 모든 부분은 바닥, 천장, 지붕, 계단, 문, 창문, 가전 제품, 캐비닛 및 조리대를 포함하여 전통적인 방법과 재료를 사용하여 만들어졌습니다.3D 인쇄된 벽은 전기, 조명, 배관, 배관, 난방 및 냉방용 통풍구 설치 비용을 증가시킬 수 있습니다.콘크리트 벽의 내부 및 외부 마감은 전통적인 벽 디자인보다 더 어렵습니다.3D 인쇄 벽으로 집을 현대화하는 것도 중요한 고려 사항입니다.
Oak Ridge National Laboratory의 연구원들은 3D 프린팅된 벽에 에너지를 저장하는 방법을 연구하고 있습니다.시공 시 벽에 파이프를 삽입하여 물이 벽을 통해 흐르도록 하여 난방과 냉방을 할 수 있습니다. 이 R&D 프로젝트는 흥미롭고 혁신적이지만 아직 개발 초기 단계에 있습니다. 이 R&D 프로젝트는 흥미롭고 혁신적이지만 아직 개발 초기 단계에 있습니다.이 연구 프로젝트는 흥미롭고 혁신적이지만 아직 개발 초기 단계에 있습니다.이 연구 프로젝트는 흥미롭고 혁신적이지만 아직 개발 초기 단계에 있습니다.
우리 대부분은 건축 부품이나 기타 대형 물체를 3D 프린팅하는 경제성에 아직 익숙하지 않습니다.이 기술은 일부 교량, 차양, 공원 벤치, 건물 및 야외 환경용 장식 요소를 생산하는 데 사용되었습니다.소규모(수 센티미터에서 수 미터까지)에서의 적층 제조의 이점은 대규모 3D 프린팅에 적용되는 것으로 여겨집니다.적층 제조 사용의 주요 이점에는 복잡한 모양과 기능 생성, 부품 수 감소, 재료 및 중량 감소, 생산성 향상이 포함됩니다.AM이 가치를 더하지 않는다면 그 유용성에 의문을 제기해야 합니다.
2021년 10월 Stratasys는 영국 산업용 잉크젯 프린터 제조업체 Xaar의 자회사인 Xaar 3D의 나머지 지분 55%를 인수했습니다.Selective Absorbion Fusion이라고 하는 Stratasys의 폴리머 PBF 기술은 Xaar 잉크젯 프린트헤드를 기반으로 합니다.Stratasys H350 기계는 HP MJF 시스템과 경쟁합니다.
Desktop Metal 구매는 인상적이었습니다.2021년 2월, 이 회사는 오랫동안 산업용 적층 제조 시스템 제조업체인 Envisiontec을 인수했습니다.2021년 5월 회사는 유연한 VPP 폴리머 개발업체인 Adaptive3D를 인수했습니다.2021년 7월 Desktop Metal은 다중 재료 분말 코팅 재코팅 공정 개발업체인 Aerosint를 인수했습니다.가장 큰 인수는 Desktop Metal이 경쟁사인 ExOne을 5억 7,500만 달러에 인수한 8월이었습니다.
Desktop Metal이 ExOne을 인수함에 따라 유명한 금속 BJT 시스템 제조업체 두 곳이 모였습니다.일반적으로 기술은 아직 많은 사람들이 믿는 수준에 도달하지 못했습니다.기업은 반복성, 신뢰성, 발생하는 문제의 근본 원인 이해와 같은 문제를 지속적으로 해결합니다.그렇더라도 문제가 해결되면 기술이 더 큰 시장에 도달할 여지가 여전히 남아 있습니다.2021년 7월 독점 3D 프린팅 시스템을 사용하는 서비스 제공업체인 3DEO는 고객에게 100만분의 1을 출하했다고 말했습니다.
소프트웨어 및 클라우드 플랫폼 개발자는 적층 제조 산업에서 상당한 성장을 보였습니다.AM 가치 사슬을 추적하는 성능 관리 시스템(MES)의 경우 특히 그렇습니다.3D Systems는 2021년 9월 Oqton을 1억 8천만 달러에 인수하기로 합의했습니다.2017년에 설립된 Oqton은 클라우드 기반 솔루션을 제공하여 작업 흐름을 개선하고 AM 효율성을 개선합니다.Materialise는 2021년 11월 Link3D를 3,350만 달러에 인수했습니다.Oqton과 마찬가지로 Link3D의 클라우드 플랫폼은 작업을 추적하고 AM 작업 흐름을 단순화합니다.
2021년 최신 인수 중 하나는 ASTM International의 Wohlers Associates 인수입니다.그들은 함께 Wohlers 브랜드를 활용하여 전 세계적으로 AM의 폭넓은 채택을 지원하기 위해 노력하고 있습니다.ASTM AM Center of Excellence를 통해 Wohlers Associates는 계속해서 Wohlers 보고서 및 기타 간행물을 작성하고 자문 서비스, 시장 분석 및 교육을 제공할 것입니다.
적층 제조 산업은 성숙해졌으며 많은 산업에서 이 기술을 광범위한 응용 분야에 사용하고 있습니다.그러나 3D 프린팅은 대부분의 다른 형태의 제조를 대체하지 않습니다.대신 새로운 유형의 제품과 비즈니스 모델을 만드는 데 사용됩니다.조직에서는 AM을 사용하여 부품의 무게를 줄이고 리드 타임과 도구 비용을 줄이며 제품 개인화 및 성능을 개선합니다.적층 제조 산업은 새로운 회사, 제품, 서비스, 응용 프로그램 및 사용 사례가 종종 맹렬한 속도로 등장하면서 성장 궤도를 계속할 것으로 예상됩니다.