다이버전트3D의 자동차 섀시 전체는 3D 프린팅으로 제작되었습니다. 이 차량은 11월 13일부터 16일까지 독일 프랑크푸르트에서 열린 폼넥스트 2018의 SLM 솔루션 부스에서 처음으로 공개되었습니다.
적층 제조(AM)에 대해 조금이라도 알고 있다면 GE의 리프 제트 엔진 플랫폼용 노즐을 3D 프린팅한 사례를 접했을 것입니다. 이 사례는 실제 생산 현장에서 적층 제조 기술이 적용된 최초의 사례로 널리 알려지면서 2012년부터 경제 언론의 주목을 받아왔습니다.
일체형 연료 노즐은 기존의 20개 부품으로 구성된 조립체를 대체했습니다. 또한 제트 엔진 내부에서 최대 2,400도 화씨(섭씨 약 1,377도)의 고온에 노출되기 때문에 견고한 설계가 필요했습니다. 이 부품은 2016년에 비행 인증을 받았습니다.
현재 GE Aviation은 Leap 엔진에 대한 주문을 16,000건 이상 확보한 것으로 알려져 있습니다. 높은 수요에 힘입어 GE Aviation은 2018년 가을에 3D 프린터로 3만 번째 연료 노즐을 제작했다고 발표했습니다. GE Aviation은 미국 앨라배마주 오번에서 40대 이상의 금속 3D 프린터를 가동하여 이러한 부품을 생산합니다. GE Aviation에 따르면 각 Leap 엔진에는 19개의 3D 프린터로 제작된 연료 노즐이 사용됩니다.
GE 관계자들은 연료 노즐에 대한 이야기를 하는 데 지쳤을지도 모르지만, 그것은 GE의 적층 제조(AM) 성공의 길을 열었습니다. 실제로 모든 새로운 엔진 설계 회의는 제품 개발 노력에 적층 제조를 어떻게 통합할지에 대한 논의로 시작됩니다. 예를 들어, 현재 인증 절차를 밟고 있는 새로운 GE 9X 엔진에는 28개의 연료 노즐과 3D 프린팅으로 제작된 연소 혼합기가 있습니다. 또 다른 예로, GE 항공은 약 50년 동안 거의 동일한 설계였던 터보프롭 엔진을 재설계하고 있는데, 이 엔진에는 엔진 무게를 5% 줄이는 데 도움이 되는 12개의 3D 프린팅 부품이 사용될 예정입니다.
GE 항공의 적층 제조팀 책임자인 에릭 개틀린은 11월 초 독일 프랑크푸르트에서 열린 폼넥스트 2018 전시회에서 GE 부스에 모인 사람들에게 "지난 몇 년간 우리는 매우 큰 적층 제조 부품을 만드는 방법을 연구해 왔습니다."라고 말했다.
개틀린은 GE 항공이 적층 제조(AM) 기술을 도입한 것을 "패러다임 전환"이라고 표현했습니다. 하지만 그의 회사만 그런 것은 아닙니다. 폼넥스트(Formnext) 전시 참가업체들은 올해 전시회에 역대 최대 규모의 제조업체(OEM 및 1차 협력업체)가 참가했다고 밝혔습니다. (전시회 관계자는 2017년보다 25% 증가한 26,919명이 행사에 참석했다고 보고했습니다.) 항공우주 제조업체들이 적층 제조 기술을 생산 현장에 적용하는 데 앞장서 왔지만, 자동차 및 운송 회사들도 이 기술을 훨씬 더 진지하게, 새로운 시각으로 바라보고 있습니다.
폼넥스트(Formnext)의 기자 회견에서 울티메이커(Ultimaker)의 수석 부사장 폴 하이든은 포드가 독일 쾰른 공장에서 포커스 생산용 금형을 제작하기 위해 자사 3D 프린터를 어떻게 활용했는지에 대한 자세한 내용을 공유했습니다. 그는 외부 업체로부터 동일한 금형을 구매하는 것에 비해 금형 하나당 약 1,000유로를 절감했다고 밝혔습니다.
제조 엔지니어는 도구가 필요할 경우 3D CAD 모델링 소프트웨어에 설계를 불러와 다듬고 프린터로 전송하여 몇 시간 내에 출력할 수 있습니다. 헤이든은 소프트웨어의 발전, 특히 더 다양한 재료 유형을 통합하는 등의 기술 발전으로 설계 도구가 더욱 사용하기 쉬워져 "전문 교육을 받지 않은 사람"조차도 소프트웨어를 활용할 수 있게 되었다고 말했습니다.
포드가 3D 프린팅 도구와 고정 장치의 유용성을 입증했으므로, 하이든은 회사의 다음 단계는 예비 부품 재고 문제를 해결하는 것이라고 말했습니다. 수백 개의 부품을 보관하는 대신, 주문이 들어올 때마다 3D 프린터를 사용하여 부품을 출력할 것입니다. 이를 통해 포드는 이 기술이 부품 생산에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 확인할 것으로 예상됩니다.
다른 자동차 회사들도 이미 3D 프린팅 도구를 창의적인 방식으로 활용하고 있습니다. Ultimaker는 포르투갈 팔멜라에 있는 폭스바겐 공장에서 사용하는 도구의 예를 보여줍니다.
울티메이커 3D 프린터로 제작된 이 도구는 포르투갈에 있는 폭스바겐 조립 공장에서 휠 장착 시 볼트 위치를 안내하는 데 사용됩니다.
자동차 제조 방식을 재정의하는 데 있어 훨씬 더 큰 그림을 그리고 있는 사람들이 있습니다. 다이버전트3D의 케빈 칭거가 바로 그중 한 명입니다.
칭거는 자동차 제작 방식을 재고하고자 합니다. 그는 첨단 컴퓨터 모델링과 적층 제조(AM) 기술을 활용하여 기존 프레임보다 가볍고, 부품 수는 적으며, 성능은 향상되고, 생산 비용도 절감되는 섀시를 만들고자 합니다. 다이버전트3D는 폼넥스트(Formnext)의 SLM 솔루션 그룹 AG 부스에서 3D 프린팅 섀시를 선보였습니다.
SLM 500 장비로 출력된 섀시는 출력 후 모든 부품이 서로 결합되는 자체 고정형 노드로 구성됩니다. Divergent3D 관계자는 이러한 섀시 설계 및 조립 방식이 금형 비용을 절감하고 부품 수를 75% 줄여 2억 5천만 달러를 절약할 수 있다고 밝혔습니다.
이 회사는 향후 이러한 유형의 제조 장치를 자동차 제조업체에 판매하기를 희망합니다. Divergent3D와 SLM은 이러한 목표를 달성하기 위해 긴밀한 전략적 파트너십을 구축했습니다.
Senior Flexonics는 일반 대중에게 잘 알려진 회사는 아니지만, 자동차, 디젤, 의료, 석유 및 가스, 발전 산업 분야의 기업에 부품을 공급하는 주요 업체입니다. 이 회사의 관계자들은 작년에 GKN Powder Metallurgy와 만나 3D 프린팅의 가능성에 대해 논의했으며, 양사는 Formnext 2018에서 성공 사례를 공유했습니다.
적층 제조(AM) 기술을 활용하도록 재설계된 부품으로는 상용 트럭(온로드 및 오프로드 모두)용 배기가스 재순환 냉각기의 흡기 및 배기 밸브가 있습니다. Advanced Flexonics는 실제 테스트와 대량 생산에 견딜 수 있는 프로토타입을 보다 효율적으로 제작할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다. 자동차 및 산업용 부품 생산 분야에서 오랜 경험을 쌓아온 GKN은 금속 부품의 기능적 다공성에 대한 깊이 있는 이해를 가지고 있습니다.
후자는 중요한데, 많은 엔지니어들이 특정 산업용 차량 부품에는 99%의 밀도가 필요하다고 생각하기 때문입니다. 하지만 EOS의 CEO인 아드리안 케플러에 따르면, 이러한 응용 분야 중 상당수에서 실제로는 그렇지 않으며, 기계 기술 제공업체이자 파트너인 EOS 역시 이를 인정합니다.
Senior Flexonics는 EOS StainlessSteel 316L VPro 소재로 부품을 개발 및 테스트한 결과, 적층 제조 부품이 성능 목표를 충족할 뿐만 아니라 주조 부품보다 더 빠르게 제작할 수 있음을 발견했습니다. 예를 들어, 출입구는 주조 공정에 비해 70%의 시간만 소요하여 3D 프린팅할 수 있습니다. 기자 회견에서 프로젝트 관계자들은 이러한 기술이 향후 양산에 큰 잠재력을 가지고 있음을 인정했습니다.
케플러는 "부품 제작 방식을 재고해야 합니다. 제조 방식을 다른 시각으로 바라봐야 합니다. 이것들은 주조나 단조 방식이 아닙니다."라고 말했습니다.
적층 제조(AM) 업계 종사자들에게 있어 가장 큰 목표는 대량 생산 환경에서 이 기술이 널리 채택되는 것입니다. 많은 이들의 눈에는 이것이 기술의 완전한 수용으로 여겨질 것입니다.
적층 제조(AM) 기술은 상용 트럭용 배기가스 재순환 냉각기의 흡입구 및 배출구 밸브를 생산하는 데 사용됩니다. 이 시제품 부품을 제작한 Senior Flexonics는 자사 내에서 3D 프린팅의 다른 활용 방안을 연구하고 있습니다.
이러한 점을 염두에 두고 소재, 소프트웨어 및 장비 개발자들은 이를 실현하는 제품을 개발하기 위해 분주히 움직이고 있습니다. 소재 제조업체들은 성능 기대치를 반복적으로 충족할 수 있는 분말과 플라스틱을 개발하고자 노력하고 있으며, 소프트웨어 개발자들은 시뮬레이션의 현실성을 높이기 위해 소재 데이터베이스를 확장하고 있습니다. 장비 제조업체들은 더 빠른 속도로 작동하고 더 많은 부품을 한 번에 생산할 수 있는 생산 셀을 설계하고 있습니다. 아직 갈 길이 멀지만, 실제 제조 분야에서 적층 제조의 미래에 대한 기대감이 매우 높습니다.
UL의 적층 제조 역량 센터 소장이자 적층 제조 사용자 그룹의 회장 겸 매니저인 폴 베이츠는 "저는 이 업계에 20년 동안 몸담았는데, 그동안 '이 기술이 곧 생산 현장에 도입될 것이다'라는 말을 계속 들어왔습니다. 그래서 우리는 계속 기다리고 또 기다렸죠."라고 말했습니다. "하지만 이제 모든 것이 수렴되고 실제로 구현되는 시점에 드디어 도달했다고 생각합니다."
댄 데이비스는 금속 가공 및 성형 업계 최대 발행 부수를 자랑하는 잡지인 The FABRICATOR와 자매지인 STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal, The Welder의 편집장입니다. 그는 2002년 4월부터 이 출판물들에서 일해 왔습니다.
Additive Report는 실제 제조 현장에서 활용되는 적층 제조 기술에 초점을 맞춥니다. 오늘날 제조업체들은 3D 프린팅을 사용하여 공구와 고정 장치를 제작하고 있으며, 일부는 대량 생산에도 적층 제조 기술을 활용하고 있습니다. 이 보고서에서는 그들의 사례를 소개합니다.