Divergent3D의 자동차 섀시 전체는 3D로 인쇄되었습니다. 이 제품은 2018년 11월 13일부터 16일까지 독일 프랑크푸르트에서 열린 Formnext 2018의 SLM Solutions 부스에서 대중에 처음 공개되었습니다.
적층 제조(AM)에 대한 실무 지식이 있다면 GE의 Leap 제트 엔진 플랫폼용 3D 프린팅 노즐에 대해 잘 알고 있을 것입니다. 비즈니스 언론은 2012년부터 이 사례를 다루어 왔는데, 이는 실제 생산 환경에서 AM이 적용된 최초의 대중적 사례였기 때문입니다.
일체형 연료 노즐은 기존의 20개 부품으로 구성된 조립품을 대체합니다. 또한 제트 엔진 내부에서 최대 화씨 2,400도의 고온에 노출되기 때문에 견고하게 설계되어야 했습니다. 이 부품은 2016년에 비행 인증을 받았습니다.
GE 항공은 현재 Leap 엔진에 대한 16,000개 이상의 계약을 체결한 것으로 알려졌습니다. 강력한 수요에 힘입어 이 회사는 2018년 가을에 30,000번째 3D 프린팅 연료 노즐을 인쇄했다고 보고했습니다. GE 항공은 앨라배마주 오번에서 이러한 부품을 생산하고 있으며, 부품 생산을 위해 40개 이상의 금속 3D 프린터를 운영하고 있습니다. GE 항공은 각 Leap 엔진에 3D 프린팅 연료 노즐이 19개씩 들어 있다고 보고했습니다.
GE 임원들은 연료 노즐에 대해 이야기하는 데 지쳤을지 모르지만, 이는 회사의 AM 성공으로 가는 길을 열었습니다. 사실, 모든 새로운 엔진 설계 회의는 실제로 제품 개발 노력에 적층 제조를 통합하는 방법에 대한 논의로 시작됩니다. 예를 들어, 현재 인증을 받고 있는 새로운 GE 9X 엔진에는 연료 노즐 28개와 3D 프린팅 연소 믹서가 있습니다. 또 다른 예로, GE 항공은 약 50년 동안 거의 동일한 설계를 유지해 온 터보프롭 엔진을 재설계하고 있으며, 엔진 무게를 5% 줄이는 데 도움이 되는 12개의 3D 프린팅 부품을 갖게 됩니다.
GE 항공의 적층 제조 팀 책임자인 에릭 갯린은 2018년 11월 초 독일 프랑크푸르트에서 열린 Formnext에서 회사 부스에 모인 군중에게 "지난 몇 년 동안 우리는 정말 큰 적층 제조 부품을 만드는 법을 배우고 있었습니다."라고 말했습니다.
Gatlin은 AM 도입을 GE Aviation의 "패러다임 전환"이라고 불렀습니다. 그러나 그의 회사만 그런 것은 아닙니다. Formnext의 전시자들은 올해의 박람회에 그 어느 때보다 많은 제조업체(OEM 및 1차 협력업체)가 참가했다고 밝혔습니다.(박람회 관계자에 따르면 26,919명이 이 행사에 참석했으며, 이는 2017년 Formnext보다 25% 증가한 수치입니다.) 항공우주 제조업체가 생산 현장에서 적층 제조를 현실로 만들기 위한 움직임을 주도하는 반면, 자동차 및 운송 회사는 이 기술을 새로운 방식으로, 훨씬 더 진지하게 바라보고 있습니다.
Formnext 기자 회견에서 Ultimaker의 수석 부사장인 폴 하이든은 Ford가 독일 쾰른 공장에서 자사의 3D 프린터를 사용하여 Ford Focus용 생산 도구를 만든 방법에 대한 자세한 내용을 공유했습니다. 그는 회사가 외부 공급업체에서 동일한 도구를 구매하는 것과 비교했을 때 인쇄 도구당 약 1,000유로를 절약했다고 ​​말했습니다.
제조 엔지니어가 도구가 필요한 경우, 설계를 3D CAD 모델링 소프트웨어에 로드하고, 설계를 다듬은 다음, 인쇄소로 보내 몇 시간 내에 인쇄할 수 있습니다. 더 많은 재료 유형을 통합하는 등 소프트웨어가 발전하면서 설계 도구가 더 쉬워졌기 때문에 "훈련되지 않은 사람"도 소프트웨어를 사용할 수 있다고 하이든은 말했습니다.
포드가 3D 프린팅 도구와 고정 장치의 유용성을 입증할 수 있게 되면서, 하이든은 회사의 다음 단계는 예비 부품 재고 문제를 해결하는 것이라고 말했습니다. 수백 개의 부품을 보관하는 대신, 3D 프린터를 사용하여 주문에 따라 부품을 인쇄할 것입니다. 이를 통해 포드는 이 기술이 부품 생산에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 확인할 것으로 예상됩니다.
다른 자동차 회사들은 이미 창의적인 방법으로 3D 프린팅 도구를 통합하고 있습니다. Ultimaker는 포르투갈 팔멜라에 있는 폭스바겐 공장에서 사용하는 도구의 예를 제공합니다.
Ultimaker 3D 프린터로 제작된 이 도구는 포르투갈의 폭스바겐 조립 공장에서 휠을 배치할 때 볼트 배치를 안내하는 데 사용됩니다.
자동차 제조를 재정의하고자 할 때, 훨씬 더 큰 규모를 생각하는 사람들도 있습니다. Divergent3D의 케빈 칭거가 그 중 한 명입니다.
Czinger는 자동차 제작 방식을 재고하고 싶어합니다. 그는 고급 컴퓨터 모델링과 AM을 사용하여 기존 프레임보다 가볍고, 부품 수가 적으며, 성능이 더 높고, 생산 비용이 저렴한 섀시를 만드는 새로운 접근 방식을 만들고 싶어합니다. Divergent3D는 Formnext의 SLM Solutions Group AG 부스에서 3D 프린팅 섀시를 선보였습니다.
SLM 500 기계에서 인쇄된 섀시는 인쇄 후 모두 맞춰지는 자체 고정 노드로 구성되어 있습니다. Divergent3D 관계자는 섀시 설계 및 조립에 대한 이러한 접근 방식을 사용하면 툴링 비용을 없애고 부품을 75% 줄여 2억 5천만 달러를 절약할 수 있다고 말했습니다.
이 회사는 앞으로 이러한 유형의 제조 단위를 자동차 제조업체에 판매할 계획입니다. Divergent3D와 SLM은 이 목표를 달성하기 위해 긴밀한 전략적 파트너십을 맺었습니다.
Senior Flexonics는 대중에게 잘 알려진 회사는 아니지만 자동차, 디젤, 의료, 석유 및 가스, 발전 산업 분야의 기업에 부품을 공급하는 주요 공급업체입니다. 회사 대표는 작년에 GKN Powder Metallurgy와 만나 3D 프린팅의 가능성에 대해 논의했으며, 두 회사는 Formnext 2018에서 성공 사례를 공유했습니다.
AM을 활용하도록 재설계된 부품은 상업용 트럭에 적용되는 배기가스 재순환 냉각기의 흡기 및 배기 밸브로, 도로 주행용과 비도로 주행용 모두에 적합합니다.Advanced Flexonics에서는 실제 테스트와 대량 생산에 견딜 수 있는 프로토타입을 만드는 더욱 효율적인 방법이 있는지 알아보는 데 관심을 가지고 있습니다.GKN은 자동차 및 산업용 부품을 생산하는 데 있어 수년간의 지식을 바탕으로 금속 부품의 기능적 다공성에 대한 심층적인 이해를 갖추고 있습니다.
후자는 많은 엔지니어가 특정 산업용 차량 응용 분야의 부품에는 99% 밀도가 필요하다고 믿기 때문에 중요합니다. 기계 기술 공급업체이자 파트너인 EOS의 CEO인 에이드리언 케플러는 이러한 응용 분야의 대부분은 그렇지 않다고 증명했습니다.
Senior Flexonics는 EOS StainlessSteel 316L VPro 소재로 부품을 개발하고 테스트한 결과, 적층 제조 부품이 성능 목표를 충족하며 주조 부품보다 더 빠르게 제조할 수 있다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 포털은 주조 공정에 비해 70%의 시간 안에 3D로 인쇄할 수 있습니다. 기자 회견에서 프로젝트에 참여한 모든 당사자는 이것이 향후 대량 생산에 큰 잠재력이 있다는 것을 인정했습니다.
"부품 제작 방식을 재고해야 합니다." 케플러는 말했다. "제조 방식을 다르게 바라봐야 합니다. 이건 주조나 단조가 아닙니다."
AM 산업에 종사하는 많은 사람들에게 가장 큰 목표는 대량 생산 환경에서 이 기술이 널리 도입되는 것입니다. 많은 사람의 눈에 이는 완전한 수용을 의미합니다.
AM 기술은 상용 트럭용 배기가스 재순환 냉각기의 입구 및 출구 밸브를 생산하는 데 사용됩니다. 이러한 프로토타입 부품을 제작하는 Senior Flexonics는 회사 내에서 3D 프린팅의 다른 용도를 조사하고 있습니다.
이를 염두에 두고, 재료, 소프트웨어 및 기계 개발자들은 이를 가능하게 하는 제품을 제공하기 위해 열심히 노력하고 있습니다.재료 제조업체들은 반복 가능한 방식으로 성능 기대치를 충족할 수 있는 분말과 플라스틱을 만들려고 노력하고 있습니다.소프트웨어 개발자들은 시뮬레이션을 보다 현실적으로 만들기 위해 재료 데이터베이스를 확장하려고 노력하고 있습니다.기계 제작자는 더 많은 부품을 한 번에 수용할 수 있도록 더 빠르게 실행되고 생산 범위가 더 넓은 셀을 설계하고 있습니다.아직 해야 할 일이 많지만, 실제 제조에서 적층 제조의 미래에 대한 기대감이 큽니다.
"저는 이 업계에 20년 동안 몸담았는데, 그동안 '이 기술이 곧 생산 환경에 적용될 겁니다'라는 말을 계속 들었습니다. 그래서 기다리고 또 기다렸죠."라고 UL의 적층 제조 역량 센터 소장은 말했습니다. 적층 제조 사용자 그룹의 매니저 겸 사장인 폴 베이츠는 "하지만 마침내 모든 것이 융합되고, 실제로 실현되는 시점에 도달했다고 생각합니다."라고 말했습니다.
댄 데이비스는 업계에서 가장 많이 발행되는 금속 제작 및 성형 전문지인 The FABRICATOR와 자매지인 STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal, The Welder의 편집장입니다. 그는 2002년 4월부터 이러한 간행물을 작업해 왔습니다.
Additive Report는 실제 제조에서 적층 제조 기술의 활용에 초점을 맞춥니다. 오늘날 제조업체는 3D 프린팅을 사용하여 도구와 고정 장치를 만들고 있으며, 일부는 대량 생산 작업에 AM을 사용하기도 합니다. 여기에서는 이들의 사례를 소개합니다.