팀은 3D Spark 소프트웨어 도구를 사용하여 생산 비용에 영향을 미치는 다양한 요소를 분석했습니다. 그중 일부는 부품에 특화된 것이고, 다른 일부는 공정에 특화된 것입니다. 예를 들어, 지지대를 최소화하고 제작 가능한 표면을 최대화하도록 부품의 방향을 조정했습니다.
이러한 도구는 힌지에서 발생하는 힘을 시뮬레이션하여 거의 영향을 미치지 않는 재료를 제거할 수 있습니다. 그 결과 무게가 35% 감소합니다. 또한, 재료 사용량이 줄어들어 인쇄 시간이 단축되고 비용도 더욱 절감됩니다.
솔직히 말해서, 그들이 하는 일은 3D 프린팅에 종사하는 사람이라면 누구에게나 새로운 일이 아닐 것입니다. 부품을 합리적인 방식으로 배열하는 것이 합리적입니다. 3D 프린팅과 기존 제조 방식에서 폐기물이 제거되는 것을 보았습니다. 가장 흥미로운 점은 이러한 최적화를 자동화하는 도구를 사용한다는 것입니다. 소프트웨어 가격이 얼마일지는 알 수 없으며, 취미 3D 프린팅 시장을 겨냥한 것은 아닐 것으로 추측됩니다. 하지만 어떤 작업을 할 수 있을지 생각해 보니, 무릎 윤활과 시중 소프트웨어에서의 모델링을 통해 비슷한 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상됩니다.
이론상으로는 유한요소해석을 수행할 수 있는 도구라면 어떤 재질을 제거해야 할지 판단할 수 있어야 합니다. 자동차 제조업체들이 3D 프린팅을 활용하고 있다는 것을 알게 되었습니다.
힌지에서 발생하는 힘을 시뮬레이션함으로써, 이 도구들은 큰 영향을 미치지 않는 재료도 제거할 수 있습니다. 저는 엔지니어는 아니지만, 이 글을 읽고 유한요소해석(FEA)에 대해 생각해 봤습니다. 그러다가 마지막에서 두 번째 문장에서 당신을 봤습니다. 언급하셨죠. 물론 자동차 제조업체들은 이미 그렇게 하고 있습니다. 어떻게 비교할까요? 이 모델은 일반적인 사용뿐만 아니라 비상 상황에서도 힘을 가할 수 있을까요?
모든 모서리, 골, 필렛 가공에는 가공 시간과 공구 마모가 필요합니다. 추가적인 공구 교체가 필요할 수 있으며, 다른 표면에서 작업할 경우, 여러 개의 포켓을 만들 수 있는 방향으로 가공 후 재부착해야 할 수도 있습니다. 물론, 적절한 공구를 사용할 수 있다면 말입니다.
부품을 최적의 각도로 회전시키기 위해 더 많은 자유도를 가진 기계를 사용할 수 있을 것 같습니다... 하지만 어떤 대가를 치르게 될까요?
3D 프린팅은 일반적으로 이러한 형태의 제한이 없으므로 복잡한 부품도 간단한 부품만큼 쉽게 제작할 수 있습니다.
반면, 전통적인 절삭 가공의 장점은 소재가 등방성을 띠는 경향이 있어 어느 방향으로든 강도가 동일하며, 내부 평탄면이 없어 소결 불량으로 인한 접합 불량을 걱정할 필요가 없다는 것입니다. 또한, 저렴한 압연 공정을 통해 좋은 결정립 구조를 얻을 수도 있습니다.
모든 3D 프린팅 방식에는 형태적 제약이 있습니다. SLM의 일부에도 마찬가지입니다. 생각하시는 것처럼 SLM의 등방성 특성은 크게 중요하지 않습니다. 매일 사용되는 기계와 공정은 매우 일관된 결과를 제공합니다.
하지만 가격 자체도 또 다른 문제입니다. 항공우주 산업에서 3D 프린팅은 진정한 경쟁력을 갖추기 어렵습니다.
항공우주 산업은 금속 3D 프린팅의 비용이 정당화될 수 있는 몇 안 되는 분야 중 하나라고 생각합니다. 초기 제조 비용은 항공우주 제품 비용의 극히 일부에 불과하며, 무게는 매우 중요하기 때문에 활용 방안을 찾기가 쉽습니다. 복합재 부품의 품질 보증에 드는 막대한 비용과 비교했을 때, 숙련된 프린팅 공정과 중요 치수 검사는 실질적인 비용 절감과 새로운 활력을 제공할 수 있습니다.
가장 분명한 예는 오늘날 로켓 엔진에 사용되는 모든 것이 인쇄된 것입니다. 복잡한 파이프라인에서 품질이 좋지 않은 부분을 많이 제거하는 동시에 복귀 라인 손실과 무게를 줄일 수 있습니다. 일부 엔진 노즐은 3D 프린팅으로 제작되는 것 같습니다(슈퍼드라코(superdraco)?). 보잉 여객기에 인쇄된 금속 브래킷에 대한 뉴스가 어렴풋이 기억납니다.
해군의 신형 재머와 기타 신개발품과 같은 제품에는 3D 프린팅 브래킷이 많이 사용될 수 있습니다. 위상 최적화 부품의 장점은 강도 분석이 설계 프로세스에 통합되고 피로 분석이 설계 프로세스와 직접 연결된다는 것입니다.
하지만 DMLS와 같은 기술이 자동차와 제조 분야에서 실제로 자리 잡기까지는 시간이 좀 걸릴 것입니다. 무게는 훨씬 덜 중요하기 때문입니다.
이 기술이 효과적으로 활용되는 분야 중 하나는 유압/공압 매니폴드입니다. 수축 포장을 위한 곡선형 채널과 캐비티를 만들 수 있다는 점은 매우 유용합니다. 또한, 인증을 위해서는 100% 응력 시험을 거쳐야 하므로 큰 안전 계수는 필요하지 않습니다(어차피 응력이 상당히 높으니까요).
문제는 많은 회사가 SLM 프린터를 보유하고 있다고 자랑하지만, 실제로 사용하는 방법을 아는 회사는 거의 없다는 것입니다. 이러한 프린터는 쾌속 조형(RP)에만 사용되며 대부분의 시간을 사용하지 않습니다. 이는 아직 새로운 분야로 여겨지기 때문에 프린터는 우유처럼 가치가 하락하여 5년 안에 폐기될 것으로 예상됩니다. 즉, 실제 비용은 매우 낮을 수 있지만, 양산 작업에 대한 적정 가격을 받는 것은 매우 어렵습니다.
또한, 인쇄 품질은 재료의 열전도도에 따라 달라지므로 알루미늄은 표면 거칠기를 유발하여 피로 성능에 문제를 일으킬 수 있습니다(물론 매니폴드 설계에 이러한 거칠기가 필요하지는 않습니다). TiAlV6는 인쇄 품질이 우수하고 기본 등급 5보다 강도가 더 뛰어나지만, 알루미늄은 대부분 AlSi10Mg 합금으로 사용되며, 이는 가장 강한 합금은 아닙니다. T6는 동일 재료의 주조에는 적합하지만 SLM 부품에는 적합하지 않습니다. 스칼말로이(Scalmaloy)도 훌륭하지만 라이선스가 어렵고 공급하는 업체도 거의 없습니다. 더 얇은 두께에는 티타늄(Ti) 합금을 사용할 수도 있습니다.
대부분의 회사는 인쇄된 부품을 가공하기 위해 팔다리, 샘플 20개, 그리고 첫 자식까지 필요합니다. 기능적으로는 당나귀와 몇 푼의 돈으로 수년간 제작했던 기계 가공 주물과 본질적으로 같지만, 그들은 인쇄된 부품이 마법과 같다고 생각하고 고객들은 그들의 자금력이 대단하다고 생각합니다. 또한 AS9100 인증을 받은 회사들은 일반적으로 일자리가 부족하지 않으며, 오랫동안 해 온 일을 즐기며, 이를 통해 수익을 창출할 수 있다는 것을 알고 있고, 비행기 추락 사고로 비난받지 않고도 할 수 있습니다.
네, 그렇습니다. 항공우주 산업은 SLM 부품으로부터 이익을 얻을 수 있고, 일부는 실제로 혜택을 보고 있습니다. 하지만 업계의 특수성과 서비스 제공 업체들은 70년대에 머물러 있어 상황이 다소 어려워지고 있습니다. 유일하게 실질적인 발전은 인쇄 연료 분사 장치가 보편화된 엔진 분야뿐입니다. 개인적으로 ASML과의 공급 경쟁은 매우 힘겨운 싸움입니다.
스테인리스 스틸 P-51D로 만든 3D 프린팅용 배기 파이프. https://www.3dmpmag.com/article/?/powder-bed-systems/laser/a-role-in-military-fleet-readiness
가공 비용과 관련된 다른 요소로는 스폴링 및 증발로 인한 냉각수 손실 관리가 있습니다. 또한, 칩을 처리해야 합니다. 대량 생산 시 칩을 줄이면 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
이를 종종 위상 설계라고 하며, 짐작하시겠지만 FEA(유한요소해석)를 기반으로 한 또 다른 수준의 분석입니다. 최근 몇 년 동안 도구 접근성이 향상되면서 위상 설계가 본격적으로 주목받기 시작했습니다.
프라운호퍼라는 이름을 볼 때마다 그 이름은 특허를 받은 것이므로 메이커 커뮤니티에서는 오랫동안 그 이름을 사용할 수 없습니다.
다시 말해, 우리는 보증 기간이 끝나자마자 자동차를 교체할 수 있는 새로운 방법을 발명했습니다.
가벼운 도어 힌지와 자동차 전체를 쓰레기통에 버리게 만드는 사악한 음모 사이에 연관성이 보이지 않네요?
피로수명 분석은 하나의 문제입니다. 재료의 강도만 최적화한다면, 작동하지 않는 부품이 나오게 됩니다.
설령 의도적으로 약하게 설계했다 하더라도 보증 기간이 끝난 뒤에는 오래가지 않을 겁니다. 힌지일 뿐이지만 새것이고, 차 전체를 버려야 할 가능성은 낮으니까요... 차의 수명 동안 대체 차량이 있을 겁니다. 일반적으로는 여전히 좋지만, 그 저렴하고 쉬운 대체 부품이 마모되었습니다. 이건 새로운 게 아닙니다...
실제로 안전 기준 등을 충족하는지 확인하기 위해 대부분의 자동차 프레임/차체/좌석과 마찬가지로 정상적인 사용 중에 받게 될 스트레스 때문에 여전히 대대적으로 재설계되었을 가능성이 높습니다. 해당 지역의 법률에 의해 요구되지 않는 한 판매 시점에 판매됩니다.
"그냥 경첩일 뿐"이지만, 특정 수명에 맞춰 부품을 설계하는 사례이기도 합니다. 차의 나머지 부분에 적용하면 시간이 지나면서 차는 낡아버릴 것입니다.
이 스캔들은 그들의 잦은 (MP3, 알겠습니다!) 특허 보호의 결과입니다.
미국 경제 전체가 그런 "칩" 위에 세워져 있습니다. 어떤 기준으로 보면 효과가 있죠. :-/.
프라운호퍼는 많은 과학 연구를 수행했습니다. 응용 연구뿐만 아니라 기초 연구도 수행했습니다. 이 모든 과정에는 비용이 듭니다. 특허와 라이선스 없이 연구를 진행하려면 정부 지원금을 더 많이 제공해야 합니다. 라이선스와 특허를 통해 다른 나라 사람들도 기술의 혜택을 받기 때문에 비용의 일부를 부담하게 됩니다. 더욱이, 이러한 모든 연구는 산업 경쟁력 유지에 매우 중요합니다.
웹사이트에 따르면, 세금의 일부는 약 30%(Grundfinanzierung)이고, 나머지는 다른 기업들이 활용할 수 있는 재원에서 발생합니다. 특허 수익도 그 70%에 포함될 가능성이 높으므로, 이를 고려하지 않으면 개발 비용이 줄어들거나 세금이 더 많이 부과될 것입니다.
알 수 없는 이유로 스테인리스 스틸은 차체, 엔진, 변속기, 서스펜션 부품에 사용이 금지되어 인기가 없습니다. 스테인리스 스틸은 일부 고가의 배기 파이프에만 사용되며, 마르텐사이트계 AISI 410처럼 형편없습니다. 내구성이 좋고 좋은 배기 파이프를 원한다면 AISI 304/316을 직접 사용해야 합니다.
따라서 이러한 부품의 모든 구멍은 결국 젖은 흙으로 막히고 부품은 매우 빠르게 녹슬기 시작합니다. 부품은 최대한 가벼운 무게로 설계되었기 때문에 녹이 슬면 즉시 작업에 너무 약해집니다. 그 부품이 문 경첩이나 덜 ​​중요한 내부 지지대 또는 레버라면 운이 좋은 편일 것입니다. 서스펜션 부품이나 변속기 부품 같은 것이 있다면 큰 문제가 될 것입니다.
추신: 차체 대부분과 차체 전체에 습기, 제빙, 먼지가 묻은 스테인리스 스틸 자동차를 아시는 분 계신가요? 서스펜션 암, 라디에이터 팬 하우징 등은 모두 원하는 가격에 구매하실 수 있습니다. 드로리안에 대해서는 알고 있지만, 아쉽게도 스테인리스 스틸 외장 패널만 있고 차체 전체 구조나 기타 중요한 세부 사항은 없습니다.
스테인리스 스틸 차체/프레임/서스펜션/배기 시스템을 갖춘 차에 더 많은 돈을 지불할 의향이 있지만, 이는 가격적인 불리함을 의미합니다. 소재가 더 비쌀 뿐만 아니라 성형과 용접도 더 어렵습니다. 스테인리스 스틸 엔진 블록과 헤드는 어떻게 될지 의문입니다.
또한 매우 어렵습니다. 오늘날의 연비 기준으로는 스테인리스 스틸의 이점이 전혀 없습니다. 대부분 스테인리스 스틸로 제작된 자동차의 탄소 배출 비용을 상쇄하고 그 소재의 내구성 이점을 되찾으려면 수십 년이 걸릴 것입니다.
왜 그렇게 생각하시나요? 스테인리스 스틸은 밀도는 같지만 강도가 약간 더 높습니다. (AISI 304 – 8000 kg/m^3 및 500 MPa, 945 – 7900-8100 kg/m^3 및 450 MPa). 판 두께가 같으면 스테인리스 스틸 본체의 무게는 일반 스틸 본체와 같습니다. 그리고 페인트칠이 필요 없으므로 별도의 프라이머/페인트/바니시 작업이 필요하지 않습니다.
네, 일부 자동차는 알루미늄이나 티타늄으로 만들어져 더 가볍지만, 대부분 고급 시장 세그먼트에 속하기 때문에 매년 새 차를 사는 데 전혀 문제가 없습니다. 게다가 알루미늄은 녹이 슬기 쉽고, 어떤 경우에는 강철보다 더 빨리 녹이 슬기도 합니다.
스테인리스 스틸은 성형과 용접이 결코 어렵지 않습니다. 용접이 가장 쉬운 소재 중 하나이며, 일반 강철보다 연성이 높아 더 복잡한 모양으로 성형할 수 있습니다. 냄비, 싱크대, 그리고 널리 구할 수 있는 다른 스테인리스 스틸 스탬핑 제품들을 살펴보세요. 대형 AISI 304 스테인리스 스틸 싱크대는 가격이 훨씬 저렴하고, 형편없는 강철 호일로 스탬핑한 앞 펜더보다 더욱 정교한 모양을 자랑합니다. 일반 금형에 고품질 스테인리스 스틸을 사용하여 차체 부품을 쉽게 성형할 수 있으며, 금형의 수명도 더 깁니다. 소련에서는 자동차 공장에서 일하는 사람들이 공장 설비를 사용하여 스테인리스 스틸 차체 부품을 제작하여 자동차를 대체하기도 했습니다. 차체 바닥, 트렁크, 날개가 스테인리스 스틸로 만들어진 구형 볼가(GAZ-24)를 아직도 찾아볼 수 있습니다. 하지만 소련 붕괴 이후 이는 불가능해졌습니다. 왜, 어떻게 그런 일이 일어났는지는 모르겠지만, 이제 아무도 당신에게 돈을 주겠다고 나서지 않을 것입니다. 또한 서구나 제3세계 공장에서 스테인리스 스틸 차체 부품을 만든다는 이야기도 들어본 적이 없습니다. 제가 찾을 수 있었던 건 스테인리스 스틸 지프뿐이었지만, 알고 보니 스테인리스 스틸 패널은 공장에서 직접 제작한 것이 아니라 수작업으로 제작한 것이었습니다. 웨스트버지니아 골프 Mk2 팬들이 Klokkerholm 같은 애프터마켓 제조업체에 스테인리스 스틸 펜더를 주문하려 했다는 이야기도 있습니다. Klokkerholm은 보통 일반 강철로 펜더를 제작합니다. 그런데 이 제조업체들은 모두 이 주제에 대한 언급을 즉시 무례하게 끊었고, 심지어 가격에 대한 언급도 하지 않았습니다. 그래서 이 지역에서는 대량 주문조차 할 수 없습니다.
맞아요. 그래서 목록에 엔진을 언급하지 않은 거였죠. 녹이 엔진의 주요 문제는 절대 아니죠.
스테인리스 스틸은 가격이 더 비싼 것은 사실이지만, 스테인리스 스틸 케이스는 전혀 도색할 필요가 없습니다. 도색된 차체 부품의 가격은 부품 자체보다 훨씬 높습니다. 따라서 스테인리스 스틸 케이스는 녹슨 케이스보다 저렴할 수 있으며, 거의 영구적으로 사용할 수 있습니다. 차량의 마모된 고무 부싱과 조인트만 교체하면 새 차를 살 필요가 없습니다. 필요하다면 엔진을 더 효율이 높거나 전기 모터로 교체할 수도 있습니다. 새 차를 만들거나 오래된 차를 운행할 때 불필요한 환경 파괴나 폐기물이 발생하지 않습니다. 하지만 어떤 이유에서인지 이러한 친환경적인 방법은 생태학자와 제조업체의 목록에 전혀 포함되지 않습니다.
1970년대 후반, 필리핀 장인들은 지프니용 스테인리스 스틸 차체 부품을 수작업으로 제작했습니다. 원래는 제2차 세계 대전과 한국 전쟁 당시 남은 지프를 사용하여 제작되었지만, 1978년경 많은 승객을 태울 수 있도록 뒷부분을 늘릴 수 있게 되면서 모든 부품이 단종되었습니다. 그래서 아예 처음부터 새로 제작하고 스테인리스 스틸을 사용하여 차체가 녹슬지 않도록 해야 했습니다. 바닷물로 둘러싸인 섬에서는 이런 방식이 오히려 다행입니다.
스테인리스 강판은 HiTen 강철에 필적하는 소재가 없습니다. 이는 안전에 매우 중요합니다. 중국 자동차에 대한 최초의 euroNCAP 테스트가 이러한 특수강을 사용하지 않았다는 점을 기억하십시오. 복잡한 부품의 경우 GS 주철만큼 좋은 것은 없습니다. 저렴하고 주조 특성이 우수하며 내식성이 뛰어납니다. 하지만 결정적인 문제는 가격입니다. 스테인리스 강은 정말 비쌉니다. 그들은 비용이 중요하지 않은 스포츠카를 예로 들지만, 폭스바겐은 전혀 그렇지 않습니다.
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