적층 제조로 대형 해양 구조물에 다용도 추가

값비싼 전용 툴링을 개발하거나 구매할 필요 없이 부품의 다양한 반복을 신속하게 구축할 수 있는 능력이 부품 프로토타이핑에서 적층 제조(AM)가 자주 사용되는 이유입니다. 그러나 재료 및 인쇄 기술이 계속 개선됨에 따라 더 많은 회사에서 AM의 속도와 다용성을 최종 사용 부품으로 확장할 수 있습니다. 특히 새로운 디자인을 빠르게 생성하는 능력이 자산인 단기 또는 일회성 애플리케이션의 경우 .

최근 두 회사는 복합 AM 기술이 자율 수중 차량(AUV) 및 모터보트와 같은 대형 해양 구조물을 맞춤화하기 위한 솔루션을 가능하게 할 수 있음을 입증했습니다.

맞춤형 AUV 제작을 위한 대형 3D 프린팅

자율 수중 차량은 보트에 물리적으로 연결하지 않거나 인간 조작자의 원격 제어 없이 수중을 여행할 수 있는 일종의 무인 로봇 차량이며 종종 방위, 해양 연구 또는 해양 조사 애플리케이션의 다양한 사용 사례를 위한 카메라 또는 센서가 장착됩니다. 일반적으로 AUV의 외부 선체는 하나의 큰 금속 압력 용기로 구성되거나 열성형 플라스틱 또는 합성물로 제작됩니다. 그러나 두 옵션 모두 전용 도구를 개발하고 구매해야 하므로 비용이 많이 들고 AUV 고객이 수용할 수 있는 사용자 정의의 양이 제한될 수 있습니다. AUV 제조업체인 Dive Technologies(미국 매사추세츠주 퀸시)는 복합 3D 프린팅이 기존 제조 방식의 많은 한계를 해결한다는 사실을 발견했습니다.

2018년, Dive Technologies의 공동 설립자인 Bill Lebo, Jerry Sgobbo 및 Sam Russo는 긴 내구성과 대용량 탑재량에 대한 고객의 요구를 충족하는 보다 강력하고 새로운 AUV를 설계하고 출시하기 위해 자체 회사를 설립하기로 결정했습니다.

그들과 그들의 팀이 개발한 것은 19피트 길이, 4피트 직경의 상업용 AUV로 6,000미터까지 잠수하고 최대 500마일을 여행할 수 있으며 최대 1입방미터의 페이로드를 운반할 수 있습니다. 원래 팀은 차량의 최종 구조가 외부 선체에 열성형 플라스틱을 사용할 것이라고 가정했습니다. Dive Technologies는 디자인을 탐색하고 테스트하기 위해 Oak Ridge National Laboratory(ORNL, Oak Ridge, Tenn., U.S.)와 빠른 프로토타이핑을 위한 3D 인쇄 사용에 대해 이야기했습니다. ORNL을 통해 Dive 팀은 LFAM(대형 적층 제조) 전문 Additive Engineering Solutions(AES, Akron, 미국 오하이오)를 소개받았고 AES 팀과 함께 AUV 선체 형태의 제조 공정을 작업하기 시작했습니다.

그러나 3D 인쇄된 프로토타입 작업 과정에서 Dive Technologies는 LFAM이 완성된 프로토타입뿐만 아니라 구성 요소. 3D 프린팅된 프로토타입 구성 요소는 예상보다 더 나은 부품 요구 사항을 충족했을 뿐만 아니라 생산 차량에 AM을 채택하면 툴링 비용을 절감하고 Dive가 기존 방법을 사용하는 것보다 더 빠르게 최종 제품을 생산할 수 있으며 고객.

DIVE-LD의 외부 선체는 AES의 4대 Cincinnati Inc.(Cincinnati, Ohio, U.S.) BAAM(Big Area Additive Manufacturing) 3D 프린터 중 하나를 사용하여 인쇄된 9개의 튜브 모양 페어링으로 구성됩니다. 이 페어링은 Sabic(사우디 아라비아 리야드)에서 공급하는 잘게 썬 섬유로 채워진 ABS로 인쇄됩니다. AES의 공동 창립자이자 부사장인 Andrew Bader에 따르면 AES는 이틀 이내에 전체 선체의 모든 부품을 인쇄할 수 있습니다. Dive에 전달되면 3D 인쇄 페어링은 페어링당 4개의 패스너를 사용하여 기계적으로 고정되고 코팅되어 부드럽고 유체 역학적인 외부 표면을 생성합니다. 2020년의 성공적인 초기 테스트에 이어 Dive는 올 봄에 첫 번째 고객 차량을 제작하고 2021년 6월에 첫 번째 주문을 배송할 예정입니다.

Russo에 따르면 AM은 미래 차량 및 제품에 대한 Dive Technologies의 가치 제안의 핵심 부분이 되었습니다. Dive와의 파트너십은 AES 및 복합 3D 프린팅에도 큰 진전입니다. Bader는 다음과 같이 덧붙입니다. "일반적으로 사람들은 3D 프린팅을 생각할 때 프로토타입, 고정 장치 및 도구를 생각합니다. 따라서 이것은 3D 프린팅이 할 수 있는 다른 것을 보여줍니다."

Dive Technologies 및 AES에 대해 자세히 알아보려면 "대형 3D 프린팅으로 AUV를 위한 도구 없이 신속한 생산"을 읽어보십시오.

다재다능한 모터보트 설계를 위한 연속 섬유 AM 및 자동화

2015년 연속 섬유 제조(CFM) 공정에 대한 특허를 취득한 이후 Moi Composites(이탈리아 밀라노)는 증착 기반의 연속 섬유 3D 프린팅 CFM 기술의 다양한 응용 분야를 탐구했습니다. CFM의 특징에는 Moi Composites의 맞춤형 설계 소프트웨어, 로봇 팔 사용, UV 경화 및 "하이브리드" 제조가 포함됩니다. 이는 3D 인쇄 구조 코어 위에 보다 전통적인 복합 재료 적층입니다. 최근에 회사는 MAMBO라는 데모 모터보트를 통해 보다 비용 효율적이고 빠르고 혁신적인 해양 구조물 설계를 위한 솔루션으로 CFM 기술을 시연했습니다.

Moi Composites의 공동 설립자인 Gabriele Natale에 따르면, 그와 공동 설립자인 Michele Tonizzo는 2017년 Genoa Boat Show에 참석했으며 많은 보트 선체에 사용되는 툴링 비용과 전통적인 유리 섬유 주입 공정이 보트 설계자가 새로운 것을 탐구하는 능력을 제한한다는 것을 깨달았습니다. 그리고 더 복잡한 디자인. Natale은 몰드가 없는 연속 섬유 3D 프린팅 기술이 실현 가능한 솔루션이 될 수 있음을 인식하고 "그때부터 계획을 개발하기 시작했고 해양 산업 내 파트너와 만나기 시작했습니다."라고 말합니다.

결과 MAMBO 보트는 길이 6.5미터 x 너비 2.5미터, 건조 중량 약 800킬로그램, 내비게이션 시스템, 코르크 바닥, 흰색 가죽 시트 및 115마력 엔진을 갖추고 있습니다. Moi Composites는 Sonny Levi의 유명한 Arcidiavolo 쌍동선에서 영감을 받은 구조적 요소에 유기적인 형태를 결합한 보트의 구조적 디자인 개념에 대해 해양 디자인 엔지니어링 스튜디오인 MICAD(이탈리아 레체)와 협력했습니다. Autodesk(미국 캘리포니아주 산라파엘) Fusion 360 CAD 및 NETFABB 적층 제조 소프트웨어가 구성요소의 설계 및 유체 역학 분석에 사용되었습니다.

Owens Corning(미국 오하이오주 톨레도)에서 공급한 단방향 E-유리와 비닐 에스테르 수지로 인쇄된 보트의 선체와 데크는 다양한 크기의 50개 개별 섹션으로 제조되도록 설계되었습니다. 섹션의 절반은 Moi Composites의 밀라노 시설에서 인쇄되었고 나머지 절반은 영국 버밍엄에 있는 파트너 Autodesk의 ACF(Advanced Manufacturing Facility)에서 인쇄되었습니다. 시설. Autodesk의 적층 제조 팀의 연구 관리자인 Dominique Müller에 따르면 Autodesk 기술 센터의 CFM 시스템을 사용하면 보트를 빠르게 인쇄할 수 있었고 Autodesk는 Moi가 Autodesk 소프트웨어를 사용하여 원격으로 운전하고 있던 기술을 더 잘 알 수 있게 되었다고 합니다. . 모든 구성 요소의 총 인쇄 시간은 약 2개월이었습니다.

인쇄된 부품은 이탈리아 Miggiano에 있는 Catmarine 조선소로 배송되어 함께 조각되고 접착식으로 접착되었습니다. Moi가 보철 및 기타 부품에 사용한 것과 유사한 하이브리드 제조 공정에서 전체 선체는 구조에 따라 두께가 다양한 PVC 폼으로 코어된 추가 유리 섬유/폴리에스터 층으로 손 레이업을 통해 적층되었습니다. 선체와 데크가 완전히 조립되고 샌딩되고 겔 코팅된 후 Moi Composites의 파트너는 보트에 추진력, 탐색 및 기타 시스템을 장착하여 보트를 완성했습니다.

초기 해상 시험 및 안정성 테스트는 2020년 가을에 수행되었으며 MAMBO는 최대 26노트에 도달했습니다. Moi Composites는 보트 인증을 위해 2021년 여름에 해상 시험을 계속할 계획입니다.

“적층 제조, 디지털화 및 자동화를 통해 새로운 개념과 미래 지향적인 프로젝트의 생성 속도를 높일 수 있습니다. 설계하려는 각 보트에 대해 새로운 금형을 만들어야 하기 때문입니다. 이 기술을 사용하면 3D 모델을 쉽게 수정하고 다시 인쇄할 수 있습니다. 이것은 특히 단기 또는 일회성 보트에 적합합니다.”라고 Natale은 말합니다.

MAMBO에 대한 자세한 내용은 "MAMBO가 대형 해양 구조물을 3D 프린팅하기 위해 물을 테스트합니다."를 참조하세요.