CNC 프로토타이핑: 항공우주 산업의 정밀도, 신뢰성, 생산 속도 향상

게시일: 2020년 10월 9일 | 작성자: WayKen Rapid Manufacturing

한 국가의 항공우주 산업 발전은 장인 정신의 품질과 보유한 기술 지식 수준을 진정으로 반영합니다. 구조적 강성, 정밀도, 정확성, 품질 및 신뢰성에 대한 요구사항은 이 산업에서 정말 중요합니다. 항공기 설계 개선과 생산 라인업의 속도 향상 개념은 항상 과제로 남아왔습니다.

따라서 CNC 가공과 프로토타이핑이 이 산업에 진출했습니다. 엄격한 공차 요구사항을 충족할 수 있는 CNC 기계는 다양한 요구사항을 충족하면서 생산 속도를 유지하는 데 훌륭한 솔루션을 제공합니다. 이 글에서는 항공우주 산업에서 작용하는 다양한 매개변수와 CNC 기술이 어떻게 이를 혁신하는지 자세히 논의하겠습니다.

왜 CNC 기술이 항공우주 산업에 적합한가?

루프트한자 기사에 따르면 보잉 747-800 상업용 여객기를 만드는 데 600만 개의 부품이 필요했다고 합니다. CNC 기술이 항공우주 산업에 제공하는 몇 가지 이점은 다음과 같습니다:

• 자동화와 유연성은 항공우주 산업에서 요구하는 두 가지 핵심 매개변수입니다. 생산 라인업은 중복되지 않습니다. CNC 기술은 생산 라인업이 다양한 부품에 빠르게 적응할 수 있는 능력을 제공합니다. 따라서 다양한 가공 공정을 수행할 수 있습니다. 단일 클램핑 하에 동일한 기계에서 여러 CNC 공정을 완료할 수 있습니다. 이는 가공 및 생산 시간을 크게 단축하여 이윤과 효율성을 높입니다.
• 이 방법을 사용하여 부품을 생산할 때의 수많은 장점에는 정밀도, 반복성, 속도 및 CAD 통합이 포함됩니다.
• 수동 밀링이 전적으로 사람이 제어하는 반면, CNC 밀을 통해 제작된 복제품은 매번 물체의 완벽한 사본을 보장합니다. CAD(Computer-Aided Design)가 CNC 밀에 통합되어 더 나은 성능과 매번 완벽한 사본 생산을 가능하게 합니다. 생산 전에 필요에 따라 부품을 설계, 수정 또는 재주조할 수 있습니다. CAD에 조각된 설계는 쉽게 조정할 수 있어 다양한 프로그램을 생성할 수 있으며, 설계를 CNC 기계에 입력하면 밀이 부품의 물리적 사본을 생산합니다. 이는 빠른 프로토타이핑으로 신속하게 이어질 수 있습니다.
• 상업 부문뿐만 아니라 국가 군대 내에서의 기술 발전은 최소한의 결함으로 품질이 일관된 항공기에 대한 수요를 증가시켰습니다. 보잉, 록히드 마틴, 비커스 등과 같은 회사의 수요를 따라잡으면서 정확도로 부품의 완벽한 사본을 생산하기 위해 CNC 기계가 최선의 대체재입니다. CNC 기계는 생산되는 부품의 일관성과 조화를 보장하여 항공우주 산업에서 사용되는 더 나은 품질의 제품을 제조할 수 있게 합니다. 오늘날 많은 항공우주 부품은 하나의 견고한 알루미늄 빌렛이나 단조품 또는 스테인리스강 및 기타 고응력 합금과 같은 다른 재료로 생산되어야 하며, 이는 무거운 무게를 견디고 항공기에 구조적 강도를 제공하기 위함입니다. 이러한 부품의 사본은 CNC 기계에서 거의 차이가 없이 쉽게 제조할 수 있습니다.
• 항공 부품을 찾는 항공기 제조사의 수요 증가로 수많은 기업이 상업 부문과 군대 모두에서 CNC 가공 서비스를 제공하는 회사에 수백만 달러를 투자하게 되었습니다. 대형 기업은 지름 50인치, 길이 60인치, 너비 40인치, 높이 32인치에 달하는 엄청난 크기의 부품을 제조하는 데까지 이르렀습니다. CNC 가공 부품의 무게는 총 100파운드를 초과할 수 있습니다. 이러한 CNC 가공 서비스 제공업체는 대형 수치 제어 밀링 기계를 구비하고 있으며 엄격한 공차 기준에 따라 제조업체에 부품을 제공할 수 있습니다. 공차가 측정되는 부분에는 평탄도, 원통도, 원통도가 포함되며, 평탄도는 ±0.000002인치, 직경 원통도 ±0.00005인치, 원통도 ±0.001인치까지 낮습니다. 이러한 엄격한 공차는 레이머가 인용한 바와 같이 랜딩 기어와 같은 부품에서 중요한 역할을 합니다: "항공기 레이아웃에서 정의해야 하는 많은 내부 구성 요소 중에서 랜딩 기어가 보통 가장 많은 문제를 일으킵니다."
• 오차 허용 범위가 거의 없는 부품에서 공차는 주요 역할을 합니다. 단일 클램핑으로 제조를 완료할 수 있는 장비에 투자하도록 기업을 강제하는 항공 부품 제조 전문 CNC 가공 제공 회사가 있습니다.

항공우주 산업에서 CNC 가공의 응용

현대 항공기의 부품 복잡성이 진화함에 따라 엄청난 정밀도가 필요합니다. 1903년 목재, 와이어 및 기타 기본 재료로 시작된 것이 빠르게 이 산업에서 현대 복합 재료와 금속의 사용으로 진화했습니다. 오늘날의 현대 항공기에는 최첨단 항공 전자 시스템, 최첨단 유압 시스템, 공기역학적으로 유선형인 제어 면, 트림 시스템 및 서보 탭, 혁신적인 엔진 시스템의 복잡한 시스템이 포함됩니다.

이러한 시스템이 빠르게 진화함에 따라 기존 기체를 개선하기 위한 맞춤형 부품에 대한 필요성이 항상 있습니다. 일부 개선을 위해 완전히 새로운 항공기를 처음부터 설계하는 것이 항상 실행 가능한 것은 아닙니다. 비용 타당성을 높이기 위해 여러 항공기 라인업에 대한 업그레이드 및 부품 교체 목록이 작성됩니다. 그런 다음 유사한 맞춤형 부품 주문이 통합되어 호환성과 비용 절감을 모두 제공합니다. 예를 들어, 최신 플라이바이와이어 제어 시스템으로 업그레이드가 필요한 보잉 747 구형 라인업은 항공기 전체를 처음부터 제조할 필요가 없습니다. 대신 해당 시스템의 구성 요소를 가공합니다.

마찬가지로 항공우주 산업의 중요한 진화에는 집중적인 테스트가 필요합니다. CNC 프로토타이핑은 이 점에서 큰 도움이 됩니다. 구조 부품, 항공 전자 장치, 추진 시스템 및 공기역학적 부품 제조에 사용됩니다.

맞춤형 부품과 프로토타입의 필요성에 대해 논의했으니, CNC 가공을 사용하여 생산되는 몇 가지 주요 부품을 논의해 보겠습니다:

이 목록이 여기서 끝나지 않습니다!

제조에 사용되는 재료에는 알루미늄, 티타늄, 스테인리스강, 인코넬, 코바, 구리가 포함됩니다. 항공기 부품 제조에 일반적으로 사용되는 가공 유형에는 3축, 4축, 5축 CNC 밀링, 터닝, 와이어 방전 가공(EDM), 디버링, 마이크로 가공, 싱커 방전 가공(EDM)이 포함됩니다.

이와 관련하여 주목할 만한 예는 북아일랜드의 항공 좌석 솔루션 제공업체인 톰슨 에어로 시팅(Thompson Aero Seating)입니다. 이 회사는 CNC 가공 서비스 제공업체를 이용하여 비즈니스 좌석 프레임용 알루미늄 지지 레일을 제조하여 사이클 타임 단축을 목표로 했습니다. CNC 밀링 도입으로 사이클 타임이 61분에서 단 32분으로 무려 100% 단축되었습니다! 또한 CNC 밀링의 우수한 표면 마감으로 디버링 및 폴리싱 작업이 불필요해졌습니다.

결론

이 글의 사실을 고려할 때 CNC 프로토타이핑과 가공의 중추적 역할은 매우 분명합니다. 정밀 공차 달성부터 사이클 타임 단축까지 CNC 가공은 포괄적인 솔루션을 제공합니다. 또한 현재 항공우주 산업에 유입되는 혁신의 양을 고려할 때 CNC 프로토타이핑은 성능, 미학 및 제조 가능성을 종합적으로 분석하는 데 필요한 모든 가공 단계를 제공합니다.