일렉트로임팩트, 공구 없이 항공우주급 복합재 제작 가능한 6축 연속 섬유 3D 프린터 SCRAM 출시

일렉트로임팩트(미국 워싱턴주)는 오토클레이브 외(Out-of-Autoclave, OOA) 인시츄 통합 열가소성 자동 섬유 배치(AFP) 공정과 고급 용융 적층 모델링(FFF) 3D 프린팅 공정을 통합한 SCRAM(Scalable Composite Robotic Additive Manufacturing) 시스템을 선보였습니다. SCRAM은 진정한 6축 산업용 연속 섬유 강화 3D 프린터로, 항공우주급 통합 복합재 구조물을 공구 없이 신속하게 제작할 수 있게 합니다. 고성능 열가소성 수지와 높은 비율의 연속 섬유 보강재를 결합해 적층 제조 분야에서 전례 없는 뛰어난 물성을 가진 부품을 생산합니다. 일렉트로임팩트는 이 기술이 업계에서 비교 대상이 없다고 주장합니다.

"진정한 3D" 프린팅

대부분의 3D 프린팅 공정은 소재가 평평한 슬라이스에 연속적으로 적층된 후 쌓여 3D 객체를 형성하므로 "2.5D" 프린팅으로 정확히 설명됩니다. 그러나 SCRAM 공정은 연속 섬유 강화 열가소성 수지 층이 공기역학적 표면과 유체 흐름을 위한 덕트 같은 복잡한 윤곽 형태를 취할 수 있으므로 "진정한 3D" 프린팅으로 간주될 수 있습니다. 더욱이 6축 공정이므로 각 층 내 섬유 방향을 특정 용도에 맞게 조정해 기존 AFP 시스템처럼 부품 전체에 최적의 강도와 강성 분포를 제공할 수 있습니다.

주문형 공구 프린팅

각 SCRAM 셀에는 강화 열가소성 프린팅 시스템(인시츄 통합(ISC) 기능이 있는 소형화되고 더 민첩한 AFP)뿐만 아니라 고급 FFF 프린팅 공정 기반의 신속한 공구 제작 시스템도 장착되어 있습니다. 기존 자동 섬유 적층은 비유연하고 비싸며 긴 리드 타임이 필요한 하드 툴링에 상당한 투자가 필요합니다. 반면 SCRAM은 평판에서 시작해 필요에 따라 지지 공구를 프린트할 수 있습니다. 부품 프린팅이 완료되면 공구 소재를 용해 제거할 수 있어 신속한 설계 반복이 가능합니다. 또한 기존 방식으로 제작하기 어렵거나 불가능한 내부 채널 같은 부품 형상도 제작할 수 있습니다.

다중 소재 시스템

연속 섬유 강화 열가소성 프린팅 공정(AFP ISC)과 FFF 지지 공구 프린팅 공정 외에도, SCRAM 셀에는 단섬유 또는 "절단" 섬유 강화 열가소성 소재 증착에 최적화된 FFF 노즐이 장착되어 있습니다. 독자적인 레이저 가열 시스템이 적용되어 층간 결합 강도가 매우 뛰어납니다. 이 공정은 연속 섬유 적층이 기하학적으로 불가능하거나 비효율적인 상황에 이상적입니다.

연속 섬유 공정과 마찬가지로 이 또한 "진정한 3D" 프린팅 공정으로, 층이 평면 스택에 국한되지 않습니다. 가변 밀도 코어 등 복잡한 형상을 널리 다양한 곡률을 가진 연속 섬유 강화 층 위에 직접 프린트할 수 있습니다. 원한다면 잘게 썬 섬유 강화 코어 구조 위에 연속 섬유 강화 층을 증착해 상부 스킨을 형성할 수도 있습니다. 예시 소재로는:

• PAEK(폴리아릴케톤) 계열 열가소성 수지(PEEK, PEKK 등)
• 나일론 및 기타 저온 열가소성 수지(PA12, ABS 등)
• 수용성 열가소성 수지
• 탄소섬유
• 유리섬유
• 붕소섬유

SCRAM 셀 구성

일렉트로임팩트의 SCRAM 시스템은 지멘스 840D CNC 컨트롤러와 특허받은 정확한 로봇 패키지(유틸리티 패스스루용 연속 6번째 로봇 축, 무제한 회전)를 갖춘 6축 로봇을 사용합니다. 툴 체인지 인터페이스를 통해 다중 소재 증착 엔드 이펙터를 포함한 엔드 이펙터를 원활하게 픽업 및 드롭오프할 수 있습니다.

셀에는 회전식 열판이 있는 가열 빌드 플랫폼이 포함되며, 열팽창과 수축을 제어하기 위해 가열 빌드 챔버에 수용됩니다. SCRAM은 쿠폰 및 캘리브레이션 스탠드, CAM 부품 프로그래밍 소프트웨어 스위트, 운영자/정비사/프로그래머 교육을 표준으로 제공합니다.

옵션 기능으로는:

• 대량 지지를 저렴한 원료로 신속하게 증착하기 위한 고처리량 플라스틱 펠렛 압출 엔드 이펙터
• 부품 트리밍 및 지지 공구 표면 컨디셔닝을 위한 절삭 가공 엔드 이펙터
• 단기 생산용 수용성 희생층을 포함한 부분 재사용 가능 지지 공구 시스템

일렉트로임팩트 소개

일렉트로임팩트는 항공우주 산업에 제조 자동화와 툴링을 공급하는 경험 많은 공급업체입니다. 이 회사는 개념부터 고객 승인까지 최소한의 관료주의로 수직적으로 책임을 지는 엔지니어들의 안식처입니다. 프로젝트에는 상용 항공기 날개 완전 자동화 조립 시스템, AFP(자동 섬유 배치) 시스템, 고정밀 로봇 드릴링 및 체결 기계, 날개 패널 및 동체 조립용 리벳팅 기계, 우주선 및 위성 취급 장비 등이 포함됩니다.