적층 제조를 형성하는 4대 신흥 자동화 트렌드

설계부터 후공정까지 AM 프로세스 자동화는 제조업체에게 AM 채택을 더 매력적으로 만듭니다.

로봇부터 소프트웨어까지 자동화 솔루션은 터치 노동을 최소화하고, 비용을 절감하며, 일관성과 품질을 개선합니다.

하지만 오늘날 적층 제조 자동화 측면에서 우리는 어디에 있을까요?

이 글은 AM에서 자동화 솔루션 개발을 견인하는 4가지 핵심 트렌드를 강조합니다.

1. 설계 자동화

AM에서 디지털 엔드투엔드 워크플로 구축은 설계 프로세스 자동화에서 시작합니다.

그러나 AM 설계 자동화는 달성하기 쉽지 않습니다. 대부분의 AM 부품은 여전히 대부분 수동으로 설계됩니다. 시간 소모적인 수동 AM 설계 프로세스는 엔지니어 작업 수시간이 소요되며, 한 사례 연구에 따르면 총 부품 비용의 최대 50%를 차지할 수 있습니다.

설계 프로세스를 더 효율적으로 만들기 위해 업계 소프트웨어 기업들은 지난 몇 년간 툴을 진화시켜 왔습니다.

오늘날 업계는 엔지니어가 머신에 무언가 프린트하기 전에 설계 옵션을 신속 평가할 수 있게 하는 자동화 솔루션을 제공합니다.

예를 들어 포드는 자동화가 툴 설계 시간을 수시간에서 수분으로 단축하는 방식을 시연했습니다.

독일 소프트웨어 기업 Trinckle과 파트너십으로 자동차 메이커는 자동차 윤곽에 맞고 새 지그 베이스를 형성하는 툴 지오메트리를 자동 생성하는 소프트웨어에 접근했습니다. 간단한 클릭으로 핸들, 자석 마운트, 에지 가이드 같은 요소도 추가 가능.

이 부품 설계 프로세스 자동화로 수시간 작업이 단 10분으로 단축되었습니다. 포드는 이 접근이 툴당 수천 유로 절감 잠재력이 있다고 봅니다.

또 다른 예로 하드웨어 제조사 Stratasys가 소프트웨어 기업 nTopology와 FDM 공정용 지그·픽스처 설계 자동화 솔루션 협업.

'Fixture Generator'라 불리는 이 새 솔루션은 nTopology의 위상 최적화 소프트웨어 엔진을 활용해 엔드유즈 애플리케이션을 염두에 두고 부품 설계를 최적화하며, 엔지니어가 간단한 드래그앤드롭으로 툴링 파트를 준비하게 합니다.

AM 설계 단계를 덜 수동적으로 만드는 것은 3D 프린팅 산업의 지속적 성숙을 신호합니다. 설계 자동화는 AM 도입자가 수동 설계 프로세스 관련 시간과 비용을 줄이게 돕습니다.

더 중요하게는, 설계 변형 생산을 자동화된 고효율 프로세스로 전환하여 매스 커스터마이징 같은 새로운 애플리케이션과 비즈니스 모델을 지원합니다.

추가 읽기: 3D 프린팅과 매스 커스터마이징: 우리는 오늘 어디에 있는가?

2. 오픈 API가 AM 데이터 공유 자동화 견인

AM 산업이 더 개방되고 있습니다. 폐쇄적 독점 시스템의 지배가 끝나가고 있으며, 더 많은 솔루션 제공업체가 통합된 상호운용 가능한 3D 프린팅 워크플로 구축을 지향합니다.

이를 지지하는 한 트렌드는 오픈 API(Application Programming Interfaces) 활용입니다. API는 한 소프트웨어 애플리케이션이 다른 애플리케이션과 통신하게 하는 소프트웨어 중개자입니다. API는 이질적 시스템 통합에 결정적 역할을 합니다.

워크플로가 꽤 복잡하고 사일로화될 수 있는 AM에서, 업계 플레이어들은 자동화 가능케 하고 데이터 활용 확장을 위해 API 세트 제공의 중요성을 인식하고 있습니다.

최근 여러 3D 프린터 제조사가 파트너에게 API를 공개하여 심리스한 데이터 흐름과 통합을 가능케 했습니다.

한 예로 HP와의 최근 협업에서 HP가 자사 개방형 API를 우리 적층 MES 시스템과 연동 제공. 이 통합으로 HP Multi Jet Fusion 사용자가 머신을 우리 소프트웨어에 연결해 AM 시스템 모니터링과 데이터 수집 가능.

유사하게 Stratasys도 API 연결성 개선으로 자사 3D 프린터와 엔터프라이즈 소프트웨어 솔루션 간 더 쉽고 빠른 데이터 공유 길 열었음 발표.

이 사례들은 업계가 하드웨어 역량과 소프트웨어 인에이블먼트 간 격차를 좁히는 올바른 방향으로 움직이고 있음을 가리킵니다. API가 두 영역 간 근본적 가교가 되어 상호운용성 지원 통합 생태계 구축을 도울 것입니다.

추가 읽기: 3D 프린팅 소프트웨어의 5가지 흥미로운 트렌드

3. 후공정 프로세스 자동화

PostProcess의 제2회 후프린팅 트렌드 리포트에 따르면 기업 AM 비용의 약 46%가 후처리와 연관된 것으로 추정됩니다.

프로토타입, 툴링, 최종 사용 제품 여부와 관계없이 대부분 AM 부품은 어느 정도 후처리가 필요합니다. 서포트 소재 제거처럼 단순할 수도 있지만, 최종 제품 준비 전 분류, 염색, 연마 등 기타 공정 포함 가능. 대부분의 후처리 작업은 거의 전적으로 수동 노동에 의존.

최근 머신러닝, 후처리 하드웨어·소프트웨어 발전으로 AM 후처리 거의 모든 부분 자동화 가능해져 인건비 대폭 절감과 공정 효율 대폭 개선.

새 시스템들이 3D 프린터 빌드 플랫폼에서 부품을 자동 추출하고 가이드 차량으로 다음 후처리 스테이션으로 이송하는 방식으로 시장 진입.

여러 AM 머신 제공업체도 어느 수준에서든 자동화에 커밋. EOS는 장착, 언팩, 이송, 체질 단계를 모듈 결합, 이송 시스템, 제어 센터 소프트웨어로 통합하는 Shared Modules 컨셉 개발.

금속 바인더 제팅 전문 ExOne도 빌드 박스 효율적 이송 위한 새 X1D1 자동 가이드 차량(AGV) 컨셉 발표.

흥미로운 것은 부품을 3D 프린터에서 분말 체질, 세정, 마감 스테이션으로 이송하는 다축 로봇 시스템 활용 증가.

하드웨어 기업 Renishaw가 로봇으로 금속 AM에서 가장 시간 소모적인 공정 중 하나인 서포트 제거 자동화 시연. 스타트업 Additive Automations와 파트너십으로 자동 서포트 제거 로봇 시스템 개발.

초기 결과: 로봇 자동화 서포트 제거가 부품당 평균 비용을 무려 25% 절감 가능. 이 공정 로봇에 통합된 힘 센서가 AM 부품 지오메트리 결정 데이터 수집. 소프트웨어가 디지털 트윈 기술로 데이터 분석. 출력이 서포트 구조 위치 결정에 사용되어 엔드이펙터 툴로 제거.

또한 AM Flow 같은 기업이 빠른 자동 AM 부품 식별과 함께 분류, 피킹, 백킹, 이송 제공하는 모듈러 솔루션 전문. 향후 AM Flow는 자동 ID 태깅 개발로 AM 부품의 엔드투엔드 디지털화 워크플로 전반 완전 추적 능력 길 열 예정.

AM 후처리 완전 자동화는 기술 확장 시 경제성을 완전히 바꿉니다. 공장 레이아웃 유연성 크게 높이고 제조업체가 이 기술을 디지털 신속 생산에 채택 가능케 함.

추가 읽기: 3D 프린팅과 로보틱스 결합으로 스마트 팩토리 만들기

4. 3D 프린팅 주문 처리와 AM 생산 관리 자동화

수동 후처리 직접 비용 외에 부품 견적과 AM 주문 처리를 위한 작업자 시간, 프린트 작업 스케줄링을 위한 운영자 시간 같은 숨은 비용도 존재.

부품 비용 계산, 스프레드시트 데이터 입력, 클렁키한 솔루션으로 생산 스케줄링이 작업자 하루 수시간 소모, AM 생산성 제한.

AM 급속 성숙에 따라 기업들은 곧 확장 가능한 성장을 보장하기 위해 AM 생산 관리 프로세스 자동화 필요성 깨달음.

더 큰 생산 효율 니즈가 AM 기술 향한 워크플로 관리와 제조 실행 소프트웨어(MES) 개발 촉발.

MES 더 보기: 적층 제조 실행 시스템 초보자 가이드

오늘날 적층 MES와 워크플로 소프트웨어가 기업이 이전에 수동이던 프로세스 디지털화로 인건비 자유롭게 하는 자동화 도움.

예: 글로벌 2D 프린팅·IT 기업의 3D 프린팅 시설이 AMFG MES 소프트웨어로 3D 프린팅 부품 견적과 주문 관리. 스프레드시트에서 자동화 솔루션으로 전환하여 견적 시간 거의 80% 단축.

주문 처리와 생산 관리 프로세스 자동화가 궁극적으로 AM을 단순 저용량 애플리케이션 도구 넘어 확장 가능하고 통합되고 비용 효율적인 양산 기반으로 이동시킴.

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완전 자동화 AM 팩토리까지 얼마나 남았나?

설계부터 마감까지 AM 프로세스 자동화는 인건비 절감과 생산성 증대로 막대한 자본 절감 잠재력 보유.

NextGenAM 파일럿 프로젝트에서 보듯 자동화로 생산비 최대 50% 절감 가능. 또한 자동화 제조가 인적 오류와 스크랩 최소화로 프로세스에 더 많은 일관성 도입.

오늘날 시장에 나온 자동화 솔루션은 불과 몇 년 전 초기 단계 프로젝트와 파일럿에서 크게 진화.

AM 자동화 완전 혜택 누리려면 기업은 오늘 전환 시작해 경험을 경쟁 우위로 더 빠르게 전환해야 함.

많은 기술 변혁과 마찬가지로, AM 자동화에 베팅할 의향 있는 초기 이동자와 리스크 테이커가 미래 디지털 제조의 보상 누릴 것.

워크플로 자동화로 AM 변혁하는 방법 알아보기