Ian Campbell 교수는 적층 제조 연구를 위한 디자인 분야를 개척하고 있는 Loughborough University의 교수입니다. 디자인 엔지니어링에 대한 광범위한 배경 지식을 갖춘 Campbell 교수는 40개 이상의 학술지에 기사를 게재했으며 Rapid Prototyping Journal의 편집자이며 2014년부터 Wohlers Associates의 준 컨설턴트로 활동하고 있습니다.
우리는 Campbell 교수와 함께 앉아 적층 제조를 위한 설계의 중요성, AM에서 자동화의 역할, 대량 맞춤화 및 하이브리드 제조가 산업을 어떻게 변화시킬 수 있는지에 대해 논의할 수 있어 기뻤습니다.
1993년에 Warwick University에서 석사 과정을 밟고 있을 때 광조형을 처음 알게 되었습니다. 그러나 그해 후반에 Nottingham University로 이사하면서 대학의 광조형 기계를 접하고 박사 학위 연구를 시작했습니다. , 디자인과 당시에는 쾌속 프로토타입 제작 사이의 연결에 초점을 맞췄습니다.
<블록 인용>당시 내 전제는 1990년대에는 사람들이 실제로 상상할 수 없었던 생산 프로세스가 쾌속 프로토타이핑이 될 것이라는 것이었습니다. 하지만 나는 그렇게 했고, 쾌속 프로토타이핑이 생산 과정으로 바뀌려면 그것을 위한 디자인 방법을 배워야 한다고 생각했습니다. 그리고 그것이 저의 박사 학위가 집중했던 것입니다.
현재로서는 조금 뜬금없다고 생각합니다. 일부 설계자는 경량화, 복잡한 내부 구조 또는 토폴로지 최적화 사용 등의 측면에서 적층 제조의 가능성을 진정으로 이해하고 있는 특정 회사의 전문 지식 주머니가 있습니다. 특히 항공 우주 회사의 경우가 그렇습니다.
<블록 인용>그러나 전반적으로 말하자면, 우리 디자인 커뮤니티에는 약간의 지식 격차가 있다고 생각합니다. 많은 디자이너들은 적층 제조를 충분히 이해하지 못하거나 생각할 기회가 없습니다. 그들이 디자인하는 방식을 어떻게 바꿀 수 있는지.
이것은 현재 그 교육을 받고 있는 대학을 통해 오는 새로운 세대의 디자이너들과 함께 바뀔 수 있습니다. 그러나 한동안 연습을 해온 디자이너의 경우, 적층 제조를 제조 공정으로 사용하는 것을 직접 경험하지 않는 한, 적층 제조가 제공할 수 있는 이점에 대해 생각하지 않았을 것입니다. 따라서 앞으로 나아갈 수 있는 기회가 분명히 있다고 생각하며, 그것이 우리가 시작한 새로운 마스터 프로그램을 통해 달성하고자 하는 것 중 하나입니다.
첫째, 우리는 더 많은 사람들이 생산 공정으로서의 잠재력을 인식하고 이에 맞게 설계하는 방법을 배워야 하는 것을 보게 될 것이라고 생각합니다. 특히 많은 사람들이 적층 제조에 대해 알게 될 차세대 디자이너들과 함께 말이죠. <블록 인용>
내가 기대하는 또 다른 일은 설계 자동화가 향상되고 설계자가 AM을 최대한 활용하는 데 필요한 몇 가지 영리한 작업을 수행하는 데 도움이 되는 보다 전문화된 도구의 출현입니다. 이제 이러한 도구 중 일부는 예를 들어 토폴로지 최적화와 같이 이미 존재합니다. 그리고 내부 격자 구조를 자동으로 개발하여 누군가가 앉아서 CAD에서 직접 생성할 필요가 없도록 하는 다른 소프트웨어가 있다는 것을 알고 있습니다. 적층 제조는 복잡한 형상을 생성하는 측면에서 놀라운 일을 할 수 있지만 한 사람 또는 한 팀의 사람들이 앉아서 이러한 종류의 형상을 생성할 것으로 기대하는 것은 기존 도구를 사용하여 모두 수행되는 경우 실제 병목 현상을 일으킬 것입니다.
궁극적으로 우리가 따라야 하는 일부 프로세스를 자동화하는 데 사용할 수 있는 도구의 범위가 더 넓어야 한다고 생각합니다.
현재 AM 내에서 사람의 노동력을 집약적으로 활용하는 프로세스가 상당히 많습니다. 자동화는 여러 면에서 도움이 될 수 있습니다. 자동화 소프트웨어를 사용하여 빌드 플랫폼에서 부품이 이동할 위치를 결정하거나 빌드 시간을 자동으로 계산하는 것처럼 간단할 수 있습니다. 사용하는 방향에 따라 생성될 표면 마감 시뮬레이션을 자동화할 수도 있습니다.
다른 매개변수로 시행착오를 겪지 않고 자동화를 사용하여 기계를 실행하기 위한 올바른 매개변수를 선택하는 것을 상상할 수도 있습니다. 이와 관련하여 적층 제조 시스템 내에 더 많은 피드백 루프가 있을 것이며 이는 빌드 중에도 품질을 개선하는 데 도움이 될 것입니다.
그리고 디자인과 관련하여 저는 최근에 설계의 어려운 점(구성요소가 다른 구성요소와 접촉해야 하는 지점)을 CAD 시스템에 입력할 수 있게 해주는 흥미로운 소프트웨어를 보았습니다. 지오메트리가 자동으로 커지도록 구성 요소에 가해집니다. 따라서 재료를 제거하는 토폴로지 최적화와는 다릅니다. 그 자체로 매우 흥미롭긴 하지만 실제로 자동화된 소프트웨어를 사용하여 부품을 성장시키는 것과 관련이 있습니다.
전반적으로, 저는 우리 제품이 어떤 모습일지 아이디어를 얻은 시점부터 완성된 부품을 기계에서 꺼내는 것까지 전체 가치 사슬을 통해 더 많은 자동화의 여지가 있다고 생각합니다.
이 프로젝트의 목표는 루마니아의 파트너와 협력하여 여러 연구 영역을 식별하는 것입니다. 그 중 하나는 여러 자동차 부품 공급업체에서 사용할 맞춤형 부품의 설계 및 사용입니다.
다양한 운전 스타일에 맞게 서스펜션을 맞춤화하는 것과 같이 더 기능적인 부분이든, 더 미학적인 측면에서든 디자인과 맞춤화가 자동차 산업에 도움이 될 수 있다고 생각하는 몇 가지 파일럿 연구를 실행했습니다. 기어 변경 레버의 핸들, 스티어링 휠의 모양 또는 대시보드에 사용되는 일부 제어 측면과 같은 것입니다. 이것들은 우리가 보고 있는 영역 중 일부일 뿐입니다.
이 파일럿 연구에서 우리가 보고 싶어 하는 것은 — 그리고 우리는 이미 이것에 대한 일부 개발 작업을 시작했습니다 — 는 완전한 표준 제품을 가져 와서 일부 매개변수를 조정하여 변환할 수 있는 대량 사용자 정의 도구 키트입니다. 맞춤형 제품. 우리는 이것을 하는 유일한 사람이 아닙니다. 한 가지 예는 주로 보석을 목표로 하는 신경계입니다. 완전히 표준적인 디자인을 취하고 다양한 매개변수를 사용하여 모양을 변경한 다음 자신의 버전을 3D 인쇄할 수 있습니다.
우리는 사람들이 사용하기를 좋아하는 다양한 종류의 인터페이스, 디자인 변경 측면에서 처리할 수 있는 매개변수의 수, 누군가가 일부를 수행하도록 허용할 때 제품에 얼마나 많은 가치를 추가할 수 있는지에 대한 연구를 수행해 왔습니다. 그들 자신을 위한 커스터마이징.
<블록 인용>궁극적으로 우리는 대량 맞춤화 툴킷을 설계하는 가장 좋은 방법을 찾을 수 있는 단계에 도달하고 싶습니다. 이것은 디자이너가 표준 또는 미완성 디자인을 만들기 위해 일부 작업을 수행하는 것으로 시작됩니다. 그러나 우리는 고객이 직접 와서 그 디자인을 완성하는 것을 상상합니다. 따라서 제조업체나 디자인 하우스의 입력과 최종 사용자의 입력이 있는 공동 제작된 디자인의 한 형태가 됩니다.
이미 어느 정도 일어나고 있습니다. 예를 들어 Mini에서는 이미 맞춤형 제품을 선택할 수 있습니다. 그러나 우리가 탐구하는 제품의 모양을 실제로 변경한다는 측면에서, 특히 기능 제품의 경우 이 전면에서 실제로 많은 일이 발생하지 않습니다.
<블록 인용>그리고 자동차와 같은 산업에서는 고객이 모양을 변경할 수 있도록 허용하더라도 제품이 여전히 안전하고 기능적이며 경제적으로 생산되는지 확인해야 합니다. 기업이 사용자가 제품을 맞춤설정할 수 있도록 준비하기 전에 이와 관련하여 더 많은 연구가 수행되어야 합니다. 경우에 따라 특정 회사에서는 사용자가 디자인을 맞춤설정하도록 허용하지 않을 수 있습니다. 그러나 우리는 최종 사용자가 어느 정도의 변형을 가져올 수 있도록 준비된 다른 회사와 이야기를 나눴습니다.
헤어 드라이어의 예를 들면:헤어 드라이어의 손잡이 그립을 특정 손 크기에 맞게 만드는 것처럼 사용자 정의가 간단할 수 있습니다. 어떤 식 으로든 제품에 포함된 자신의 개인적인 특성을 포함할 수 있는 헤어 드라이어 스타일을 만들 수도 있습니다. 그리고 그것은 우리가 탐구하고 있는 또 다른 연구 영역입니다. 사람들이 이러한 종류의 공동 디자인에 참여하면 제품에 대한 정서적 애착이 형성될 수 있다고 생각합니다. 이것은 그들이 그것에 대해 더 많은 돈을 지불할 준비가 되어 있을 수도 있고 조금 더 오래 보유할 수도 있다는 것을 의미하므로 우리는 결국 매립지에 너무 많이 버리지 않습니다. 이것은 Loughborough 연구의 또 다른 측면인 지속 가능한 디자인입니다.
하이브리드에 대해 이야기할 때 동일한 기계 내에서 적층 및 절삭 가공이 통합된 조합을 의미합니다. Loughborough에서는 금속 시스템과 폴리머 시스템을 모두 살펴보고 있습니다.
금속 시스템의 경우 이미 Matsuura 및 DMG Mori와 같은 회사에서 사용할 수 있는 일부 기계가 있습니다. — 그들은 일종의 증착 프로세스를 통해 일부 재료를 추가한 다음 도구 변경을 수행하는 기계를 만들었습니다. 따라서 증착 헤드를 사용하는 대신 더 나은 표면 조도를 제공하거나 일부 기능의 정확도를 개선하기 위해 일부 재료를 제거하는 CNC 밀링 도구를 가져옵니다. 완료되면 다른 도구 변경을 수행하고 추가 프로세스로 돌아가서 방금 작업한 영역을 덮을 재료를 추가할 수 있습니다. 그리고 원하는 만큼 자주 둘 사이를 전환할 수 있습니다.
이것이 의미하는 바는 적층 제조의 모든 기하학적 자유를 얻을 수 있지만 더 높은 정확도나 더 나은 표면 조도가 필요한 경우(종종 엔지니어링 구성 요소의 경우임) 이는 외관뿐만 아니라 달성할 수 있습니다. 그러나 한 번에 전체를 지었다면 접근할 수 없는 내부 표면에도.
<블록 인용>우리는 이것이 하나의 기계가 있고 CAD 부품을 다운로드할 수 있고 추가 가공이 필요하지 않은 해당 기계에서 완성된 부품을 얻을 수 있는 원스톱 생산의 새로운 가능성을 열어줄 것이라고 생각합니다. 이러한 유형의 금속 하이브리드 제조는 고도로 엔지니어링된 구성요소에 매우 유용합니다. 시스템에 넣어야 하는 구성요소의 수를 줄여 조립 비용을 절감하고 필요한 재료의 양을 줄일 수 있기 때문입니다. 이는 항공우주 분야에서 특히 중요합니다. 몇 킬로그램만 절약해도 연료비를 크게 줄일 수 있기 때문입니다.
이 프로세스는 증착 후 기계 가공을 사용한다는 점에서 실제로 매우 유사합니다. 차이점은 폴리머의 경우 모든 것이 훨씬 낮은 온도에서 발생한다는 것입니다. 여기서 우리가 목표로 하는 것은 AM 폴리머 부품에 기하학적 자유도와 정확성을 높이는 동시에 비용을 낮추는 것입니다. 따라서 금속 쪽의 드라이버는 고급 엔지니어링 제품에 관한 것이지만 폴리머 쪽의 드라이버는 일상적인 사용 제품에 더 가깝습니다.
글쎄, 우리는 또한 복합 재료의 일부 적층 제조를 보고 있습니다. 여기서 우리가 목표로 하는 것은 복합 부품 내 섬유의 방향성을 제어하여 더 강하거나 더 가벼우거나 다른 엔지니어링 이점을 제공하는 것입니다. 이는 최근에 시작되었으며 많은 국제 파트너가 참여합니다.
적층 제조를 위한 디자인이라고 하며 3학기로 1년 동안 운영됩니다. 우리는 학생들에게 적층 제조가 무엇인지 설명하고 몇 가지 특이점과 이점을 살펴봅니다.
적층 제조를 위해 어떻게 재설계할 수 있는지 살펴보는 소규모 프로젝트가 있으며, 그 다음에는 제품을 처음부터 설계하고 재설계하는 주요 프로젝트가 있습니다. 또한 토폴로지 최적화와 같이 적층 제조에 잘 맞는 고급 컴퓨터 지원 설계 도구와 복셀 모델링과 같이 사용 가능한 다양한 유형의 모델링을 살펴봅니다. CAD 내에서 다른 작업 방식.
정말 흥미로운 점은 기계가 점점 더 커지고 있다는 것입니다. 이는 응용 프로그램의 범위가 증가하고 있음을 의미합니다. 한 번에 적층 제조를 생각할 때 0.5미터 정육면체에 맞는 부품을 생각했지만 지금은 상당히 빠르게 변화하고 있습니다. 우리는 집과 같은 것을 만들기 시작할 수 있는 적층 제조의 건축 응용 프로그램에서 이것을 볼 수 있습니다. 그러나 더 일반적으로 건물 내부에 들어갈 몇 가지 흥미로운 구조를 만들기 시작할 수 있습니다. 우리는 또한 이러한 대형 기계에 대형 항공기 부품이 제작되는 항공 우주 분야에서도 이러한 영향을 확인할 수 있습니다.
한동안 존재해 온 또 다른 트렌드는 지오메트리를 가지고 놀면서 머티리얼을 다르게 작동시킬 수 있는 메타 머티리얼을 만드는 아이디어입니다. 예를 들어, 일반적으로 부품을 밀고 한 방향으로 쥐면 다른 방향으로 확장되는 보조 구조를 만들 수 있습니다. 예를 들어 공을 수직 방향으로 쥐면 확장됩니다. 수평 방향. 그러나 적층 제조와 아주 영리한 디자인을 사용하면 수직 방향으로 짜면 수평 방향으로도 수축되는 구조를 만드는 것이 가능합니다. 복잡한 기하학을 매우 영리하게 사용합니다.
사람들은 또한 열 구배에 대해 다른 반응을 보일 부품을 만드는 것과 같은 다른 측면도 보고 있습니다. 예를 들어 4D 프린팅을 사용하면 가열 후 모양을 변경하거나 팽창할 수 있는 부품을 만들 수 있습니다. 따라서 공으로 우주로 보낼 무언가를 만든다면 태양의 열이 닿으면 이론적으로 일종의 안테나가 열릴 수 있습니다. 따라서 부품을 구성하는 복잡한 지오메트리 때문에 재료가 다르게 작동하도록 할 수 있다는 것은 정말 흥미진진한 일입니다. 이는 우리가 재료 덩어리를 다루는 것이 아니라 스마트한 재료를 다루고 있다는 것을 의미합니다.
Loughborough University의 AMRG(Additive Manufacturing Research Group)에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요.
Loughborough University의 Richard Buswell 박사와의 최근 인터뷰를 확인하세요.
3D 프린팅
현대 과학 기술의 발전은 전자 부품의 소형화 및 전자 제품의 SMT 기술 및 장치의 대량 적용으로 이어집니다. SMT 제조 장치는 완전 자동, 고정밀 및 고속의 속성을 가지고 있습니다. 자동화 정도가 높아지기 때문에 PCB 설계에 대한 요구 사항이 높아집니다. PCB 설계는 SMT 장치 요구 사항을 충족해야 합니다. 그렇지 않으면 제조 효율성과 품질이 영향을 받거나 컴퓨터 자동 SMT가 완료되지 않을 수도 있습니다. 예를 들어, MARK가 완전히 충족되지 않으면 기계가 자주 고장날 수 있습니다. PCB 형상, Clamping Edg
치수 공차 설계는 서로 잘 맞고 제대로 작동하는 구성 요소를 만드는 데 중요합니다. 과도하게 느슨한 허용 오차는 너무 많은 제조 허용량을 산출하여 잘못된 측정(따라서 종종 사용할 수 없는 부품을 초래합니다. 그러나 불필요하게 엄격한 허용 오차로 인해 비용, 리드 타임 및 복잡성이 증가할 수 있는 정밀도가 요구될 수 있습니다. 부품 공차에 대한 설계 프로세스를 마스터하면 다음을 보장하는 데 도움이 됩니다. 조각이 계획대로 서로 맞아 효과적이고 아름다운 최종 제품이 됩니다. 특별하고 불필요한 노동 요구 사항에 대한 비용을 절감하고
