3D 프린팅이 예비 부품 산업을 변화시키는 방법 [2021 업데이트]

예비 부품 관리에서 궁극적인 목표는 예비 부품 생산 비용, 리드 타임 및 재고를 유지해야 하는 부품 양 사이의 균형을 맞추는 것입니다. 제조업체와 공급업체 모두가 이 목표를 달성하는 데 도움이 되는 한 가지 기술은 3D 프린팅입니다.

디지털 제조 기술인 3D 프린팅을 사용하면 일부 예비 부품을 가상 재고에 보관하고 필요한 시점에 생산할 수 있으므로 보관 비용이 절감되고 서비스가 향상됩니다. 3D 프린팅은 기존 기술에 비해 고정 비용이 적기 때문에 소량 생산에 더 비용 효율적인 것으로 입증되었습니다.

따라서 EY가 조사한 기업의 33%가 예비 부품의 3D 프린팅이 보다 효율적인 판매 후 시장을 가능하게 한다고 믿고 있으며, 추가로 26%는 이 기술이 물류 노력과 재고를 줄일 수 있다고 답했습니다.

오늘 우리는 예비 부품용 3D 프린팅의 주요 이점을 살펴보고 실제 기술의 가장 흥미로운 예를 살펴보고 예비 부품용 3D 프린팅을 조직에 통합하는 방법에 대한 몇 가지 팁을 공유합니다.

예비 부품 – 변화하는 풍경

현재 예비 부품 제조업체는 주로 예비 부품의 생산 및 보관과 관련된 다양한 문제에 직면해 있습니다.

예비 부품 주문 비용이 그러한 문제 중 하나입니다. 기존 제조 방식에서는 부품당 총 비용을 줄이기 위해 대부분의 제품을 대량으로 생산합니다.

대량 제조를 통해 기업은 도구 제조 및 설정 비용과 같은 고정 비용을 많은 부품에 대해 상각할 수 있습니다. 그러나 예비 부품은 훨씬 적은 양으로 생산되는 경우가 많으며, 이는 해당 부품의 총 비용이 증가함을 의미합니다.

예비 부품의 전통적인 제조의 또 다른 문제는 긴 리드 타임입니다. 올바른 예비 부품을 찾아 지구 반대편에 있는 클라이언트에게 보내는 데 몇 주가 걸리기도 하는데, 이는 고객 만족도에 부정적인 영향을 미칩니다.

경우에 따라 제조업체는 일부 예비 부품 제공을 중단하기로 선택하여 고객을 빈손으로 남깁니다.

또한 기업은 보관해야 할 재고량을 결정하는 데 어려움을 겪는 경우가 많습니다. 창고를 재고로 가득 채운 상태로 유지하는 것은 그 자체로 비용이 많이 드는 지출이며 재고가 초과된 경우에는 더욱 그렇습니다.

그러나 3D 프린팅의 등장으로 이러한 많은 문제가 성공적으로 해결될 수 있습니다.

3D 프린팅이 예비 부품 산업의 문제를 해결하는 데 어떻게 도움이 됩니까?

경제적인 소량 생산

3D 프린팅은 사출 성형 및 진공 성형과 같은 기존 제조 공정에 비해 고정 생산 비용이 낮습니다. 3D 프린팅 프로세스는 고도로 자동화되어 있기 때문에 값비싼 도구가 필요하지 않으며 일반적으로 생산 장비를 설정하는 데 드는 비용이 더 저렴합니다.

고정 비용이 낮으면 3D 프린팅은 더 적은 양의 부품을 생산할 때 경제적 이점을 얻을 수 있습니다.

디지털 인벤토리:주문형 3D 프린팅 부품

예비 부품과 관련하여 기업은 많은 수의 예비 부품을 재고로 보유하기 위한 투자와 고객의 요구를 적시에 충족할 수 있는 능력 간의 균형을 유지해야 하는 과제에 직면해 있습니다.

3D 프린팅을 통해 OEM은 부품 보관 방식에 대한 접근 방식을 재고하여 디지털 재고로의 전환을 촉진할 수 있습니다. 주요 이유는 3D 프린팅을 사용하면 금형과 같은 도구를 사용하지 않고 디지털 설계 파일에서 직접 부품을 생산할 수 있기 때문입니다.

디지털 재고를 사용하면 일부 예비 부품, 특히 구형 구성 요소와 같이 수요가 적은 부품을 3D 인쇄용으로 재설계하고 가상 부품 카탈로그에 저장하여 창고 공간을 확보할 수 있습니다.

부품이 필요할 때 디지털 인벤토리에서 찾아 디자인을 3D 프린터로 보내고 몇 시간 또는 며칠 이내에 준비할 수 있습니다.

필요한 시점에서 부품을 제조할 수 있는 능력은 '재고 생산'에서 소량의 예비 부품을 위한 보다 지속 가능한 '주문 생산' 모델로의 전환을 나타냅니다. 이는 OEM 및 공급업체에 상당한 이점을 제공합니다. 특히 창고에 보관된 부품 수를 줄여 재고 비용을 절감할 수 있습니다.

더 빠른 리드 타임

전통적인 제조 방법을 사용하면 도구를 설계 및 생성하고 생산 라인을 설정해야 하기 때문에 리드 타임이 몇 개월 단위로 측정되는 경우가 많습니다. 반면 3D 프린팅은 리드 타임이 훨씬 짧습니다.

예를 들어, 작은 알루미늄 브래킷은 DMLS 기술을 사용하여 며칠 만에 생산할 수 있지만 압출 및 금속 굽힘 공정을 사용하여 생산하는 데 최소 12주가 소요됩니다.

또한, 사용하지 않는 부품을 소수로 교체해야 하고 사용 가능한 예비 부품이 없는 경우 리버스 엔지니어링과 3D 프린팅은 틀림없이 완벽한 조합입니다.

3D 스캐닝은 예비 부품의 3D 인쇄 가능한 디지털 모델을 생성한 다음 3D 프린터로 보내 훨씬 더 빠른 시간 내에 생산합니다. 이 프로세스를 채택함으로써 공급업체와 제조업체는 유연성과 비즈니스 민첩성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

예비 부품용 3D 프린팅 채택의 과제

예비 부품에 3D 프린팅을 사용하는 것의 이점은 널리 알려져 있지만, 기술을 간소화된 공급망에 도입하는 것은 어려운 일이 아닙니다.

공정 반복성은 많은 OEM 및 공급업체의 가장 큰 관심사 중 하나입니다.

따라서 여기서 문제는 예비 부품에 대한 품질 표준을 설정하고 3D 인쇄 부품이 이러한 표준 및 산업 사양과 ​​일치하도록 하는 것입니다.

전용 소프트웨어는 표준이 충족되도록 하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 3D 인쇄용으로 개발된 제조 실행 시스템 소프트웨어는 생산 워크플로의 모든 단계를 기록하고 추적하여 공정 반복성을 보장합니다.

지적 재산권(IP) 및 저작권의 형태로 해결해야 하는 법적 장벽도 있습니다.

3D 프린팅이 제조를 디지털 기반 공급망으로 이동함에 따라 IP와 공급자가 제공한 부품 설계가 저작권으로 보호되는 방식에 대한 불확실성이 여전히 존재합니다.

예비 부품 산업에서 3D 프린팅이 널리 채택되기 전에 공급업체와 OEM은 각각 지적 재산의 보안을 설정해야 합니다.

예비 부품에 3D 프린팅을 사용하는 5가지 예

1. 항공기 예비 부품의 현지화된 주문형 3D 프린팅

주문형 3D 인쇄의 이점을 보여주기 위해 미국 제조업체인 Moog는 Microsoft, ST Engineering 및 Air New Zealand와 협력하여 항공우주 산업에서 실질적인 시연을 했습니다.

이 프로젝트를 위해 오클랜드를 출발해 로스엔젤레스 공항으로 향하는 보잉 777-300 항공기는 파손된 객실 부품 시뮬레이션을 중심으로 개념 증명을 수행했다.

순항 고도에 도달하자 승무원은 오클랜드의 유지보수 부서에 보고했습니다. Business Premier 범퍼 부품은 화면을 기본 위치로 되돌릴 때 시트가 손상되지 않도록 시트와 모니터 사이에 위치하는 부품을 교체해야 한다고 알렸습니다.

유지보수 팀은 에어뉴질랜드의 MRO 제공업체인 싱가포르 ST Engineering이 업로드한 디지털 부품 카탈로그에 액세스하여 교체 부품을 주문했습니다.

ST Engineering은 예비 부품을 로스앤젤레스에서 3D 인쇄하여 공항으로 직접 보낼 수 있는 곳을 식별했습니다.

현지화된 3D 프린팅을 통해 항공기가 착륙하기 훨씬 전에 부품을 생산할 수 있었습니다. 활주로에 도착한 지 30분 이내에 부품이 교체되었고 비행기는 오클랜드로 돌아오기 전에 예정된 세 번의 추가 여행을 완료할 수 있었습니다.

Moog에 따르면 이 예비 부품을 전통적인 방식으로 조달했다면 리드 타임이 44일이었고 매출 손실이 약 30,000달러였을 것입니다.

2. Whirlpool은 예비 부품 시스템을 최적화하기 위해 디지털 인벤토리를 구축합니다.

예비 부품 공급을 보다 효율적으로 만들기 위해 국제 가전 제품 제조업체인 Whirlpool은 디지털 재고 솔루션 제공업체인 Spare Parts 3D와 파트너 관계를 맺었습니다.

두 회사는 함께 부품 노후화 및 부족 문제를 극복하기 위해 Whirlpool의 부품 카탈로그를 디지털화하는 데 전념했습니다.

Whirlpool의 카탈로그에서 150개의 부품이 검토되었으며 이러한 각 부품에 대해 예비 부품 3D 팀은 다양한 3D 인쇄 기술과 재료를 시도했습니다.

회사가 선택한 세 가지 방법은 FDM, SLA 및 HP MJF(Multi Jet Fusion)입니다. Whirlpool 부품용으로 이러한 플랫폼에서 사용되는 재료는 ABS, ABS V0, PA12, 고무 유사 수지 및 PP 유사 수지를 포함합니다.

모든 내부 검증을 통과하는 첫 번째 부분은 MJF 시스템에서 PA12를 사용하여 만든 푸시 버튼입니다.

두 회사는 이제 3D 인쇄에 적합한 구성 요소 풀을 더욱 확장하려고 합니다. 이러한 협력의 중요한 결과 중 하나는 부품 가용성이 증가하여 고객 관리에 상당한 영향을 미친다는 것입니다.

3. Deutsche Bahn은 3D 프린팅을 사용하여 차량 가동 중지 시간을 줄이고 있습니다.

독일 철도 회사인 Deutsche Bahn은 예비 부품을 위한 3D 프린팅의 얼리 어답터였습니다. 지난 몇 년 동안 Deutsche Bahn은 3D 프린팅의 이점을 누릴 수 있는 100개 이상의 사용 사례를 확인했습니다. 대부분의 부품은 가용성과 관련이 있습니다. 즉, 조달이 어려워 몇 달 동안의 차량 가동 중지 시간이 발생할 수 있습니다.

이러한 부품의 한 예는 클래스 294 기관차용 휠셋 베어링 커버를 포함합니다. 이 모델은 1960년대와 70년대에 사용되었으며 이 커버와 같은 일부 구성 요소의 예비 부품이 없습니다.

전통적으로 Deutsche Bahn은 주조 공정을 사용하여 새 부품을 생산해야 했습니다. 그러나 이 방법은 일반적으로 최소 구매 수량이 많고 부품 배송에 몇 개월이 걸릴 수 있습니다.

AM은 이 부품을 주문형으로 더 빠르게 생성할 수 있었기 때문에 자연스러운 대안으로 등장했습니다. 이 회사는 WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing) 기술을 사용하여 베어링 커버를 3D 프린팅한 서비스 사무소로 눈을 돌렸습니다. WAAM 공정은 와이어를 원료로 사용합니다. 와이어는 노즐을 통해 공급되고 층별로 최종 공작물에 용접됩니다.

무게가 13kg인 이 부품은 단 7시간 만에 인쇄되어 Deutsche Bahn이 부품 가용성을 높이고 제조 비용을 크게 낮추는 등의 이점을 제공했습니다.

4. 음료 충전 공장용 3D 프린팅 금속 예비 부품

Jung &Co. Gerätebau GmbH는 스테인리스강 부품을 전문으로 하는 독일 기반 제조업체입니다. 이 회사는 3D 프린팅을 사용하여 주문형 예비 부품을 제조하고 있습니다. 예를 들어 음료 필러 공장을 위한 캔 필러 밸브를 들 수 있습니다.

전통적으로 제조된 캔 필러 밸브는 7개의 어셈블리와 씰 및 나사 연결로 구성됩니다. 이 밸브를 제조하는 데 필요한 주조 부품 조달을 포함하여 8주 이상이 소요됩니다.

기존에는 이 부품에 대한 교체품을 보관해 두어 고장이 났을 때 신속하게 공급할 수 있었다.

그러나 금속 3D 프린팅으로의 전환으로 Jung &Co.는 밸브 생산에 대한 접근 방식을 재고하게 되었습니다.

3D 프린팅용 밸브를 재설계하고 레이저 기반 3D 프린터에서 제조함으로써 회사는 몇 가지 이점을 얻을 수 있었습니다. 첫째, 3D 프린팅을 통해 한 번의 작업으로 전체 캔 필러 밸브를 제조할 수 있어 조립 단계가 필요하지 않았습니다. 재설계된 밸브는 원래 조립품보다 35% 더 가볍습니다.

짧은 리드 타임은 또 다른 이점입니다. 음료 충전 공장의 경우 교체 부품을 요청하고 받는 시간이 매우 중요합니다. 공장을 폐쇄해야 하는 경우 수익성이 빠르게 감소하고 생산 손실이 발생하면 시간당 약 4,000유로에서 약 30,000유로가 소요될 수 있습니다.

3D 프린팅을 사용하면 기존 방법보다 8배 빠른 1주일 만에 밸브를 생산할 수 있으므로 음료 공장의 경우 비용이 많이 드는 가동 중지 시간을 크게 줄일 수 있습니다.

마지막으로, 3D 프린팅된 캔 필러 밸브도 기존 대안보다 저렴하며 더 이상 미리 구매하여 보관할 필요가 없습니다.

5. Porsche:클래식 자동차용 3D 프린팅 예비 부품

Porsche Classic 사업부는 빈티지 및 단종 모델용 부품을 공급하고 3D 프린팅을 사용하여 구형 차량을 위한 희귀한 소량 예비 부품을 생산하고 있습니다.

이러한 부품 중 많은 부분이 더 이상 생산되지 않으며 이를 제조하는 데 필요한 도구가 없거나 상태가 좋지 않습니다. 전통적인 방법으로 새로운 도구 보조 도구를 제조하는 것은 특히 문제의 소량을 고려할 때 본질적으로 비용이 많이 듭니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Porsche Classic은 주문형으로 이러한 부품(금속 및 플라스틱)을 3D 프린팅하기 시작했습니다.

장점은 추가 도구 없이 필요할 때만 부품을 만들 수 있다는 것입니다. 따라서 Porsche는 기존 방법을 사용하여 이러한 예비 부품을 만드는 것과 관련된 도구 및 보관 비용을 절약할 수 있습니다.

거의 주문되지 않거나 생산이 중단되는 3D 프린팅 부품은 자동차 공급망 내에서 증가하는 추세입니다. Mercedes-Benz Trucks, Volkswagen 및 BMW도 비용을 절감하고 운영 효율성을 높이며 재고를 최적화하기 위해 이 애플리케이션에 3D 프린팅을 도입하고 있습니다.

아웃소싱 또는 사내 3D 프린팅 예비 부품?

제조업체에서 사내 AM 시스템을 점점 더 많이 채택함에 따라 많은 사람들이 예비 부품을 조달하기보다는 사내 AM 시설 구축을 고려하기를 원할 수 있습니다. 그러나 이러한 전략을 구현할지 여부를 고려할 때 제조업체는 3D 프린팅 구현을 위한 생산량, 예산 및 일정과 같은 여러 요소를 고려해야 합니다.

소량의 예비 부품만 생산해야 하는 경우 기업은 반드시 3D 프린터에 투자할 필요가 없습니다. 3D 프린팅 사무소의 수가 증가함에 따라 제조업체는 예비 부품을 외부에서 쉽게 3D 프린팅할 수 있습니다.

일반적으로 예비 부품을 아웃소싱할지 사내에서 생산할지 여부는 회사에서 AM을 워크플로에 통합하려는 정도에 따라 크게 달라집니다.

예비 부품용 3D 프린팅을 귀사에 통합

단, 사내 예비 부품 생산을 위해 3D 프린팅을 채택할 때 여정을 더 원활하게 만들기 위해 따라야 할 몇 가지 팁이 있습니다.

회사는 작게 시작해야 3D 프린팅이 공급망의 문제를 즉시 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이를 위해서는 어떤 예비 부품이 3D로 인쇄될 수 있고 또 그래야 하는지를 식별하기 위해 기술적인 인쇄 가능성과 경제적 실행 가능성을 평가해야 합니다.

이 평가는 크기, 재료 및 복잡성과 같은 기술적 세부 사항을 기반으로 해야 합니다. 일반적으로 복잡한 구조의 작은 부품을 3D로 인쇄하는 것이 합리적이지만 큰 구성 요소를 인쇄할 수 있는 가능성이 확대되고 있습니다.

특정 부품을 사용할 수 없는 경우 다운타임 비용과 같은 경제적인 이유도 고려해야 합니다.

소규모 프로젝트에서 시작하여 3D 프린팅을 공급망 프로세스에 추가로 통합하기 위한 런치패드 역할을 할 것입니다.

예비 부품의 완전한 통합을 위한 디지털 공급 네트워크 구축 및 로드맵 개발 3D 프린팅은 공급망에서 3D 프린팅의 이점을 확장하고 극대화하는 데 도움이 되는 다음 단계가 될 것입니다.

공급망 유연성 향상

예비 부품 3D 프린팅은 제조업체와 공급업체 모두에게 새로운 비즈니스 모델을 제공하고 있습니다. 예비 부품을 재고에 보관하는 대신 인쇄하면 비용을 절감하고 부품 가용성을 개선하며 현지 생산을 통해 공급망에 대한 회사의 의존도를 최소화할 수 있습니다.

그러나 예비 부품 3D 프린팅의 이점을 최대한 활용하려면 기업에서 디지털 인벤토리와 같은 올바른 접근 방식과 도구를 채택해야 합니다. 이는 새로운 비즈니스 모델로의 전환을 보다 쉽게 ​​만들고 보다 유연하고 수요 중심적인 공급망의 문을 여는 데 도움이 될 것입니다.