하드웨어, 재료 및 소프트웨어:3D 프린팅 성공의 3가지 요소

성공적인 적층 제조 작업의 비결은 무엇입니까?

적층 제조가 최종 부품 생산으로 이동함에 따라 많은 업계 이해 관계자가 제기하는 질문입니다. 3D 프린팅이 특히 지난 10년 동안 많은 발전을 이루었지만 해결해야 할 핵심 과제가 남아 있습니다.

3D 프린팅 성공의 3가지 기둥

성공적인 AM 운영의 열쇠는 3가지 중요한 영역에 있습니다.

1. 하드웨어
2. 자료
3. 소프트웨어

이러한 요소는 우리가 산업용 3D 프린팅의 3가지 기둥이라고 부르는 것을 구성합니다. 이 기술이 최종 부품 생산으로 이동하는 것은 이러한 각 영역의 지속적인 발전에 달려 있기 때문입니다.

그러면 각 영역에서 직면한 도전과제와 이를 해결하기 위해 취하는 단계를 살펴보겠습니다.

핵심 #1:하드웨어

의심할 여지 없이 오늘날의 산업용 3D 프린터는 1980년대의 초기 시스템과는 거리가 멀다. 더 빠르고 안정적이 되었으며 제조업체는 생산을 염두에 두고 산업용 3D 프린터를 개발하고 있습니다.

정확도 및 반복성

그러나 적층 제조가 최종 부품 생산을 위해 진정으로 실행 가능하게 하려면 100% 공정 반복성과 정확성을 보장하도록 기계를 개발하는 것이 중요합니다.

적층 가공과 관련하여 최종 부품은 동일한 부품 속성을 유지하기 위해 동일한 매개변수로 생산되어야 합니다. 이에 대한 세 가지 핵심 요소는 다음과 같습니다.

그러나 안정성과 정확성은 하드웨어 제조업체의 지속적인 과제로 남아 있습니다. 현재로서는 많은 산업용 3D 프린터가 특히 금속의 경우 100% 신뢰할 수 있는 부품을 생성할 수 있을 정도로 미세 조정되지 않습니다. 기존의 기존 방법과 비교할 때 이것은 AM이 가치 있는 대안을 제시하기 위해 해결해야 할 문제 영역입니다.

또한 3D 프린팅 프로세스는 종종 다른 속성을 가진 부품을 생성합니다. 이 문제는 주로 엄격하게 제어하고 모니터링해야 하는 수많은 공정 매개변수에 기인할 수 있습니다. 이러한 복잡성을 처리하는 한 가지 방법은 최종 부품 생산의 품질과 반복성을 보장하는 폐쇄 루프 피드백 제어 시스템을 개발하는 것입니다.

Velo3D는 이러한 폐쇄 루프 시스템을 3D 프린터에 통합한 회사입니다. 미국에 기반을 둔 이 제조업체는 통합된 현장 공정 계측 덕분에 부품 간 일관성이 월등하다고 알려진 금속 분말 베드 사파이어 기계를 최근 출시했습니다. 이것은 폐쇄 루프 용융 풀 제어를 가능하게 하여 변형 가능성과 부품 간의 변동성을 줄입니다.

속도 및 확장성

인쇄 속도 및 확장성과 관련된 문제는 3D 인쇄 시스템의 대량 생산 가능성을 제한합니다. 그러나 여기에서도 하드웨어 제조업체는 이 문제를 극복하기 위해 노력하고 있습니다. HP를 예로 들어 보겠습니다. 제조업체는 플라스틱 부품의 AM 생산을 확대하기 위해 작년에 Multi Jet Fusion 시스템을 출시했습니다. 현재까지 MJF 기계로 약 350만 개의 부품이 생산되었으며 그 중 절반은 최종 사용 용도로 사용되었습니다.

HP는 또한 최근 금속용 최종 부품 생산에 들어갈 계획을 발표했습니다. 올해 초 Metal Jet 기계를 선보였습니다. 이 기계는 유사한 금속 바인더 분사 및 SLM 기계보다 최대 50배 더 ​​높은 생산성을 약속합니다. 그리고 인증 표준을 충족하기 위해 이 시스템은 ASTM 국제 표준과 일치하는 스테인리스 스틸 부품을 생산할 수 있다고 합니다.

기둥 #2:재료

소재는 산업용 3D 프린팅의 두 번째 기둥을 구성합니다. 다시 말하지만, 금속, 폴리머 및 세라믹에 이르는 AM 호환 재료의 범위와 함께 이 영역에서 이미 많은 발전이 이루어졌습니다. 그러나 비용 및 표준화와 관련된 주요 과제는 여전히 극복해야 합니다.

높은 비용

적층 제조가 기존 제조 방법과 비교할 때 비용 경쟁력을 유지하도록 해야 할 필요성이 매우 중요합니다. 그러나 높은 재료 비용은 제조업체가 직면한 주요 과제 중 하나입니다.

여기서 가장 필요한 것은 아마도 더 큰 협업입니다. Ultimaker는 이것의 한 예입니다. 오픈 소스 데스크탑 3D 프린터 제조업체가 여러 글로벌 재료 회사와의 협력을 발표했습니다.

최근 AMFG와의 인터뷰에서 Ultimaker 북미 사장 John Kawola는 비용 절감을 위해 더 많은 경쟁이 필요하다고 거듭 강조합니다. 사출 성형의 경우 파운드당 3달러인 반면 대략 파운드당 약 $50입니다. 그것은 규모의 순서입니다. 그러나 시간이 지남에 따라 더 많은 경쟁, 더 많은 개발 및 생산에 대한 관심이 높아지면서 그 격차가 줄어들기 시작할 것입니다.”

표준화

또 다른 문제는 3D 프린팅에 대한 표준이 없다는 것입니다. 이와 관련하여 AM 관련 재료의 현재 포트폴리오가 있습니다. 플라스틱은 비교적 잘 확립되어 있지만 업계는 특히 금속과 세라믹에서 더 큰 재료 다양성을 기다리고 있습니다. 예를 들어, 금속에 대한 많은 합금 등급은 사용할 수 없거나 적층 제조용으로 아직 개발되지 않았습니다. 다양한 산업 요구 사항에 맞게 조정된 AM 재료의 포트폴리오를 확장하면 궁극적으로 산업 전반에 걸쳐 더 넓은 범위의 적용이 가능해질 것입니다.

표준 개발 기관인 ASTM International은 이 문제를 해결하기 위해 노력하는 여러 기관 중 하나입니다. 이 조직은 다른 이니셔티브 중에서 금속 분말에 대한 표준 개발에 중점을 두고 적층 제조 우수 센터(Additive Manufacturing Center of Excellence)를 시작하기 위해 여러 주요 업계 관계자와 협력했습니다.

AM 영역에 진입하는 재료 회사의 증가는 재료 다양성의 문제도 해결하고 있습니다. 이 새로운 플레이어는 특히 고성능 열가소성 수지 및 경량 금속과 관련하여 새로운 재료 제품과 함께 제공됩니다.

기둥 #3:소프트웨어

마지막으로 중요한 것은 3D 프린팅의 세 번째 기둥인 소프트웨어입니다. 회사에서 필요한 부품을 생산하기 위해 3D 프린터와 재료를 보유하고 있을 수 있습니다. 하지만 생산 프로세스 관리가 능률적이고 효율적이라는 것을 어떻게 보장할 수 있습니까? 시설, 부서 및 팀 전반에 걸쳐 완전한 가시성을 보장하는 방법은 무엇입니까?

워크플로 관리

여기서 소프트웨어가 등장합니다. 실제로, 디지털 기술로서 3D 프린팅은 생산 프로세스의 각 요소를 구동하기 위해 소프트웨어에 크게 의존합니다.

OEM 및 서비스 부서의 주요 과제 중 하나는 적층 생산에 필요한 특정 요구 사항을 처리할 수 있는 적절한 소프트웨어 시스템이 없다는 것입니다. AM 생산에는 절삭 가공(CAD 설계, 분석 등)에 필요하지 않은 단계가 포함되기 때문에 표준 PLM 또는 ERP 시스템은 요청, CAD 작업 및 기타 필요한 활동을 처리하기에 충분하지 않습니다. 그대로, 대다수의 회사는 궁극적으로 서로 통신하지 않는 서로 다른 기능을 위해 구축된 별도의 소프트웨어 패키지를 사용하는 데 어려움을 겪고 있습니다. 이는 효율성과 가시성 모두에 부정적인 영향을 미칩니다.

다행히도 워크플로 관리 소프트웨어의 주요 발전으로 이 분야에서 엄청난 발전이 이루어지고 있습니다. 가장 기본적인 기능에서 이러한 소프트웨어는 수신 요청 관리와 같은 수동 클라이언트 대면 작업을 자동화하는 데 도움이 됩니다. 그러나 AMFG와 같은 소프트웨어를 최대한 활용하면 빌드 준비 및 기계 일정과 같은 생산 작업을 자동화하고 실시간 생산 지표와 통찰력을 제공할 수도 있습니다.

작업 흐름 관리 외에도 시뮬레이션 소프트웨어는 업계가 직면한 현재의 많은 문제를 해결하는 데도 도움이 됩니다. 예를 들어 시뮬레이션을 통해 3D 프린팅 프로세스를 예측하고 분석하면 모든 매개변수가 처음부터 정확한지 확인함으로써 비용이 많이 드는 시행착오 접근 방식을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

기계 제어

아마도 가장 큰 문제 영역 중 하나는 생산 시설의 AM 기계로 직접 스트리밍하고 통신하는 기능에 있을 것입니다. 이것의 이점은 명백합니다. 기계를 원격으로 제어하고 실시간으로 용량을 평가할 수 있다는 것입니다. 그러나 대다수의 기계는 직접 통신을 염두에 두고 개발되지 않았습니다. 3D 프린팅이 최종 부품 생산을 위한 방법이 되려면 하드웨어 제조업체가 소프트웨어 개발자와 협력하여 기계가 이러한 통합에 개방되어 있는지 확인해야 합니다.

3D 프린팅의 과제 극복

지난 10년 동안 적층 제조는 하드웨어, 재료 및 소프트웨어 혁신 전반에 걸쳐 주요 이정표에 도달했습니다. 그러나 3D 프린팅을 제조 방식으로 확립하는 열쇠는 하나의 성공이 아니라 세 기둥 모두의 성공에 있습니다.

생산을 위해 개발된 새로운 AM 시스템 및 재료 협업 발표와 함께 하드웨어 및 재료 측면에서 이미 이를 확인하고 있습니다. 소프트웨어 측면에서 AMFG는 적층 생산을 위해 프로젝트 및 생산 관리가 자동화되도록 하기 위해 노력하고 있습니다.

분명히 남아 있는 것은 업계가 진정한 솔루션을 개발하기 위해 더 긴밀하게 협력해야 한다는 것입니다. 생산을 향한 기술의 전환. 전반적인 문제를 극복하는 데 집중해야만 업계가 주류 채택을 향한 지속적인 성장 경로를 계속 유지할 수 있습니다.