소프트웨어로 해결할 수 있는 4가지 적층 제조 과제

적층 가공을 도입할 때 대부분의 기업은 단순히 기계를 구입하고 즉시 부품을 생산하는 경우가 아님을 알게 됩니다.

3D 프린팅의 모든 이점에 대해 기술을 성공적으로 구현한다는 것은 여러 요소를 고려한다는 것을 의미합니다. 어떤 디자인 도구가 사용될 것인가? 원활한 워크플로 관리 프로세스를 어떻게 보장할 것인가? 보안은 어떻습니까?

래피드 프로토타이핑 이상의 목적으로 3D 프린팅을 채택하려는 기업에서는 이러한 모든 질문에 대한 답을 찾기가 어려울 수 있습니다. 다행히 AM 워크플로의 다양한 단계에서 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 되는 소프트웨어 솔루션이 등장했습니다. 이러한 솔루션을 통해 3D 프린팅은 한계를 넘어 진정한 디지털 제조 기술이 될 수 있습니다.

아래에서는 많은 기업이 처음 AM을 구현할 때 직면하는 4가지 핵심 과제를 해결하는 데 다양한 소프트웨어가 현재 어떻게 도움이 되는지 살펴봅니다.

1. 첨가제 설계

적층 제조는 산업 디자인으로 가능한 것의 한계를 확장하고 있습니다. 3D 프린팅 기술과 결합할 때 토폴로지 최적화 및 생성 설계 소프트웨어와 같은 고급 설계 도구는 기존 설계 한계를 극복하는 데 도움이 되어 격자 구조 및 부품 통합과 같은 새로운 가능성을 전면에 제시합니다.

하지만 적층을 위한 설계는 많은 엔지니어에게 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다.

그 이유 중 하나는 AM을 위한 디자인을 전통적인 제조의 렌즈로 보는 경향이 있기 때문입니다. 그러나 각각의 요구 사항이 크게 다르기 때문에 적층 제조에 기존 설계 접근 방식을 단순히 적용하는 것은 효과가 없습니다.

AM을 위해 설계할 때 몇 가지만 들자면 지지 구조(몇 개? 어디에 위치해야 합니까?) 및 부품 방향을 포함하여 많은 고려 사항을 고려해야 합니다. 이러한 요소 및 기타 디자인 요소에서 발생하는 문제는 생산 및 사후 처리 단계에서 더 많은 비효율을 초래할 수 있습니다.

지지 구조를 예로 들어 보겠습니다. 지지대는 부품 내에서 왜곡 및 붕괴와 같은 문제를 방지하는 데 사용됩니다. 특히 금속 3D 프린팅에서 지지대는 거의 항상 설계 프로세스에 필수적인 추가 요소입니다.

AM용으로 설계할 때 지지 구조의 수를 최소화하는 것이 유용합니다. 이렇게 하면 인쇄 및 후처리 시간은 물론 사용되는 재료의 양을 줄이는 데 도움이 되기 때문입니다. 지지대의 양을 줄이는 방법 중 하나는 가능한 한 적은 지지대가 필요하도록 부품을 재설계하는 것입니다. 그러나 지지대를 제거하거나 제품 자체에 통합하기 위해 부품을 재설계하는 것은 수동으로 수행할 경우 매우 시간 소모적인 프로세스가 될 수 있습니다.

프로세스를 좀 더 쉽게 만들기 위해 Autodesk, Additive Works 및 Materialise와 같은 솔루션은 소프트웨어를 사용하여 지원 생성을 자동화하는 방법을 제공하고 있습니다.

예를 들어 Materialise의 e- Stage for Metal 소프트웨어는 금속 부품에 대한 지지 구조를 자동으로 생성할 수 있습니다. 회사에 따르면 설계자는 지지대 생성 시간을 90% 단축할 수 있습니다. 결과 지지대는 얇고 제거하기 쉬우며 보고에 따르면 금속 지지대 제거에 소요되는 시간을 50%까지 줄일 수 있습니다.

올바른 부품 방향을 찾는 것은 설계 및 제작 준비 과정에서 직면하는 또 다른 일반적인 문제입니다.

부품의 올바른 방향과 배열(빌드 플랫폼에서 부품을 최적으로 배열)은 최상의 인쇄 시간, 표면 품질 및 재료 소비의 조합을 달성하는 데 도움이 되는 이점이 있습니다.

인쇄용 인쇄 빌드('빌드 준비'라고도 함)를 준비하는 작업을 돕기 위해 개발된 소프트웨어 솔루션도 등장하기 시작했습니다.

빌드 준비 도구 사용자가 3D 디자인을 최적화하여 인쇄를 준비할 수 있습니다. 엔지니어는 빌드 준비 도구를 사용하여 빌드 플레이트에서 최적의 부품 방향과 위치를 설정하고, 인쇄 매개변수를 설정하고, 인쇄 전에 설계 문제를 식별할 수 있습니다.

위에 언급된 회사는 설계 및 CAD 제품의 일부로 빌드 준비 기능을 제공합니다. 그 외에도 런던에 기반을 둔 스타트업 베타타입(Betatype)의 새로운 사례가 있습니다. 이 회사는 금속 3D 인쇄를 위한 인쇄 준비 프로세스를 최적화하기 위해 자체 접근 방식을 개발했습니다. 회사의 데이터 처리 플랫폼인 엔진은 다양한 최적화 알고리즘을 사용하여 회사에서 인쇄 시간을 줄이고 기계 사용을 극대화하는 데 사용합니다.

Betatype의 최근 사례 연구에서는 정형외과 임플란트 생산을 위한 최적화 모델을 엿볼 수 있습니다.

가장 흥미로운 접근 방식 중 하나는 특수 격자 노드 지지대를 사용하여 수많은 임플란트를 함께 쌓는 것이었습니다. 이 접근 방식을 통해 회사는 3D 프린터의 전체 빌드 공간을 최대한 활용할 수 있었습니다. 또한 샌드블라스팅 기술을 사용하여 지지대를 제거할 수 있으므로 수동으로 지지물을 제거할 필요가 없습니다.

단일 빌드에서 더 많은 부품을 3D 프린팅하고 후처리의 필요성을 줄이는 것이 성공적인 공식으로, 더 빠른 기계 상각을 달성하면서 금속 3D 프린팅을 위한 부품당 비용. etatype의 예는 강력한 소프트웨어의 도움으로 이것이 어떻게 달성될 수 있는지 보여줍니다.

적층 가공을 위한 설계 최적화 프로세스는 상당히 까다로울 수 있습니다. 그러나 현대적인 설계 및 제작 준비 소프트웨어를 통해 설계자와 엔지니어는 일관되고 비용 효율적인 생산을 달성하는 데 도움이 되는 최적의 설계, 방향 및 지원 전략을 찾을 수 있습니다.

2.금속 3D 프린팅의 시행착오

금속 3D 프린팅은 빠르게 진화하고 있지만, 금속 부품을 성공적으로 3D 프린팅하기 위해서는 기술이 여전히 상당한 시행착오를 필요로 합니다. 생산이 가능하려면 금속 AM 공정이 예측 가능하고 반복 가능해야 합니다. 그러나 여전히 실패율이 상당히 높은 것이 현실입니다.

금속 3D 프린팅의 경우 재료 품질, 레이어 두께, 레이저 또는 빔 출력 및 가스 흐름을 포함하여 부품 품질에 영향을 줄 수 있는 여러 변수가 있습니다.

일반적으로 엔지니어는 인쇄 프로세스를 성공적으로 완료할 수 있는 올바른 조합을 찾기 위해 다양한 인쇄 매개변수를 시도해야 합니다. 그러나 이것은 성공적인 3D 프린팅 금속 부품을 처음으로 달성하기 어렵게 만들고 많은 시간과 비용이 드는 시도로 이어집니다.

시뮬레이션 소프트웨어는 금속 부품을 3D 프린팅할 때 성공 가능성을 높이는 한 가지 방법입니다. 시뮬레이션을 사용하여 다양한 조건에서 부품의 동작을 모델링할 수 있습니다. 그러나 금속 3D 프린팅을 통해 제조 공정 자체에 대한 통찰력을 제공하기 위해 시뮬레이션이 점점 더 많이 사용되고 있습니다.

ANSYS를 예로 들어 보겠습니다. 엔지니어링 소프트웨어 회사는 엔지니어가 성공적인 3D 인쇄 금속 부품을 얻을 수 있도록 지원하기 위해 다양한 시뮬레이션 및 설계 도구를 제공합니다. 이 제품의 Additive Suite 제품을 통해 사용자는 프린팅 프로세스가 시작되기 전에 부품의 동작과 미세 구조 속성을 분석할 수 있습니다.

“적층 제조가 도래하면서 시뮬레이션할 필요만 있는 것이 아님을 알게 되었습니다. 제품 및 사용 방법뿐 아니라 적층 제조 공정의 특성으로 인해 공정 자체를 시뮬레이션합니다. 여기에는 부품 왜곡, 잠재적인 골절 및 균열과 같은 사항을 살펴보는 것이 포함됩니다.”라고 ANSYS의 Dave Conover는 말합니다.

인쇄 프로세스를 시뮬레이션하면 회사에서 빌드 프로세스의 여러 단계를 살펴보고 모델을 빌드할 수 있습니다. 예를 들어, 그러한 모델은 재료가 기계에서 어떻게 가열, 용융 및 응고되는지를 캡처할 수 있습니다. 그런 다음 시뮬레이션 소프트웨어에서 생성된 이 정보를 사용하여 재료의 구조, 다공성, 왜곡 및 잔류 응력을 예측할 수 있으므로 엔지니어는 잠재적인 문제를 방지하기 위해 공정 매개변수를 미세 조정할 수 있습니다.

소프트웨어 회사인 Simufact는 가상 엔지니어링을 적용하여 후드 힌지 제조 중 시험 단계 수를 줄이는 방법을 시연했습니다. EDAG 및 voestalpine과의 협업 프로젝트에서 Simufact의 소프트웨어는 생산 전에 인쇄된 구성요소의 왜곡 및 잔류 응력을 시뮬레이션하는 데 사용되었습니다.

엔지니어는 시뮬레이션을 활용하여 빌드 프로세스를 가상으로 실행하고 빌드 프로세스를 볼 수 있었습니다. 부품의 사실적인 변형 거동. 결과 시뮬레이션 데이터를 통해 엔지니어는 시행착오 인쇄를 통해 시간과 재료를 낭비하지 않고 힌지의 왜곡을 보정하는 방법에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있었습니다.

3. 워크플로 관리

서비스 사무소로서 고객을 위한 3D 프린팅 부품이든, 사내 3D 프린팅을 사용하는 회사이든, 생산 워크플로를 구성하고 관리하는 것은 매우 중요합니다. 그러나 많은 기업이 비효율적인 도구를 사용하여 요청 관리, 생산 계획 및 일정 수립, 부품 추적, 배송 일정 관리와 같은 중요한 작업을 처리하고 있습니다.

일부는 CAD, PLM 및 ERP를 포함한 여러 소프트웨어 솔루션을 함께 사용하는 반면, 다른 일부는 Trello 또는 간단한 Excel과 같은 일반 프로젝트 관리 도구에 의존합니다. 어떤 시스템을 선택하든 모두 필연적으로 수많은 일상적인 문제로 이어질 것입니다.

예를 들어, 생산 관리자는 스프레드시트를 사용할 때 생산 상태에 대한 실시간 통찰력을 얻는 능력이 제한적입니다. 마찬가지로, 다른 소프트웨어 도구를 사용하면 데이터를 수동으로 다시 입력해야 하고 많은 시간이 소모됩니다.

적절한 엔드 투 엔드 워크플로 시스템이 없으면 기업은 성과를 측정하는 데 어려움을 겪을 것입니다. , 예상 배송 날짜 및 가장 중요한 것은 규모입니다. 이는 생산 능력이 증가하면 이러한 성장을 지원하기 위한 올바른 소프트웨어 아키텍처의 필요성도 커지기 때문에 특히 중요한 점입니다.

워크플로 관리의 이러한 문제점을 완화하려면 적층 제조의 특정 요구 사항에 맞게 조정된 워크플로 소프트웨어를 고려해야 합니다. 효율적인 종단 간 워크플로 플랫폼은 주문 배치에서 생산 후 확인까지의 단계를 간소화하여 회사에 적층 제조 워크플로에 대한 완전한 가시성을 제공합니다.

대표적인 사례가 Bowman Additive Production입니다. 베어링 제조업체인 Bowman International의 AM 사업부에서는 AM 워크플로 소프트웨어를 사용하여 3D 인쇄 베어링 생산 프로세스의 각 단계를 관리하고 있습니다.

예를 들어, Bowman 팀은 과거와 같이 이메일을 통해서만 요청을 받는 것과 달리 소프트웨어 플랫폼을 통해 직접 요청을 자동으로 받을 수 있습니다. 또한 회사는 소프트웨어를 사용하여 부품을 빌드에 할당하고 각 빌드의 상태를 확인하여 기계의 작업 부하와 가용성을 추적합니다.

지속적으로 증가하는 생산 능력과 함께 Bowman은 워크플로 자동화 소프트웨어를 채택하여 생산 프로세스를 크게 간소화하여 더 높은 수준의 효율성과 처리량을 달성할 수 있었습니다.

4. 데이터 보안 보장

더 많은 기업이 생산을 위해 적층 제조를 채택함에 따라 IP를 보호하고 AM 디지털 스레드를 보호하는 것이 그 어느 때보다 중요해졌습니다.

3D 프린팅을 통해 기업은 부품의 디지털 설계를 통해 가상 재고를 유지 관리할 수 있으며 이 부품은 전 세계 모든 시설로 보내져 현장 및 필요한 시점에 제조될 수 있습니다. 그렇게 함으로써 기업은 재고를 줄이고 스토리지 비용을 절감할 수 있습니다.

그러나 적층 제조의 완전 디지털 에코시스템은 사이버 보안 문제를 야기합니다.

디지털 파일에는 구성 요소가 어떻게 설계되고 생산되어야 하는지에 대한 귀중한 데이터가 들어 있습니다. 이러한 파일이 디지털 방식으로 배포되면 데이터의 도난이나 변조를 방지하는 것이 어려워집니다. 이는 제품의 불법 재배포 및 복제로 이어져 궁극적으로 회사 지적 재산의 무결성에 영향을 미칠 수 있습니다.

이러한 긴급한 문제를 해결하기 위해 AM 전용 보안 소프트웨어 솔루션이 개발되고 있습니다. 예를 들어, LEO Lane은 디지털 자산을 보호하기 위한 클라우드 기반 솔루션을 제공하는 회사입니다.

디자인 파일을 암호화하여 승인 없이 디자인에 접근할 수 없습니다. IP 소유자는 암호화된 파일에 지침을 작성하여 생산될 때마다 부품 및 제품의 품질과 수량을 제어할 수도 있습니다.

이 작업은 디자인을 인쇄할 기계 유형, 재료 유형 및 허용되는 인쇄 매수를 지정하여 이루어집니다. 따라서 파일을 받는 당사자가 인쇄하지 않도록 합니다. 원하는 만큼 분할하십시오.

AM 소프트웨어:프로덕션 성공의 핵심 요소

지금까지 살펴본 바와 같이 3D 프린팅 기술을 도입할 때 소프트웨어는 하드웨어나 재료만큼 중요한 고려 사항입니다.

기업이 적층 제조를 성공적으로 활용하려면 해당 기술이 반복 가능하고 안전하며 사용하기 쉬운 것으로 입증되어야 합니다. 이것이 바로 AM 소프트웨어가 올바른 솔루션이 될 수 있는 과제입니다.

새로운 설계 도구에서 능률적이고 안전한 워크플로에 이르기까지 소프트웨어는 기업이 적층 제조가 제공하는 방대한 기회를 활용할 수 있도록 강력한 AM 시설을 구축하는 데 중요한 역할을 합니다.