전문가 인터뷰:Oerlikon의 AM 수석 엔지니어, Matthew Donovan, 항공우주 분야 3D 프린팅에 대해

글로벌 기술 및 엔지니어링 그룹인 Oerlikon은 항공우주 및 방위 산업을 포함하여 가장 안전이 중요한 일부 산업에 서비스를 제공합니다. . 올해 초 미국에 5,500만 달러 규모의 혁신 허브 및 고급 부품 생산 시설을 설립하면서 적층 제조가 제품의 핵심 부분이 되었습니다.

이번 주 전문가 인터뷰에서는 Oerlikon의 적층 제조 수석 엔지니어인 Matthew Donovan과 함께 엔드 투 엔드 AM 생산 시설을 지속적으로 개발하여 표준이 산업의 미래에 중요한 이유와 그 이유를 살펴보십시오.

Oerlikon에 대해 말씀해 주시겠습니까?

Oerlikon은 표면 솔루션 및 인조 섬유 부문 모두에서 글로벌 기업이자 제조 리더입니다. 표면 솔루션 부문의 일부인 Oerlikon AM은 금속 분말에서 프로토타입 및 시리즈 생산에 이르기까지 적층 제조 솔루션을 제공합니다.

적층 제조에 처음 참여하게 된 계기는 무엇입니까?

내 배경은 항공 우주입니다. Oerlikon에 오기 전에 저는 지난 20년 동안 주로 가스터빈 엔진, 고온 섹션 구성 요소 및 연소 섹션 구성 요소에서 일했습니다.

저는 주로 항공우주 가스터빈 엔진뿐 아니라 산업용 가스터빈 및 연료전지 개질기용 연료 공급 시스템에 대한 배경 지식이 있습니다. 또한 NASA 및 다른 회사와 다양한 R&D 작업을 수행했습니다. 그래서 저는 매우 까다로운 환경에서 고강도, 고온 재료로 작업한 경험이 있습니다.

저는 제조 엔지니어로 시작하여 부품 제조 및 제작 방법을 배우고 동일한 구성 요소에 대한 현장 조사를 수행하는 품질 엔지니어로서의 시간.

저는 2006년에 첨단 제조 분야에서 일하기 시작했습니다. 저는 기존 제조 방식으로는 만들 수 없는 까다로운 형상과 구성 요소를 만나기 시작했습니다.

그 시점에서 저는 Morris Technologies와 함께 금속 3D 인쇄 부품에 대해 작업하고 있었습니다. 우리는 적층 제조를 사용하여 연료 분사기용 부품 개발을 시작했습니다.

수년에 걸쳐 적층 제조를 사용하여 몇 가지 부품을 개발했습니다. 저는 United Technologies에서 일하면서 주로 비행 인증 하드웨어에 중점을 두고 AM 기술을 개발하고 구현하는 데 전체 기업을 지원했습니다.

이러한 구성 요소를 구현하기 위해 작업하면서 내가 발견한 주요 격차 중 하나는 부품을 만드는 방법과 부품을 인증하는 방법에 대한 표준이 완전히 부족하다는 것이었습니다.

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항공우주와 관련된 비용의 대부분은 반드시 구성 요소 자체가 아니라 인증입니다. 우리는 우리가 만드는 모든 구성 요소에 대해 완전한 추적성을 제공해야 합니다. 이를 수행하고 첨가제를 위해 이를 구현하는 방법에 대한 표준을 개발하는 것은 상당히 어려운 일이었습니다.

저는 2009년 즈음에 ASTM F42로 AM 표준 작업을 시작했습니다. 몇 가지 표준 초안을 작성하는 데 도움을 주었고 이후 몇 개의 위원회에서 일했습니다. 나는 ISO/TC 261 및 ASTM F42와 함께 레이저, ISO ASTM 52911, 금속 분말 베드 융합을 위한 설계 가이드를 공동 저술했습니다.

United Technologies와 협력하고 많은 재능 있는 사람들과 협력하고 수많은 훌륭한 리소스에 액세스함으로써 우리는 다양한 혁신을 제안하고 AM을 위한 일부 최첨단 제품을 개발할 수 있었습니다. 금속 분말 침대.

Oerlikon에서 귀하의 역할은 무엇입니까?

저는 2017년 Oerlikon에서 시작했으며 현재 제 역할은 AM의 수석 엔지니어입니다. 내 역할은 생산 준비가 된 AM 금속 기술의 구현 및 개발에 크게 중점을 두었습니다.

서피스 솔루션 그룹의 스타트업 부서로 시작했습니다. 우리는 노스캐롤라이나 주 헌터스빌에 새 시설을 건설했으며 이곳은 입주한 지 1년도 채 되지 않았습니다.

현재 18개의 금속 분말 베드 시스템을 운영하는 120,000제곱피트 규모의 시설입니다. 현장에는 HIP(Hot Isostatic Pressing) 및 진공로 기능은 물론 후처리, 분말 처리 및 검사 기능이 있습니다.

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목표는 이 시설을 공급망의 모든 측면을 제어하는 ​​진정한 종단 간 AM 생산 워크플로로 설정하여 고객에게 추적성을 제공할 수 있도록 하는 것이었습니다.

내 역할은 주로 기계 인증이었습니다. 저는 기계 OEM과 긴밀하게 협력하여 당사 기계의 설치 및 적격성 평가를 수행한 다음 서로 다른 기계의 구성 요소에 대한 기능 및 교차 기능에 대해 인증을 받습니다.

그러면 AM 구성요소의 기하 공차와 우리 기계 간의 차이점을 생성하기 위한 개별 기계의 기계 기능, 공차 및 정밀도를 이해한 다음 이를 조정할 수 있습니다. 여러 기계에 걸쳐 동일한 제품.

표준화는 특히 항공우주와 같은 산업에서 정말 큰 화두였습니다. 업계에 종사하는 동안 상황이 어떻게 발전했으며 AM 표준화의 현재 상태는 무엇입니까?

아주 좋은 발전이 있었습니다.

우리는 특히 항공우주 분야뿐 아니라 의료, 원자력 및 에너지와 같은 기타 안전이 중요한 분야에서도 표준이 필요합니다. 표준의 핵심은 모든 사람이 동일한 언어를 사용하고 제품의 기능을 이해할 수 있도록 한다는 것입니다.

표준이 없었기 때문에 모든 사람들이 효과적으로 부품을 만들고 작업을 수행하는 데 종종 매우 유사한 방식으로 작업을 수행했지만 동일한 방식은 아니었습니다. 그들은 같은 언어를 사용하지 않았습니다. 사람들이 동일한 프로세스를 의미하기 위해 다른 용어를 언급하거나 동일한 용어를 언급하고 근본적으로 다른 프로세스를 의미하는 것은 매우 일반적입니다.

표준을 개발하면 전반적으로 동일한 언어로 이야기하고 자격 빌드, 공급원료 또는 기계 자격 수준을 언급할 때 의미하는 바를 이해할 수 있습니다.

항공우주 분야에서 부품을 인증할 수 있는 표준이 없는 경우 또는 일반적으로 제작 중인 부품, 기계적 특성, 성능 및 허용 오차를 식별하고 원래의 로트까지 추적할 수 있고 내부에 들어간 원소의 화학적 조성까지 추적할 수 있다면 항공 우주 플랫폼에 올릴 수 없습니다.

우리는 믿을 수 없을 정도로 복잡한 형상을 만들고 다른 방법으로는 물리적으로 불가능한 AM으로 부품을 만들 수 있습니다. AM을 통해 부품을 만들어 무게, 시간, 재료 및 비용을 많이 절약할 수 있습니다.

AM이 우리에게 제공하는 디자인과 제조의 자유는 분명합니다. 하지만 단점은 파트를 만들 수 있으면 좋겠지만 좋은 파트라는 걸 증명하지 못하면 아무 소용이 없다는 것이다.

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표준은 우리가 부품을 제조 및 판매하고 항공우주용 생산에 사용할 수 있도록 하는 것입니다.

따라서 항공우주 표준은 부품을 만들기 전에 가장 중요한 퍼즐 조각 중 하나입니다.

오랫동안 이 분야에서 열심히 일해 온 다양한 개발 단체들이 있었습니다. 저는 약 10년 동안 ASTM 표준에 대한 자원 봉사자로 일해 왔으며 우리가 하는 일의 이점을 보았습니다.

내가 말했듯이, 나는 분말 베드 퓨전을 위한 원래의 티타늄 표준에 기여했습니다. 첫 번째 인증을 받는 데 2년이 조금 넘는 시간이 걸렸습니다. 그 결과 절반 정도의 시간 동안 추가 작업을 수행할 수 있었습니다.

상황이 이제 정말 가속화되기 시작했습니다. ASTM은 최근 Auburn University와 함께 앨라배마 주 Auburn에 위치한 Center of Excellence를 출범했습니다.

그 이면의 의도는 더 많은 표준을 신속하게 달성하기 위해 협력 파트너를 통해 표적 연구 및 개발 자금과 노력을 적용하는 것이었습니다. 업계에서 우리가 인식하는 격차와 표준을 식별하기 위해 많은 업계와 정부 기관이 협력했으며, 이것이 바로 우리가 앞으로 나아가야 하는 것입니다.

ANSI 로드맵에 대해 들어보셨을 것입니다. 업계에서 우리 중 일부가 기여하여 우리의 주요 격차가 무엇인지 식별하고 적층 제조를 위한 진정한 생산을 달성하기 위해 채워야 하는 매우 좋은 문서입니다.

최신 버전의 로드맵에서는 주로 표준 영역에서 91개의 격차가 확인되었으며 그 중 일부는 우선 순위가 매우 높은 영역이라고 생각합니다. ASTM Center of Excellence는 표준의 이러한 격차를 줄이기 위해 R&D를 적용하는 데 사용되는 수단 중 하나입니다.

다른 분야에서 SAE International은 항공우주 재료 사양(AMS)을 가지고 있습니다. 첨가제 분말 베드 융합을 위한 최초의 것은 최근 출시된 니켈 합금 625용 AMS 7000, 7001, 7002 및 7003이었습니다.

그것들은 많은 결과를 낳을 훌륭한 작업체입니다. 우리 중 많은 사람들이 이미 이러한 표준을 사용하여 생산 부품을 개발하고 있습니다.

AM을 채택한 경험을 통해 기술을 내부적으로 통합하는 데 어떤 어려움이 있었고 그 과정을 어떻게 헤쳐 왔습니까?

Oerlikon AM은 무엇보다도 항공우주 및 의료와 같은 가장 까다로운 산업의 요구 사항을 충족하는 AM 솔루션을 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다.

우리는 다양한 시설 전반에 걸쳐 AS9100과 같은 올바른 품질 시스템을 갖추고 있습니다. 항공우주용 및 ISO 13485 의료용. 그러나 거기에 도달하는 데 필요한 모든 시스템을 통합하는 것과 관련하여 퍼즐 조각을 제공하는 몇 가지 솔루션이 있지만 그것은 하나의 도전이었습니다.

우리가 필요로 하는 모든 측면, 즉 종단 간을 포괄하는 단일 솔루션은 없다고 말하고 싶습니다. 그러나 전체 공급망의 일부를 다루는 좋은 도구가 많이 있습니다.

따라서 우리의 과제 중 하나는 공급망의 다양한 측면을 포괄하는 솔루션을 식별하고 우리가 필요로 하는 측면을 커버하고 통합합니다.

예를 들어, 일부 솔루션은 재무 및 재고를 잘 처리하지만 제조 워크플로에는 그다지 적합하지 않습니다. 다른 사람들은 제조 워크플로와 생산 계획을 잘 처리하지만, 예를 들어 빌드 시간 추정, 자재 검토 문제 또는 청사진 및 3D 모델과 같은 기하학적 구성 요소 문제는 처리하지 않습니다.

그래서 많은 문제가 있습니다. 우리의 과제는 서로 다른 모든 부분을 통합하여 완벽한 종단 간 솔루션을 확보하는 것입니다. 현재로서는 상당히 수동적인 프로세스이지만 앞으로 나아가면서 이를 훨씬 더 자동화하기 위해 노력하고 있습니다.

프로덕션에서 AM을 사용한 성공 사례를 공유할 수 있습니까?

승인 없이 해당 고객을 구체적으로 언급할 수는 없지만 현재 생산 중인 몇 가지 구성 요소가 있습니다. 제 머리 꼭대기에서 생각할 수 있는 일부는 항공 우주 및 국방 관련 구성 요소입니다.

하나는 군용 헬리콥터의 임무 시스템의 일부인 비행 구성 요소입니다. 우리는 2년 동안 해당 구성 요소를 생산해 왔으며 현재까지 200대 이상을 성공적으로 납품했습니다.

지상 센서에 사용되는 또 다른 구성 요소도 만듭니다. 여기에서 80개의 서로 다른 개별 구성 요소가 하나의 모놀리식 조각으로 통합된 시스템이 있습니다. 그 제품도 거의 2년 동안 생산되었습니다.

우리는 석유 및 가스 및 해저 탐사 지역을 위해 만들고 있는 많은 다른 생산 구성 요소를 가지고 있습니다. 해저 로봇 공학을 위해 활발하게 생산하고 있습니다. ⁠- 우리가 부품을 만들고 있는 또 다른 고객을 위해 석유 및 가스, 시추 및 탐사, 해저 로봇 공학 모두에서 적극적으로 사용됩니다.

앞으로 5년 동안 기술 및 산업 전반에 걸쳐 적층 제조가 어떻게 발전할 것으로 보십니까?

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향후 5년 동안 더 많은 다중 레이저 시스템과 함께 기술이 발전하여 부품을 더 빨리 생산할 수 있게 되어 구성 요소 비용을 낮출 것으로 봅니다. 이것은 AM 부품의 구현을 더욱 촉진할 것입니다.

부품 비용은 핵심 요소이며 레이저 시간은 AM 구성 요소 비용의 주요 동인입니다. 따라서 다중 레이저 시스템을 사용하여 부품에 더 많은 레이저를 집어넣고 구성 요소를 인증할 수 있다면 동일한 부품을 더 빠르고 저렴하게 제작할 수 있습니다.

또 다른 진화는 우리가 더 나은 공정 내 모니터링 시스템을 갖게 된다는 것입니다. 현재 다른 제조업체에서 사용할 수 있는 몇 가지 다른 것이 있지만 내 인상은 그 중 많은 것이 좋은 시스템이지만 아직 나와 같은 사용자가 구현하는 데 필요한 기능 수준은 아니라는 것입니다. 진정한 생산 속도로.

저의 희망은 곧 진정한 공정 내 모니터링을 하여 공정 중에 기계에서 일어나는 일을 모니터링하고 구성 요소가 떠나기 전에 구성 요소의 문제를 식별할 수 있기를 바랍니다. 기계.

이상적인 시나리오는 문제를 식별하고 즉시 엔지니어링 지원을 통해 잠재적으로 수정할 수 있는 지능형 소프트웨어를 보유하는 것입니다. 물론 문제가 없고 24시간 가동되는 진정으로 강력한 시스템을 사용하는 것이 더 좋습니다.

기대되는 트렌드가 있습니까?

내가 언급한 것처럼 공정 중 모니터링 시스템이 하나가 되는 다양한 개발에 대해 흥분합니다.

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또한 개발 및 출시되는 몇 가지 새로운 재료가 있습니다. 우리는 일부 고객이 매우 혁신적인 구성 요소를 만들 수 있도록 몇 가지 다른 재료를 개발하고 있습니다.

내가 흥분하는 또 다른 점은 전 세계적으로 제조업체가 훨씬 더 다양화되고 있다는 것입니다. 초기에 대부분의 AM 기계는 유럽의 소수 국가에서 생산되었습니다. 이제 새로운 제조업체와 다양한 국가에서 기계를 구축하는 데 다양하고 참신한 접근 방식을 적용하고 있습니다.

그들은 기계의 비용을 낮추고 있으며, 업계 전반에 걸친 사용을 통해 작업자가 기계를 보다 직관적으로 사용할 수 있도록 배우고 있습니다.

이 기계를 처음 몇 년 동안 사용한 경험은 매우 까다롭고 많은 관심과 "보육"이 필요하다는 것입니다. 솔직히 말해서, 많은 기계 설계가 제조 친화적이지 않았습니다.

기계 제조업체가 사용자로부터 피드백을 받으면서 현재 기계에 많은 사용자 친화성을 구현하고 있습니다.

하지만 전 세계적으로 다른 제조업체의 경쟁이 심화되면서 시스템 혁신을 주도하고 비용을 절감하며 기계 시스템의 유용성을 높이는 데 도움이 된다고 생각합니다.

Oerlikon, 특히 귀하가 감독 및 운영을 돕고 있는 시설의 다음 계획은 무엇입니까?

이 시설에 대한 우리의 단기 목표는 우리가 구입한 모든 장비를 설치하고 인증하는 것입니다. 따라서 우리는 현재 18개의 금속 분말 베드 시스템을 온라인으로 운영하고 있으며 이러한 시스템 중 많은 부분에서 하드웨어를 생산하고 있습니다.

이를 위한 다음 단계는 당사의 모든 기계와 해당 기계에 대한 데이터 세트 전반에 걸쳐 당사의 모든 재료 시스템에 대한 재료 특성을 완성하는 것입니다. 그러나 그것은 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 듭니다.

다행히도 재료, ​​야금 및 엔지니어링 경험이 풍부한 매우 재능 있는 사람들이 많이 있으며 그 팀의 일원이 된 것이 매우 자랑스럽습니다.

다른 목표는 진정한 종단 간 제조 생산 시설을 달성하기 위해 다른 모든 장비를 세우는 것입니다.

최근 HIP 퍼니스와 진공 퍼니스를 온라인으로 전환했으며 인증을 받기 위해 노력하고 있습니다.

우리는 또한 일부 CNC 장비를 도입했으며 상당한 수의 추가 용광로와 후처리용 CNC 장비도 도입했습니다. 따라서 목표는 이 모든 장비를 설치, 인증 및 운영 통합하여 완전하고 응집력 있는 제조 시스템을 만드는 것입니다.

Oerlikon에 대해 자세히 알아보려면 다음을 방문하십시오. https://www.oerlikon.com/en/