응용 프로그램 스포트라이트:3D 인쇄 브래킷

브래킷은 상당히 단순한 부품이지만 3D 인쇄에 널리 사용됩니다. 첫째, 3D 프린팅은 브래킷 최적화를 가능하게 하여 브래킷이 사용되는 구조뿐만 아니라 부품의 성능을 개선하는 데 도움이 됩니다.

오늘의 Application Spotlight에서는 브래킷용 3D 프린팅의 주요 이점을 살펴보고 항공우주 및 자동차 산업의 흥미로운 응용 분야에 대해 알아봅니다.

이 시리즈에서 다루는 다른 애플리케이션을 살펴보십시오.

열 교환기를 위한 3D 프린팅

베어링용 3D 프린팅

자전거 제조를 위한 3D 프린팅

디지털 치과 및 투명 교정기 제조를 위한 3D 프린팅

의료용 임플란트를 위한 3D 프린팅

3D 인쇄 로켓과 우주선 제조의 미래

신발 제조를 위한 3D 프린팅

전자 부품용 3D 프린팅

철도 산업의 3D 프린팅

3D 인쇄 안경

최종 부품 생산을 위한 3D 프린팅

터빈 부품용 3D 프린팅

3D 프린팅으로 유압 부품의 성능 향상

3D 프린팅이 원자력 산업의 혁신을 지원하는 방법

대괄호란 무엇입니까?

브래킷은 조립품에서 두 개의 수직 부품을 함께 고정하고 각도를 강화하도록 설계된 패스너입니다.

대괄호는 우리 주변의 모든 구조물(건물, 비행기 및 자동차를 생각해 보십시오)을 결합하여 이러한 구조물의 강도, 탄력성 및 무결성을 크게 결정합니다.

브라켓에 3D 프린팅을 사용하는 이유는 무엇입니까?

브래킷은 전통적인 방법을 사용하여 제조하기에 상당히 간단한 구성 요소입니다. 그러나 3D 프린팅의 출현으로 엔지니어는 이제 브래킷 설계를 최적화하는 새로운 방법을 탐색할 수 있습니다.

이는 3D 프린팅이 기존 제조 수단으로는 불가능하거나 비용과 시간이 많이 드는 복잡한 기하학적 형태를 생성할 수 있는 능력 덕분에 대체로 가능합니다.

3D 인쇄 브래킷의 주요 이점은 다음과 같습니다.

더 빠른 생산

복잡한 금속 브래킷의 생산에는 일반적으로 여러 기계 설정이 필요하며 완료하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있습니다. 반면에 3D 프린팅은 더 빠른 솔루션을 제공할 수 있습니다. 한 가지 이유는 3D 프린터 내부에 여러 부품을 중첩하여 동일한 기계에서 여러 브래킷을 동시에 생산할 수 있기 때문입니다.

이전에 사출 성형된 브래킷의 경우 3D 프린팅이 금형 툴링 생산의 리드 타임을 제거하기 때문에 시간 절약이 훨씬 더 큽니다.

조립 제거

일부 브래킷은 여러 조각으로 만들어지므로 브래킷을 조립하는 데 필요한 시간이 늘어날 수 있습니다. 3D 프린팅을 사용하면 브래킷을 하나의 통합된 부품으로 설계 및 생산할 수 있으므로 브래킷을 조립하는 데 드는 노동력과 시간이 줄어듭니다. 브래킷을 단일 부품으로 3D 프린팅하면 부품의 전체 강도도 증가할 수 있습니다.

한 예로 Philips는 3D 프린팅을 사용하여 생산 라인에서 램프를 제자리에 고정하는 재설계된 브래킷을 생산했습니다. 부품은 자주 고장이 났는데, 주로 고온에 반복적으로 노출되어 4피스 브래킷의 웰드 라인이 있는 구조와 함께 매주 1~2개의 고장이 발생했습니다.

Philips는 금속 부품을 단일 구조 브래킷으로 재설계하여 시간 소모적인 부품 조립을 줄이고 웰드 라인 압력 지점을 완전히 제거할 수 있었습니다. 처음 3개월간 사용하면서 재창조된 브래킷은 한 번도 부러지지 않았습니다.

물질 낭비 감소

브라켓을 하나의 구성요소로 3D 프린팅하는 프로세스는 종종 더 적은 재료를 사용하므로 더 가벼운 브래킷을 만듭니다.

그 무게 감소는 재료 사용량 감소로 이어지며 경우에 따라 브래킷이 사용되는 시스템의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

GE의 GEnx 엔진을 예로 들어 보겠습니다. 엔진은 밀링과 같은 전통적인 방법으로 만든 브래킷을 사용했습니다. 이는 부품이 큰 금속 블록에서 밀링되어 절반 이상이 폐기물로 끝난다는 것을 의미합니다.

브래킷 작업을 하는 팀은 부품을 3D 프린팅하면 폐기물을 90%까지 줄일 수 있다는 것을 깨달았습니다.

팀은 또한 브래킷의 무게를 10% 줄이는 작은 디자인 개선 사항을 구현했습니다. 팀에 따르면 '비행에 관해서는 모든 온스가 중요합니다'. 이는 구성 요소의 무게를 줄이면 항공기의 연료 소비율에 영향을 미치고 이를 줄여 더 효율적인 항공기로 이어질 수 있음을 의미합니다.

또 다른 예에서, Ford 엔지니어는 최근에 이전에 스탬프 처리된 강철 버전보다 60% 더 가벼운 Ford Mustang Shelby GT500용 플라스틱 전기 주차 브레이크 브래킷을 3D로 인쇄했습니다.

금속을 플라스틱 또는 합성물로 대체할 가능성

일부 애플리케이션의 경우 3D 프린팅을 사용하여 금속 대신 플라스틱 브래킷을 생산할 수 있습니다. 플라스틱 브래킷은 수명이 제한된 소비재 또는 금속 브래킷이 작동하지 않는 민감한 전자 부품을 특징으로 하는 제품과 같은 애플리케이션에 더 적합할 수 있습니다.

통신 장치 제조업체인 Boyce의 사례가 있습니다. 기술. 이 회사는 3D 프린팅을 사용하여 NYC Transit 토템용 플라스틱 부품을 제작했습니다. 이러한 각 시스템의 상단에는 조명용 LED 스트립과 민감한 안테나 기기가 있는 녹색 아크릴 캡이 있습니다.

안테나 신호 중단을 방지하려면 그 앞의 금속성 물질. 즉, LED 스트립용 브래킷과 안테나용 하우징을 플라스틱으로 제작해야 했습니다. Boyce 팀은 설계, 엔지니어링 및 생산에 소요되는 시간이 짧았기 때문에 3D 프린팅을 적합한 솔루션으로 만들었습니다.

Boyce는 BigRep Studio 시스템을 사용하여 캡을 비추는 LED 조명용 곡선 장착 브래킷의 프로토타입을 만든 다음 이 동일한 플랫폼에서 이러한 부품을 제조하는 작업으로 바로 이동할 수 있었습니다.

이 브래킷을 3D 프린팅하면 사출 성형이나 기계 가공보다 빠르고 비용 효율적으로 만들 수 있으며 안테나 위의 비금속 요구 사항도 충족합니다.

3D 인쇄 브래킷의 더 많은 예

항공우주

보잉 787용 3D 프린팅 티타늄 브래킷

티타늄 합금으로 만든 3D 프린팅 항공우주 브래킷은 항공기 설계에서 점점 더 보편화되고 있습니다. 한 가지 예는 Spirit AeroSystems에서 설치한 Boeing 787용 액세스 도어 래치용 브래킷입니다.

이전에 기계로 가공되었던 도어 래치 피팅은 이제 Norsk Titanium에서 독점 RPD(Rapid Plasma Deposition) 기술을 사용하여 3D로 인쇄했습니다. 이름은 프로세스를 설명합니다. 플라즈마 아크는 빠른 구축 속도로 티타늄의 제어된 증착을 허용합니다. 이 기술은 분말 기반 시스템보다 50~100배 빠르며 단조 공정보다 티타늄을 25~50% 적게 사용하는 것으로 알려져 있습니다.

티타늄 3D 프린팅으로 전환하는 주요 이유는 제조 비용을 절감할 수 있는 기회입니다. 비용. 티타늄은 비싸고 티타늄 블록으로 부품을 가공할 때 이 값비싼 재료가 많이 낭비됩니다. 두 번째 문제는 많은 양의 기계 시간과 절삭 공구 비용으로 인해 금속을 가공하여 생산 비용이 증가한다는 것입니다.

Spirit은 브래킷을 3D 프린팅함으로써 이러한 비용을 크게 줄이는 동시에 새로운 부품의 출시 시간을 최소 60% 단축할 수 있습니다.

Airbus용 Liebherr-Aerospace 3D 프린팅 브래킷

항공 우주 산업의 또 다른 예에서 Liebherr-Aerospace는 Airbus A350 XWB용 노즈 랜딩 기어 브래킷을 3D 프린팅하기 시작했습니다.

이 브래킷은 최초의 인증이 될 것입니다. Airbus 시스템에 도입된 3D 프린팅 티타늄 부품.

Spirit AeroSystems와 달리 Liebherr는 부품을 재설계하여 29%의 무게 감소를 달성할 수 있었습니다. 3D 프린팅의 사용은 또한 구성 요소의 강성을 100% 높이는 데 도움이 되었습니다.

2019년에 Liebherr-Aerospace는 중요한 이정표에 도달했습니다. 독일 연방 항공청은 AM을 사용하여 부품을 생산할 수 있도록 회사에 승인을 주었습니다. 이후 Liebherr는 브래킷을 포함한 티타늄 직렬 부품을 3D 프린팅했습니다.

자동차

BMW에서 최적화하고 3D로 인쇄한 루프 브래킷

BMW는 2018년에 수상 경력에 빛나는 3D 프린팅 금속 루프 브래킷이 특징인 아이코닉한 i8 로드스터 자동차를 출시했습니다.

폴딩을 도와주는 작은 구성요소인 루프 브래킷 차량 상단을 펼치고 루프 폴딩 메커니즘의 성능을 극대화하기 위해 새로운 디자인이 필요했습니다. 이 목표를 달성하기 위해 BMW 엔지니어들은 3D 프린팅과 토폴로지 최적화 소프트웨어를 결합했습니다.

엔지니어는 소프트웨어를 사용하여 무게, 구성 요소의 크기 및 걸릴 하중과 같은 매개변수를 입력할 수 있었습니다. 그런 다음 소프트웨어는 부품의 재료 분포를 최적화하는 설계를 생성했습니다.

엔지니어링 팀에서 달성한 디자인은 캐스팅이 불가능했습니다. 팀은 이 디자인을 가능하게 하는 유일한 방법이 금속 3D 프린팅을 통해서라는 것을 발견했습니다.

선택적 레이저 용융(SLM) 기술 덕분에 엔지니어들은 기존 대안보다 10배 더 단단하고 44% 더 가벼운 금속 지붕 브래킷을 만들었습니다.

Bugatti의 경량 브래킷

Bugatti의 차량에는 여러 3D 인쇄 브래킷도 있습니다. 하나는 Fraunhofer IAPT와 공동으로 제조한 티타늄 스포일러 브래킷입니다. 이 스포일러는 부가티 차량의 공기역학적 디자인을 향상시킨다고 합니다.

스포일러 브래킷 프로젝트의 또 다른 파트너는 생산을 위해 브래킷을 최적화하는 데 도움을 준 Siemens였습니다. 결국 최종 부품은 1,250 MPa의 인장 강도, 99.7% 이상의 재료 밀도 및 53%의 중량 감소를 보여주었습니다.

3D 프린팅은 소형 제품을 재발명하는 데에도 사용되었습니다. Bugatti Chiron 슈퍼카를 위한 통합 수냉식 모터 브래킷. 이 부품은 능동 열 차폐 역할을 하여 모터에서 전달되는 열을 크게 줄입니다. SLM Solutions의 SLM280 Twin 3D 프린터에서 AlSi10Mg로 인쇄된 혁신적인 부품은 최초의 Bugatti Chiron 출시 이후 모든 시리즈 차량에 설치되었습니다.

3D 인쇄 브래킷:큰 기회가 있는 작은 구성요소

브라켓은 작고 평범한 부품으로, 엔지니어들이 전통적인 제조 방식에 제약을 받던 과거에는 최적화하기 어려웠습니다. 오늘날 엔지니어는 3D 프린팅을 통해 최적화된 브래킷을 설계하고 이러한 설계에 생명을 불어넣을 수 있습니다.

이 기술 덕분에 브래킷을 더 가볍게 만들 수 있지만 더 단단하고 내구성 있게 만들 수 있습니다. 위의 예는 또한 3D 프린팅을 활용하여 구성 요소의 수명과 전반적인 성능을 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.

분명히, 우리는 여전히 대량 3D 인쇄 브래킷과는 거리가 멉니다. 하지만 항공기 브래킷 및 소량으로 생산되는 브래킷과 같은 특수 응용 분야는 앞으로 기술의 좋은 틈새 시장으로 남을 것입니다.