적층 제조의 혁신적인 사용

첨단 산업에서 적층 제조 소프트웨어 구성 요소의 사용이 증가하고 있습니다. 시장 조사 기관인 MarketsandMarkets(M&M)에 따르면 3D 프린터 생산 및 적층 제조 생산량은 2017년에 35억 달러로 증가했습니다. 적층 제조의 주요 채택 기업은 의료 기기, 항공우주 및 자동차 산업이었습니다.

이것은 놀라운 일이 아닙니다. 적층 제조에서 복잡한 모양을 인쇄하는 비용은 특히 소량으로 단순한 디자인과 동일합니다.

의료 기기 및 수술

적층 제조의 장점은 의료 산업에 도움이 됩니다. 의료 산업은 적층 제조를 활용하여 치과 및 정형 외과 분야를 위한 맞춤형 임플란트를 제작하고 있습니다. 적층 제조는 툴링 및 설정 비용(절삭 제조에 필요)을 제거하기 때문에 의사는 환자에게 맞춤형 임플란트 및 보철물을 제안할 때 규모의 경제에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

또한, 적층 제조를 통해 제조업체는 인간의 뼈와 연결하도록 설계된 관절과 같이 매우 복잡하고 매우 섬세한 디자인을 생산할 수 있습니다. 이러한 솔루션을 생산하기 위해 3D 프린터는 뼈 조직이 융합될 수 있는 미세한 프랙탈 격자 구조를 제작하여 임플란트와 뼈 사이에 강력한 연결을 제공해야 합니다. 이런 모양을 만드는 다른 방법은 없습니다.

마찬가지로, 치과 임플란트 및 삽입물은 정확한 맞춤을 달성하기 위해 놀라운 맞춤화와 매우 복잡한 디자인을 모두 포함합니다. 치과 임플란트 과정에는 상당한 정밀도가 있습니다. 먼저 구강 X-레이를 촬영하여 뼈를 검사합니다. 둘째, 치과의사는 임플란트를 위한 구멍을 뚫어야 합니다. 그러나 의사는 임플란트(임플란트용 나사 등)가 치아 배열 방식과 완벽하게 정렬되도록 보장해야 합니다. 3D 프린팅 덕분에 치과의사는 이제 맞춤형 임플란트를 확보할 수 있습니다. 이러한 임플란트 및 관련 드릴링 가이드는 전문 3D 인쇄 CAD(Computer Aided Design) 소프트웨어로 맞춤 설계한 후 고도의 자동화로 제조됩니다.

뇌 수술의 경우 의사는 환자의 CT 스캔 후 맞춤형 고정 장치를 만듭니다. 치과 및 정형 외과에서와 마찬가지로 여기에는 환자의 두개골에 정확하게 맞는 임플란트를 생산하고 수술 중에 외과 의사의 도구를 안내하는 작업이 포함됩니다. 다시 말하지만, 전문 3D 소프트웨어가 이러한 수술 보조 장치의 설계를 자동화했습니다.

항공우주 및 기반시설

항공우주는 적층 제조 도입의 선구자였습니다. 최근에는 상업용 터보팬 엔진에 사용하기 위한 3D 인쇄 부품이 만들어졌습니다.

General Electric(GE)과 Safran Aircraft Engines의 합작 회사인 LEAP 터보팬 엔진에는 3D 인쇄된 연료 노즐이 장착되어 있습니다. 미국 연방 항공국은 2015년에 상업용 항공기 탑재용 노즐을 승인했습니다. 이 부품의 무게는 이전 세대 엔진보다 25% 낮을 뿐만 아니라 GE에 따르면 내구성이 5배 더 높습니다.

LEAP 엔진이 장착된 항공기의 연료 절약 및 탄소 배출 감소에 상당한 이점을 제공하는 동시에 3D 프린팅 부품은 생산 공급망을 간소화합니다. 3D 프린팅을 통해 GE는 20개의 서로 다른 부품을 단 하나의 장치로 교체할 수 있었습니다. 이는 제조 공정을 단순화할 뿐만 아니라 수명 주기 유지 비용도 절감합니다.

3D CAD 및 CAE(Computer Aided Engineering) 소프트웨어의 사용은 항공우주 산업의 설계 및 개발 노력에 필수적인 부분입니다. GE는 CAD/CAE를 활용하여 필요한 설계 연구, 시뮬레이션 및 분석을 수행하여 새로운 노즐을 개발하고 프로토타입 단계로 진행하기 전에 그 실행 가능성을 평가했습니다.

특히 20년이 넘는 기간 동안 수십 대의 항공기를 운용하는 항공사의 비용 절감을 상상해 보십시오. 이는 적층 제조의 직접적인 이점이므로 다른 하위 어셈블리 및 구성 요소를 처리하는 데 있어 적층 제조가 어떻게 다른 여러 영역의 제조업체, 공급업체 및 소비자에게 이익을 가져다 줄 것인지 알 수 있습니다.

비용 절감을 위한 최적화 외에도 3D 프린팅은 산업계에서 매우 복잡한 제조를 수행할 수 있게 해주었습니다. 열교환기를 고려하십시오. 이러한 장치에는 한쪽에서 뜨거운 유체를 다른 쪽에서 차가운 유체를 흐르게 하기 위한 많은 수의 튜브, 미세 및 기타 입력이 있습니다. 그러나 조립 공정은 냉각 핀을 용접하고 방수 상자에 삽입해야 합니다. 상당한 실패 마진을 가진 힘들고 시간 소모적인 제조 공정입니다.

그러나 3D 프린팅을 사용하면 열 교환기를 한 번에 통합할 수 있습니다. 하나의 단위를 제조하는 데 비교적 오랜 시간이 걸릴 수 있지만 최종 결과는 훨씬 더 신뢰할 수 있습니다. LEAP와 마찬가지로 목표는 상당한 성능 향상을 가져오는 것 외에도 조립에 필요한 부품 수를 통합하는 것입니다.

적층 제조의 미래

적층 제조와 관련된 기술은 기능이 향상되고 가격이 하락하고 있습니다. 또한 새로운 적층 제조 애플리케이션이 항상 발견되고 있습니다. 그러나 공정 제어 및 공정 예측 가능성에는 여전히 주요 장애물이 있습니다.

공정 제어 측면에서 적층 제조는 원자재를 완제품으로 제조하는 공정을 관리하는 산업 전반의 표준이 부족합니다. 절삭 가공을 포함한 전통적인 제조 방식은 이러한 표준의 이점을 누릴 수 있습니다(예:가공 공정, 스탬핑 또는 단조 중 야금학적 거동). 엔지니어가 참조하고 참조할 수 있는 산업 표준 참조 자료가 있습니다.

그러나 업계에서는 아직 적층 제조에 대한 이러한 표준을 구축하지 않았습니다. 예를 들어, GE와 같은 개별 항공우주 회사는 적층 제조 노력을 위한 독점 통제 체제를 구축하고 있는 반면 개별 3D 프린팅 공급업체는 통제 체제와 산업 표준이 완전히 부족합니다. 이는 모든 사람, 특히 소규모 제조업체가 사용할 수 있는 공통 규정 준수 인증을 개발하는 표준 기관에서 가장 잘 해결할 수 있습니다.

마지막으로, 공정 예측 가능성은 여전히 ​​3D 프린터를 사용하는 사람들에게 주요 과제입니다. 부품의 방향, 지지 재료 및 공정 매개변수를 최적화하려면 상당한 시행착오가 필요합니다. 그러나 이것은 또한 3D 프린팅에 사용되는 소프트웨어 도구를 개발하는 사람들에게 엄청난 기회를 제공합니다. 물리학 기반 시뮬레이션은 앞으로의 주요 단계가 될 것입니다. 이 시뮬레이션 요소를 3D 프린터 제조업체의 기계별 프로세스 정보와 결합하면 제조업체가 오류 및 불량률을 줄이는 데 도움이 됩니다.

더 빠른 시장 출시, 증가된 마진 및 차별화로 3D 프린터 시장을 지배하고 싶으십니까? 그런 다음 Spatial의 SDK를 살펴보세요.