적층 제조 경험이 전혀 없는 생산 관리자는 CNC 가공 스테인리스 스틸 커플링을 3D 프린팅 복합 부품으로 교체하고 일주일 동안 연속으로 스트레스 테스트를 실시했습니다. Bridgeport로 돌아 가지 않았습니다. 정확히 무슨 일이 일어났는지, 시설의 어떤 부분이 이에 따를 수 있는지는 다음과 같습니다.
주요 결과를 한눈에 살펴보세요
3D 프린팅으로 공기 및 액체 시스템의 문화 변화
모든 것을 시작한 부분
Ryan Wenzlick은 대부분의 생산 관리자가 잘 알고 있는 문제를 안고 있었습니다. 작고 복잡한 밸브 커플링을 만드는 것은 악몽이었습니다. 별 모양의 단면은 브리지포트에서는 절단이 불가능했습니다. 그의 팀은 대신 정사각형 근사치를 가공하고 정기적으로 툴링을 중단했으며 특권을 위해 부품당 110달러를 지불했습니다.
Ryan은 GM, Tesla, Ford와 같은 고객을 위해 열 교환기, 슬러지 제거 시스템 및 액체 여과 장비를 제작하는 미시간의 OEM 장비 제조업체인 Air &Liquid Systems의 생산 관리자입니다. 그의 팀은 첫 번째 기계를 도입했을 때 적층 제조 경험이 없었습니다. 몇 주 만에 110달러짜리 커플링은 1.05달러짜리 인쇄 복합 부품이 되었으며, 원래 제품보다 밸브에 더 잘 맞습니다.
부품 비용이 110달러에서 1.05달러로 줄었습니다. 우리는 마치 신성한 소 같았습니다.– Ryan Wenzlick, 생산 관리자, 공기 및 액체 시스템
Ryan의 팀은 비용만 측정하고 이를 승리라고 부르지 않았습니다. 그들은 두 개의 인쇄된 커플링을 밸브에 넣고 1주일 동안 지속적으로 작동시켰습니다. 이는 일반적인 사용 수명의 약 5년에 해당합니다. 나중에 부품을 떼어냈을 때 측정 가능한 마모도, 변형도, 어떤 종류의 고장도 없었습니다.
그 테스트는 회의적인 팀을 변화시켰습니다. 적층 제조를 모르는 경우 기본적으로 인쇄된 부품은 생산이 아닌 적합성 확인에 사용되는 프로토타입이라고 가정합니다. 작동하는 밸브에 일주일 동안 지속적인 기계적 스트레스가 가해지면 그 가정이 무너졌습니다.
엔지니어링 참고 사항 생산 용도로 3D 프린팅된 부품을 평가할 때 가속 수명 테스트(연속 작동, 주기적 부하 또는 상승된 온도 노출)는 정적 강도 측정보다 더 유익합니다. 적층 제조의 기하학적 자유로움 덕분에 인장 테스트뿐 아니라 실제 작동 조건에서 가공된 동등물보다 뛰어난 성능을 발휘하는 설계가 가능한 경우가 많습니다.
이 부분이 첫 번째 목표가 된 이유
가공된 모든 부품이 프린팅에 적합한 것은 아닙니다. Ryan의 커플링은 첫 번째 생산 애플리케이션에 거의 이상적인 몇 가지 기준을 충족했습니다.
기하학적 제약이 결정적인 요인이었습니다. 복잡한 형상으로 인해 가공 비용이 많이 드는 부품은 거의 항상 프린팅에 적합한 후보입니다. 밀링을 어렵게 만드는 형상 제약으로 인해 프린팅이 쉬워지는 경우가 많기 때문입니다. 엔드밀을 능가하는 내부 채널, 스타 프로파일, 유기적 형태 및 얇은 벽 형상은 적층 가공의 기본 영역입니다.
매장의 어떤 부품을 먼저 타겟팅해야 합니까?
Air &Liquid Systems의 경험과 유사한 OEM 및 생산 환경의 패턴을 바탕으로 이러한 부품 카테고리는 초기 적층 제조 채택을 위한 가장 강력한 ROI 사례를 일관되게 제공합니다.
학습 곡선:"지식 제로" 문제
직접적으로 언급할 가치가 있는 한 가지:Ryan의 팀은 첫 번째 기계가 도착하기 전에 적층 제조 경험이 없었습니다. 직원 중 누구도 3D 프린팅에 CAD를 사용한 적이 없었습니다. 누구도 복합 인쇄 매개변수나 FFF 증착을 위한 부품 설계 방법을 이해하지 못했습니다.
이것은 일반적입니다. 산업용 3D 프린팅을 평가하는 대부분의 생산 관리자는 동일한 가정을 가지고 있습니다. 유용한 것을 인쇄하려면 누군가를 고용하거나 몇 달 동안 교육을 받거나 컨설턴트를 불러와야 합니다. 이러한 가정은 도전해 볼 가치가 있으며 Ryan의 팀은 기계를 개봉하기 전에 무료 적층 제조 온라인 교육 프로그램인 Markforged University에 직접 가서 이를 테스트했습니다.
튜토리얼은 완벽했습니다. 모든 것이 제대로 이루어졌습니다. 그것에 대해 전혀 모르는 사람을 위해 우리는 그것에 대해 앉아서 이 기계의 상자를 풀자고 생각했습니다.– Ryan Wenzlick, 생산 관리자, 공기 및 액체 시스템
Ryan이 설명하는 것은 산업용 적층의 실제 설계 철학입니다. 시스템은 제품을 설계하는 사람뿐만 아니라 생산을 담당하는 사람도 작동할 수 있어야 합니다. 기계 및 소프트웨어 워크플로우는 부품 스캔, 파일 업로드, 지원 구조 설정, 인쇄 등 제조 애플리케이션을 중심으로 구축되었습니다. 전문 지식은 수업 시간이 아닌 사용을 통해 축적됩니다.
즉, 결과를 크게 향상시키는 실제 적층 설계 개념이 있습니다. 인쇄 레이어에 대한 방향은 기계적 특성에 영향을 미칩니다. 충전 패턴과 밀도는 무게와 강도에 영향을 미칩니다. 복합 보강 레이어는 로드될 위치에 배치됩니다. 이들 중 어느 것도 배우기 어렵지 않지만 생산 부품을 설계한 후가 아니라 생산 부품을 설계하기 전에 이해할 가치가 있습니다.
문화 변화:“우리가 할 수 있을까?”에서 "다음은 무엇입니까?"
Ryan이 설명하는 신중한 검증 테스트에서 인쇄 후보를 식별하는 팀으로의 전환은 대부분의 생산 환경이 적층 제조를 평가할 때 과소평가하는 결과입니다. ROI 계산기는 부품 비용과 노동 시간을 포착합니다. 이는 제조에 대해 다르게 생각하는 인력의 복합적인 효과를 포착하지 못합니다.
Air &Liquid의 문화 변화는 몇 가지 구체적인 방식으로 나타났습니다.
생산 관리자를 위한 첫 번째 적층 애플리케이션을 평가할 때 물어봐야 할 가장 중요한 질문은 "이것이 무엇을 대체할 수 있습니까?"가 아닙니다. 그것은 "우리가 현재 툴링을 중단하거나 숙련된 기계공이 몇 시간 동안 서 있어야 하는 제품을 만드는 것입니까?"입니다. 그것이 당신의 첫 번째 목표입니다. 성과를 검증하고 경제성을 입증하면 문화 변화가 저절로 따라오는 경향이 있습니다.
공기 및 액체 시스템이 실제로 인쇄한 것
스타-프로필 결합 외에도 Ryan의 팀은 채택 곡선 중에 인쇄로 이동된 몇 가지 다른 부분을 설명했습니다. 각각은 동일한 논리를 따랐습니다. 비용이 많이 들고 느리거나 기존 방식으로 만들기 어려운 부품과 적층 제조는 이러한 제약 없이 처리되었습니다.
플레이트 어셈블리: 원래는 개별 플레이트를 주문하고, 드릴링하고, 연결 부품을 가공하고, 어셈블리를 함께 용접하여 생산되었습니다. Ryan의 팀은 이를 단일 인쇄 작업으로 완전히 대체했습니다. 고정물이 없습니다. 용접 자격증이 필요하지 않습니다. 인쇄 시간 이후에는 리드 타임이 없습니다.
보존 클립: 이전에 공급업체로부터 대량으로 주문했거나 선반에서 일회성으로 제작된 소형 하드웨어입니다. 인쇄 버전은 기존 방식으로 수행할 경우 가공 작업 및 비용이 추가되는 거싯, 둥근 뿌리 및 최적화된 단면을 인쇄할 수 있기 때문에 "더 견고하다"고 설명되었습니다.
제작팀의 일반적인 질문
3D 프린팅 부품이 실제로 생산 과정에서 CNC 가공 금속 부품을 대체할 수 있습니까? 많은 공장 현장 응용 분야에서는 그렇습니다. 핵심은 애플리케이션 선택입니다. 복잡한 형상, 적당한 부하 요구 사항, 극한의 온도나 화학물질 노출이 없는 부품이 유력한 후보입니다. Air &Liquid Systems는 약 5년의 서비스 기간에 해당하는 일주일 동안 연속 작동 하에 인쇄된 복합 커플링을 작동시켰으며 아무런 손상도 발견하지 못했습니다. 또한 인쇄된 버전은 밀링으로 생성할 수 없는 설계된 별 프로파일 형상을 달성했기 때문에 가공된 원본보다 성능이 뛰어났습니다.
이 맥락에서 '복합'은 무엇을 의미하나요? 이것은 단지 표준 FDM 플라스틱인가요?
아니요. 산업용 복합 3D 프린팅은 프린팅 중에 열가소성 매트릭스 내에 강화 섬유(탄소 섬유, 유리 섬유 또는 케블라)의 연속 가닥을 삽입합니다. 그 결과 열가소성 수지라기보다는 적층 복합재에 더 가까운 방향성 강도 특성을 지닌 부품이 탄생했습니다. 브래킷, 부속품, 하중 지지 장치 등 기계 응용 분야의 경우 이러한 구별이 매우 중요합니다.
유용한 공장 현장 부품을 프린팅하는 데 충분히 학습하는 데 시간이 얼마나 걸리나요?
Ryan Wenzlick은 Markforged University를 졸업하기 전에는 적층 제조 경험이 전혀 없었으며 그의 팀은 얼마 지나지 않아 생산 부품을 프린팅하고 있었습니다. 간단한 교체 부품(가공 부품의 형상 교체)의 경우 CAD 및 슬라이싱 학습 곡선은 몇 달이 아닌 며칠에서 몇 주 안에 측정됩니다.
인쇄된 부품을 생산에 투입하기 전에 검증하는 올바른 방법은 무엇입니까?
구조적 또는 기계적 응용 분야의 경우 가속 수명 테스트는 정적 강도 테스트보다 더 많은 정보를 제공합니다. 실제 하중 조건(작동 주기, 진동, 압력, 온도)을 가속 속도로 시뮬레이션합니다. 공기 및 액체 커플링의 경우 일주일 간의 연속 작동(최대 5년 서비스에 해당)이 검증 게이트였습니다.
3D 프린팅의 생산량이 어느 정도 되면 경제적으로 더 이상 의미가 없게 됩니까?
적층 제조는 일반적으로 단순한 형상의 경우 연간 수백에서 수천 개의 부품을 생산할 때 비용 경쟁력이 떨어지며 가공 비용이 많이 드는 복잡한 부품의 경우 대량 생산에서는 경쟁력을 유지합니다. 다양한 SKU에 걸쳐 다양한 중소형 부품을 인쇄하는 시설에서는 높은 활용도와 경제성을 지속적으로 유지할 수 있습니다.
공장 팀을 위한 결론
Air &Liquid Systems에서의 Ryan Wenzlick의 경험은 특별한 것은 아니지만 유익합니다. 그가 따랐던 경로(고통스러운 가공 부품 식별 → 엄격한 성능 검증 → 다른 후보로 확장 → 지속적 운영)는 대부분의 OEM 또는 생산 환경에서 복제 가능합니다.
커플링의 경제성($110 ~ $1.05)만으로도 해당 부품이 어떤 용량으로든 작동한다면 대부분의 시설에서 장비를 정당화할 수 있습니다. 그러나 더 큰 가치는 운영 자세입니다. 지속적으로 작동하는 기계, 제조에 대해 다르게 생각하는 팀, 기존 기계 가공으로는 전혀 달성할 수 없는 형상으로 부품을 생산할 수 있는 능력입니다.
Ryan의 마지막 대사는 문자 그대로 받아들일 가치가 있습니다. "Markforged가 없는 우리는 생각하기 어렵습니다." 그것은 마케팅 감정이 아닙니다. 적층 제조가 실험에서 인프라로 옮겨갈 때의 느낌입니다.
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3D 프린팅
효율적인 제조에는 작업장 직원, 장비 및 소프트웨어의 조정된 시스템이 필요합니다. 제조업체가 로봇이 제공하는 신뢰성, 반복성 및 유연성을 인식함에 따라 이러한 시스템에는 점점 더 로봇 기술이 포함됩니다. 국제로봇연맹(International Federation of Robotics)에 따르면 전 세계적으로 사용되는 산업용 로봇의 수는 2019년까지 약 260만대로 증가하여 2015년보다 약 100만대가 증가할 것이라고 합니다. 산업용 로봇의 약 70%가 자동차, 전기/전자 및 금속에 사용됩니다. 및 기계 산업. 안전은 모든 제조
용접은 금속 작업의 산업 세계에서 가장 일반적인 응용 프로그램 중 하나입니다. 로봇은 수년 동안 용접을 해왔지만 많은 응용 분야에서 동일한 문제가 있습니다. 속성이 크게 다른 금속을 용접할 수 없다는 것입니다. 전자 빔 용접 로봇이 작동하는 곳입니다. 이 로봇은 서로 다른 두 개의 금속 공작물을 함께 쉽게 용접할 수 있는 동시에 제조업체가 다른 용접 로봇 응용 프로그램에서 얻는 것과 동일한 이점을 제공합니다. 전자 빔 용접 로봇 시스템은 조인트의 두 금속 조각을 모두 녹이지 않습니다. 대신 융점이 낮은 금속을 녹인 다음 해당 용접
