현대 생산을 위한 4가지 필수 적층 제조 활용 사례

시제품 제작을 넘어선 적층 제조의 가치

이 기사는 패스트 래디우스(Fast Radius)의 오리지널 기사입니다.

사람들이 적층 제조(Additive Manufacturing, AM)를 떠올리면 가장 먼저 생각나는 것이 시제품 제작입니다. 전통적인 제조 런의 제약 없이 설계를 빠르게 반복해야 할 때, 하드 툴링이 필요 없으므로 빠른 반복이 가능해 AM이 효과적입니다.

하지만 제품 개발의 시제품 단계에 있는 기업들만 적층 제조의 이점을 얻는 것은 아닙니다. 속도, 효율성, 품질, 비용 절감 측면에서 전통적인 제조 방식을 능가하는 적층 제조의 사례가 특히 강력해지는 4가지 구체적인 활용 사례가 있습니다.

소량 생산 런(Low-volume production runs)

전통적인 제조에서는 단위 비용을 낮추기 위해 최종 사용 부품을 대량으로 생산해야 합니다. 수만~수십만 개 범위에서 부품을 만들 때는 기존 공정을 사용하는 것이 타당합니다. 그러나 수백~수천 개 단위의 생산 런을 계획한다면? 높은 자본 비용 때문에 전통적인 제조는 실행 가능하지 않을 수 있습니다.

예를 들어 사출 성형을 들 수 있습니다. 일반적인 툴링 비용은 생산에 들어가기 전에도 2만~11만 달러가 듭니다. 하지만 AM에서는 툴링에 필요한 자본 비용이 전혀 없어 시장 수요에 정확히 맞춰 부품 생산을 확장할 수 있습니다. 최소 주문 수량 없이 훨씬 적은 수량으로 부품을 생산할 수 있어 제조 비용을 낮추고 재고를 줄일 수 있습니다.

부품 통합(Consolidated parts)

경제적 이점 외에도, AM은 오랫동안 "제작 불가능"으로 여겨져 온 특정 유형의 부품에 중요한 설계 이점을 제공합니다. 예를 들어 복잡한 부품을 단일 통합 유닛으로 제조하는 것입니다. 격자 구조 같은 매우 복잡한 형상의 부품이나 움직이는 어셈블리도 AM으로 가능합니다. "구식 방식"인 제조 제약에 맞춰 설계하는 대신, 용도에 정확히 맞게 부품을 만들 수 있습니다. 기능을 위한 설계가 가능해집니다.

이 단순화되고 더 효율적인 부품 설정을 만드는 능력에는 많은 이점이 있습니다:

• 조립 비용 감소, 복잡한 부품에 수반될 수 있는 숨은 비용과 프로젝트 지연 위험 감소로 전체 프로젝트 비용 절감
• 소재 사용 감소 — AM으로 종종 최대 70%까지 소재 절감 가능
• 위험 감소 — 공급업체 한 부품 품절 위험 감소, 부품 고장 위험 감소

예를 들어, 한 제조업체가 패스트 래디우스(Fast Radius) 및 카본(Carbon®)과 협력해 2018 네오콘(NeoCon) 혁신상 수상작인 SILQ 의자 설계에 착수했습니다. 팔걸이 캡은 전통적으로 세 개의 개별 부품으로 제조돼 나중에 조립되었습니다. 하지만 제조업체와 패스트 래디우스는 격자 구조로 설계된 팔걸이 캡을 하나의 연속된 유닛으로 프린팅해 소재 사용을 대폭 줄였습니다.

맞춤화가 필요한 부품(Parts that require customization)

이 회사는 SILQ 의자 팔걸이 캡 설계에서 적층 제조의 또 다른 이점도 활용했습니다: 설계 요소를 매우 작은 규모로 빠르고 저렴하게 맞춤화하는 능력. 기업 고객은 질감 변경, 로고 추가, 가변 일련번호 포함 등으로 주문하는 의자의 팔걸이 캡을 개인화할 수 있습니다.

초기 툴링의 비용과 시간 제약 없이, 설계를 특정 부품 용도나 소비자 니즈에 맞게 단일 단위 수준까지 맞춤화할 수 있습니다. 이는 기능성과 심미적 처리(브랜딩 포함) 모두를 맞춤화하는 데 매우 유용합니다. 소비자의 4분의 3 이상이 맞춤형 가구에 10% 더 지불할 의향이 있다는 점을 고려하면, 단일 단위 수준까지 제품을 개인화할 수 있는 능력은 기업에 시장에서 추가적 우위를 줍니다.

소형 부품(Small parts)

소형 구성품 — 소프트볼 크기 또는 그 이하 — 은 AM으로 매우 적은 물량에서 특히 효율적으로 제조됩니다. 매우 작은 부품의 생산을 확대하면 전통적인 사출 성형과의 손익분기점이 수천 또는 때로는 수만 개에서 나타납니다. 사실, 탁구공 크기 이하의 작은 플라스틱 부품의 경우 전통적인 제조를 완전히 사용하는 것이 경제적으로 거의 타당하지 않습니다.

상지 의수를 생산하는 시카고 기반 회사가 패스트 래디우스(Fast Radius)를 영입해 주력 제품의 2세대를 개선했습니다. 이 의료 기기는 전기적 패턴 인식을 사용해 상지를 잃은 사람들이 의수 팔의 움직임을 완전히 제어할 수 있게 합니다.

시스템에 필수적인 두 부품은 보정 버튼과 캔 플러그로, 둘 다 매우 작고 정교한 디테일(버튼이 정밀한 사용자 상호작용을 위해 요구하는 특정 질감 마감 포함)을 포함합니다. 적층 제조로 이 부품들을 만들면 설계가 명시적 제어 하에 있으며, 처리량도 여전히 인상적입니다 — 135개 버튼(11x11x5.5mm)을 35분 만에, 848개 캔 플러그(1.75×5.2×3.2mm)를 23분 만에 생산.

위 시나리오 중 귀사의 제조 니즈에 맞는 것이 있다면, 적층 제조를 고려할 때입니다. 제조 공정을 개선하고 부품 품질과 수익을 향상시키는 방법에 대해 이야기해 보시죠.

원문 기사 읽기.

자동화 기술의 최전선에서 생산성과 혁신 과제를 해결하세요.

I-SMART 프로그램을 통해 80개 기업이 선정되어 자동화 기술을 식별, 적용, 구현함으로써 팬데믹에서 더 강하게 회복할 수 있는 핵심 역량을 구축합니다. 식별된 니즈와 우선순위에 따라 귀사는 다음을 지원받을 수 있습니다:

• 로봇공학 및 유연 자동화 기술에 대한 비즈니스 케이스
• 기술 배포 로드맵
• 벤더 선정 서비스
• 구현 및 공정 서비스
• 전체 프로젝트 관리