제조 분야의 3D 프린팅 사례

최근 몇 년 동안 적층 제조(및 3D 프린팅)를 둘러싼 엄청난 과대 광고가 있었습니다. 그러나 이 기술이 모든 제조업체에 실제로 실현 가능합니까? 따라 다릅니다.

신체 부위에서 주택에 이르기까지 제조 부문에서 첨가제라고도 하는 3D 프린팅은 소비자에게 헤드라인을 장식할 만한 기술 유행에서 의료 임플란트, 자동차 및 항공 부품, 산업 디자이너를 위한 플라스틱 프로토타입.

적층 제조가 정확히 무엇입니까? MIT Technology Review는 이것을 기계가 "재료의 초박막 층을 하나씩 추가하여 물체를 만드는" 3D 인쇄의 산업 버전으로 설명합니다. 기존 재료에서 요소를 빼거나 제거하는 기존의 가공 작업(기존 금속 가공, 밀링 및 CNC 가공에서와 같이) 대신 적층 가공은 처음부터 구축됩니다.

적층 제조의 이점은 무엇입니까? 회사는 내부 도구 및 고객 부품 및 재료 요구 사항에 맞게 제조를 혁신하고 맞춤화하고 "제조 중 손실되는 재료의 양을 줄이고 제품 수율을 개선하며/또는 노동 투입을 줄임으로써" 비용을 절감할 수 있는 더 넓은 옵션을 제공합니다. 툴링을 위한 3D 응용 프로그램에 대해 자세히 설명하는 기사에서 Deloitte University Press에.

3D 인쇄:적층 제조 도입이 증가하고 있습니다.

PwC와 The Manufacturing Institute의 연구에 따르면 제조업체의 약 3분의 2가 이미 이 기술을 어떤 형태로든 채택했으며 절반 이상이 이미 프로토타입 제작에 이 기술을 사용하고 있습니다. 기술을 시도하는 제조업체의 수

그리고 설문 조사가 계속되면서 제조업체는 첨가제를 둘러싼 급속한 성장이 더 많은 속도를 얻을 것이라고 가정합니다. 제조업체의 절반 이상이 2년 전만 해도 38%에 불과했지만 향후 5년 이내에 적층 제조가 대량 생산에 사용될 것으로 예상합니다.

금속 적층 제조 시장은 이러한 발견을 뒷받침합니다. SmarTech Publishing의 "금속 분말을 사용한 적층 제조 2017" 연구에 따르면 적층 제조 시스템 및 금속 분말 재료 시장은 2016년에 9억 5천만 달러 이상이었고 2026년까지 66억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다.

3D 프린팅, 적층 제조 문제:시간 및 비용

적층 제조를 둘러싼 엄청난 과대 광고에도 불구하고 이해해야 할 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 첫째, 적층 제조는 생산 속도가 느릴 수 있습니다. 금속에서 CNC 가공으로 얻을 수 있는 양을 대량으로 생산하는 것은 사과 대 사과 비교가 아닙니다.

Star Rapid의 설립자이자 사장인 Gordon Styles는 Engineering.com과의 인터뷰에서 "금속의 경우 다른 문제입니다."라고 말했습니다. “CNC 가공용으로 설계된 것은 3D 프린팅에서 의미가 없습니다. 인쇄 시간은 재료의 양에 비례하기 때문에 당연히 인쇄 속도가 훨씬 느릴 것입니다. CNC용으로 설계된 대부분의 금속 부품은 부피가 커서 3D 프린터에서 시간이 오래 걸립니다.”

Styles는 여러 회사가 프로세스를 가속화하기 위해 노력하고 있다고 말합니다. 그러나 그 개선된 기술은 기업에 또 다른 상당한 문제인 비용을 야기할 것입니다. 적층 제조는 비용이 많이 들 수 있으므로 모든 "비용 레버"를 이해하는 것이 중요하다고 고급 제조 산업 전략 컨설턴트인 Jason T. Ray는 말합니다.

"AM[적층 제조]의 참신함과 기계를 구입하는 데 필요한 높은 초기 투자 비용으로 인해 사용 사례는 종종 비용 이익 중심의 프로세스가 아니라 못을 찾는 망치로 변합니다."라고 Ray는 기사에서 말합니다. Disruptive Magazine에서 "적층 제조 비용 계산"을 참조하십시오. "이런 일이 발생하면 재설계에 대한 강조가 줄어들고 기업은 원래 전통적인 제조 방법을 위해 설계된 구성 요소를 생산하게 되므로 AM과 관련된 최종 사용 이점의 일부만 포착하게 됩니다."

그러나 노팅엄 대학의 보고서에 따르면 영원히 그런 것은 아닐 수도 있습니다. 그들의 이론:기계 기술이 더 발전함에 따라 생산에 첨가제를 채택하는 경제적 사례가 더 실현 가능하게 됩니다. 그러나 기계가 그대로 유지되는 한 비용은 계속 높게 유지됩니다.

Styles는 Engineering.com에 "현재 우리는 제한되어 있지만 10년 후에는 수백 가지의 사용 가능한 재료를 보게 될 것"이라고 말했습니다. “문제는 실제로 재료의 가용성이 아니라 재료를 전환하는 데 필요한 시간과 노력입니다. 오늘날 새로운 재료를 얻기 위해 기계를 돌리는 데 약 24시간이 걸립니다.”

그러나 CNC 가공이 적층 가공보다 비쌀 수 있는 경우가 있습니다. 그러나 알아낼 수 있는 확실한 방법은 단 한 가지뿐입니다.

"가장 좋은 방법은 쾌속 프로토타이핑 서비스 제공업체로부터 두 프로세스에 대한 견적을 받는 것입니다."라고 Styles는 설명합니다. "하지만 경험에 비추어 볼 때 한 가지 규칙은 다음과 같습니다. 부품을 CNC로 가공할 수 있다면 CNC로 가공하는 것이 더 저렴할 것입니다. 그리고 90%의 경우 이것이 사실입니다."

또한 Styles는 일부 첨가제 재료가 지지대 제거를 포함하여 CNC 가공에서 추가 작업이 필요할 수 있다는 사실을 강조합니다. 게다가 열은 아마도 가장 큰 문제일 것입니다. 말 그대로 제품을 찢어버리겠다고 위협합니다.

공장의 3D 프린팅:플라스틱, 부품, 도구, 하이브리드

문제는 제쳐두고 플라스틱으로 프로토타이핑할 때 적층 제조는 몇 가지 주요 이점을 가질 수 있습니다. 플라스틱을 사용한 프로토타이핑을 위한 CNC 머시닝의 경우 문제는 원통형 커터에 있기 때문에 이러한 유형의 디자인에서 흔히 볼 수 있는 내부 사각 모서리를 가공하기 어렵습니다. 3D 프린팅을 사용하면 제품, 부품 및 도구 설계자에게 맞춤화의 기회와 프로토타입 제작의 시행착오가 의미가 있습니다.

적층 제조는 "빠른 처리가 필요한 소량 생산에 이상적이며 부품당 실제 시간이 순전히 빼는 공정보다 훨씬 더 높을 수 있지만 설정, 도구 준비 및 유사한 준비 시간을 절약할 수 있습니다." CNC Cookbook의 창립자, 하이브리드 가공(적층 및 절삭 공정이 공존하는 곳)에 대한 기사에서.

부품 및 공구용 적층 제조 사례

적층 제조의 실제 사용 사례는 주목할 가치가 있습니다. 여러 주요 산업 제조업체가 첨가제의 잠재력을 최대한 활용하고 있습니다. 다음은 주요 산업 플레이어의 몇 가지 예입니다.

GE는 여러 가지 방법으로 연간 생산하는 LEAP 제트 엔진용 연료 노즐 25,000개에 대한 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 첫째, 적층 기술은 생산 중에 더 적은 재료를 사용합니다. 기존 기술은 20개의 부품을 세심하게 용접해야 했으며, MIT Technology Review에서는 엄청난 양의 폐기되고 폐기된 재료를 생산했습니다.

MIT Technology Review의 Martin LaMonica는 "수천 대의 제트 엔진에 사용할 중요한 금속 합금 부품을 대량 생산하기로 한 결정은 이 기술의 중요한 이정표입니다. "또한 소비자와 소규모 기업가를 위한 3D 프린팅은 많은 홍보를 받았지만 이 기술이 상업적으로 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 분야는 제조 분야입니다."

여기에서 적층 공정은 레이저 스프레이로 형성되는 하이브리드 금속 분말을 사용하여 부품을 더 가볍게 만들어 항공사의 연료를 절약합니다. 이 공정은 제조업체에서 생산하는 비용이 더 저렴하며 새로운 부품은 고객의 비용을 줄여 진정한 윈-윈(win-win)을 가능하게 합니다.

툴링에서 Deloitte는 첨가제 사용에 대한 설득력 있는 사례를 제시합니다. 즉, 적층 공정을 통한 신속한 프로토타이핑이 주조 및 내부 툴링 제작을 위한 리드 타임을 크게 단축시킨 실제 사례를 자세히 설명합니다. Deloitte는 Ford Motor Company가 Ford Explorer용 EcoBoost 엔진, 로터 지지대, 트랜스미션 커버 및 브레이크 로터에 첨가제를 어떻게 활용했는지 설명합니다.

Deloitte는 "회사는 AM을 사용하여 프로토타입 부품 주조에 사용되는 샌드 몰드와 코어를 신속하게 생성합니다."라고 말합니다. "이를 통해 Ford는 리드 타임을 최대 4개월까지 단축하고 수백만 달러를 절약할 수 있었습니다."

하이브리드 가공의 경우:더하기 및 빼기

하이브리드에 대해 말하자면, 적층 제조 도구 제조업체는 적층 및 감산 능력을 모두 갖춘 하이브리드 기계를 개발하기 시작했으며 이는 볼만한 광경입니다. 이 "하이브리드" 기계는 3D 프린팅의 기하학적 자유와 CNC 가공의 정확한 특성을 결합합니다.

Warfield는 다음과 같이 말합니다. "이와 같은 [하이브리드] 기계가 이상적일 수 있습니다."

그러나 이러한 많은 새로운 도구를 사용하면 제조업체는 단일 부품 생산으로 제한되며 디지털 파일에서 직접 생산할 수 없는 경우가 많습니다.

“금속 3D 프린팅을 해방 기술이라고 생각해야 합니다. "라고 Styles는 강조합니다. "이제 불가능해 보이는 부품을 설계하고 계속 제작할 수 있지만 핵심은 재료의 양을 최소화하는 것입니다."

대형 제조업체의 경우 첨가제가 영향을 미치고 있습니다. 그러나 Deloitte가 지적한 바와 같이 이러한 영향은 혁신의 올바른 맥락에서 이루어져야 합니다.

“현재 도구 제작을 위한 AM은 공급망과 제품의 효율성과 효율성을 향상시키는 것만큼 공급망이나 제품 설계에 혁명을 일으키지 않습니다. 그러나 AM 기술이 계속 개선되고 도구에 AM의 사용이 계속 증가함에 따라 회사의 혁신 능력을 향상시켜 회사의 공급망과 제품에 보다 직접적으로 영향을 미치는 능력을 얻을 수 있습니다.”

귀하의 매장은 적층 제조를 완전히 채택했습니까? 기술과 관련된 가장 큰 문제는 무엇입니까? 아래 댓글로 알려주세요.