고충격 크리티컬 부품 제조를 위한 필수 가이드라인

크리티컬 부품 또는 컴포넌트는 고장 나거나 손상될 경우 애플리케이션 성능에 치명적인 영향을 미치거나 최종 사용자의 안전을 해칠 수 있는 부품입니다. 이 때문에 크리티컬 부품은 엄격한 규제 표준의 적용을 받는 경우가 많으며, 일부 산업은 기기와 애플리케이션의 최적 기능을 보장하면서 사용자 또는 소비자 안전을 극대화하기 위해 시장별 요구사항을 두고 있습니다.

크리티컬 부품의 예로는 항공우주 산업의 지상 지원 장비가 있습니다. 이는 지상에서 항공기의 이동과 정비를 지원하는 데 사용되는 부품입니다. 지상 지원 장비는 비행에 필수적인 컴포넌트와 직접 상호작용하므로, 업계의 엄격한 기계적·안전 규정을 충족하는 지상 지원 장비의 필요성이 강조됩니다. 제대로 설계되고 제조되면 기술자들이 현장에서 이 부품을 안전하고 자신 있게 사용할 수 있으며, 그 본질적 신뢰성을 확신할 수 있습니다.

크리티컬 부품 제조업체는 업계별 규정을 준수하는 매우 정밀한 부품을 일관되게 생산해야 하며, 이는 종종 높은 생산 비용과 긴 리드 타임과 연관되어 왔습니다.

하지만 적층 제조 기술의 발전이 엔지니어들의 크리티컬 부품 설계 및 생산 접근 방식을 바꾸기 시작했습니다. 실용적이고 고품질의 크리티컬 부품을 만드는 데에는 여러 요소가 작용하며, 이 글에서는 그중 세 가지, 즉 엔지니어링 설계, 제조 공정, 자재에 대해 다룹니다.

제품 설계 고려사항

크리티컬 부품 및 컴포넌트 설계를 최적화하려면 여러 요소를 고려해야 합니다. 여기에는 부품이 사용될 산업, 애플리케이션, 환경; 예측 가능한 오용 가능성; 최종 사용자의 교육 수준과 기대가 포함됩니다.

먼저, 산업과 용례를 알면 제품 설계자가 특정 요구사항에 대비할 수 있습니다. 의료 산업의 경우, 크리티컬 부품의 사용과 이를 만드는 데 허용되는 생존 가능한 자재에 대해 엄격한 요구사항을 따릅니다. 기타 물리·화학적 고려사항으로는 내습성 수준과 특정 화학물질로 멸균 가능한지 여부가 있습니다.

산업과 제품이 의도된 환경에서 어떻게 수행될지 숙지함으로써 엔지니어는 부품 설계를 최적화하는 방법을 더 잘 파악할 수 있습니다.

이는 부품이 견뎌야 할 하중과 압력, 그리고 그 하중이 얼마나 자주 가해지는지까지 확장됩니다. 부품이 피로로 인해 고장 날 가능성이 있다면 엔지니어는 부품의 수명 주기도 고려해 솔루션을 맞춤화해야 합니다.

최종 사용자도 핵심 요소입니다. 소비자 제품은 훈련된 인력을 위한 제품보다 더 직관적인 설계를 요구하는 경향이 있습니다. 최종 용도를 알면 엔지니어는 위험 평가를 수행해 부품이 의도하지 않은 방식으로 사용될 수 있는지, 예측 가능한 오용과 관련된 위험이 무엇인지 판단할 수 있습니다.

제조 공정 고려사항

적층 제조에 대한 흔한 오해는 프로토타이핑에만 좋고 실제 생산 부품 제작에는 적합하지 않다는 것입니다. 하지만 많은 경우 크리티컬 부품 제조에 적층 방식이 더 나은 옵션이 됩니다. 기존 방식보다 더 쉽고 효율적으로 부품을 만들 수 있기 때문입니다.

예를 들어 조직 및 혈액 샘플링, 의약품 분배, 소량 액체 투여를 다루는 의료 분야의 미세유체공학을 들어보겠습니다. 이 분야는 이러한 유체 이송을 가능하게 하는 컴포넌트에 의존하는데, 일반적으로 기존 제조 방식으로는 만들 수 없습니다.

이러한 제품은 적층 제조로 자주 제작됩니다. 대안은 사출 성형과 마이크로 사출 성형을 사용하는 복잡하고 비용이 많이 드는 툴링 공정인데, 둘 다 적층 제조가 하루 만에 할 수 있는 일을 수주에서 수개월이 걸립니다.

이러한 경우 적층 제조는 테스트 주기를 단축하고 시장 출시 시간을 획기적으로 줄여줍니다. 또한 사출 성형 툴링 비용이 쉽게 10만 달러를 넘지만, 적층 제조 방식은 유닛당 100달러 미만의 저렴한 비용을 약속합니다.

많은 크리티컬 컴포넌트 애플리케이션은 소량 생산과 정밀한 특징을 요구합니다. 기존 방식으로 플라스틱으로 이런 부품을 만들려면 극도로 정밀하게 가공하거나 플라스틱을 주입할 금형을 만들어야 하는데, 둘 다 생산 비용을 높이고 일정을 늘립니다.

반면 적층 방식은 금형 없이 크리티컬 부품을 만들 수 있어, 툴링이 최소 피처 크기에 미치는 영향이나 금형 유동 분석을 고려할 필요가 없습니다.

자재 고려사항

크리티컬 부품의 이상적인 특성을 파악하는 것이 주어진 애플리케이션에 가장 적합한 자재를 결정하는 열쇠입니다. 고온을 견뎌야 하는 부품은 유연성이나 내충격성이 필요한 부품과 다른 자재로 제조해야 할 것입니다. 부품에 예상되는 특정 응력, 하중, 외관을 명시하면 엔지니어는 애플리케이션에 최적의 부품을 만들어낼 자재나 자재군을 빠르게 식별할 수 있습니다.

적층 제조는 여기서도 역할을 합니다. 대부분의 3D 프린팅 공정이 전통적으로 딱딱한 플라스틱을 요구해 왔지만, 카본 디지털 라이트 신서시스(Carbon Digital Light Synthesis™)는 엘라스토머 폴리우레탄이나 실리콘 같은 부드러운 자재를 사용할 수 있게 해줍니다. 이는 댐핑, 충격 흡수, 실링 특성을 제공하는 물리적으로 순응적인 부품이 필요한 애플리케이션에 활용될 수 있습니다.

적층 제조를 통한 크리티컬 부품 개발

결국 크리티컬 부품과 컴포넌트는 두 가지 핵심 요건을 충족해야 합니다. 의도된 애플리케이션의 요구사항에 따라 수행할 수 있어야 하고, 시간이 지나 저하되거나 고장 나더라도 사용자에게 해를 끼치지 않아야 합니다.

패스트 래디우스는 소비자 안전에 직접적인 영향을 미치는 크리티컬 컴포넌트를 제조하기 위해 엔지니어링의 최전선에서 일합니다. 고객들은 우리와 협력하면 경제가 요구하는 속도로 비즈니스를 계속 움직이게 하는 솔루션을 제공받으면서, 중요한 규정을 준수하는 탁월한 품질의 부품을 보장받을 수 있음을 알고 신뢰합니다.

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