적층 제조를 통한 부품 통합 재검토

기계 어셈블리는 소비자 제품과 산업 제품 모두에서 일반적입니다. 비교적 저렴한 제품에도 수십 개의 개별 구성 요소가 있을 수 있으며 복잡한 기계에는 수백 또는 수천 개의 구성 요소가 있을 수 있습니다. 적층 제조(AM)를 사용하면 높은 수준의 부품 통합이 가능하며 때로는 조립이 필요하지 않을 수도 있습니다.

부품 통합을 위한 적층 제조의 이점

AM은 전통적인 제조 방법으로는 제조할 수 없는 복잡한 형상을 고유하게 생산할 수 있습니다. 일반적으로 많은 부품이 별도의 구성 요소로 제작된 다음 함께 결합되는 기계적 어셈블리는 형상이 매우 복잡하더라도 단일 단위로 적층 제조할 수 있습니다. 설계 단순화 외에도 부품 통합에 AM을 사용하면 다음과 같은 실질적인 이점이 있습니다.

전체 예상 비용 절감

부품을 AM으로 통합할 때 얻을 수 있는 가장 확실하고 확실한 이점은 조립에 필요한 부품 수가 적기 때문에 조립 비용에 드는 비용이 줄어든다는 것입니다. 방정식에서 조립을 제외하면 품질 관리 또는 재고 관리와 같은 잠재적인 비용 유발 요인을 줄일 수도 있습니다. 적층 제조를 사용하여 여러 부품을 하나로 만들면 숨겨진 비용과 프로젝트 지연의 위험을 줄일 수 있습니다.

적은 자료

기존 제조 방식에서는 부품 복잡성이 증가함에 따라 일반적으로 부품 비용도 증가합니다. AM의 경우에는 그렇지 않습니다. 부품 복잡성이 증가해도 부품 비용은 증가하지 않습니다. 많은 경우 부품 비용이 감소합니다. 복잡성이 증가하면 재료가 덜 사용된다는 의미이기 때문입니다. AM을 사용하면 기존 제조 방식에 비해 사용되는 재료를 70% 이상 줄일 수 있습니다.

전체 위험 감소

부품 통합은 여러 위험을 줄이거나 완전히 제거합니다. 예를 들어, 공급자가 문제의 부품을 더 이상 공급할 수 없다는 위험을 피할 수 있습니다. 이 공급업체 위험은 어셈블리의 부품 수로 곱해집니다. AM을 사용하여 여러 부품을 단일 단위로 인쇄할 수 있다면 이 문제가 발생할 가능성이 크게 줄어듭니다.

감소되는 다른 위험도 있습니다. 부품을 별도로 조립하지 않고 단일 단위로 제조한 경우 부품 고장 사례가 줄어듭니다. 또 다른 위험은 노후화입니다. 부품의 수명이 다하면 폐기해야 하는 잔여 재고가 없습니다.

더 나은 성능

많은 경우 AM을 사용하면 더 나은 성능의 부품을 만들 수 있습니다. 그 이유는 바람직하지만 레거시 제조로는 만들 수 없는 형상을 가능하게 하기 때문입니다. 향상된 제품 성능을 위한 흥미로운 이점이 있는 AM의 일부 응용 프로그램에는 경량, 고강도 대 중량 비율, 열 전달 및 유체 흐름, 에너지 흡수 등이 있습니다.

통합할 부품을 어떻게 식별할 수 있습니까?

AM을 사용한 부품 통합에 대해 생각할 때 첫 번째 단계는 교체하려는 어셈블리의 기능에 초점을 맞추는 것입니다. 그런 다음 기존 제조 방식을 사용하여 원래 디자인을 만들게 된 가정에 대해 질문해야 합니다.

통합할 부품을 분석할 때 구조화된 접근 방식을 사용하는 것이 도움이 될 수 있습니다. 제조 및 조립을 분석하는 효과적이고 대중적인 방법론은 제조 및 조립을 위한 설계(DFMA®)로 알려져 있습니다. 이 모델은 엔지니어와 제조업체가 어셈블리 통합 프로세스를 시작하는 데 도움이 되는 세 가지 질문으로 구성되어 있습니다.

1. 조립된 부품을 기준으로 부품을 움직여야 합니까?
2. 부품 기능에 여러 재료가 필요합니까?
3. 조립 또는 분해를 위해 부품을 분리해야 하나요?

이러한 질문을 통해 설계자는 조립에 필요한 이론적 최소 부품 수를 결정할 수 있습니다. 이러한 질문이 출발점 역할을 할 수 있지만 부품 통합을 위해 첨가제를 고려해야 하는지 결정하는 데 도움이 되는 몇 가지 후속 고려 사항이 있습니다.

1. 이 요구사항을 충족하려면 여러 부품이 필요합니까?
2. 단일 부품이 이 요구 사항을 충족할 수 있습니까?

다시 말해, 부품이 제대로 작동하려면 여러 부품이 정말로 필요합니까? 격자 구조(또는 기타 복잡한 기하학적 구조)와 같이 기본적으로 동일한 기능을 수행하면서 전체적으로 필요한 부품 및 재료의 양을 줄일 수 있는 설계에 통합할 수 있는 다른 솔루션이 있습니까?

아래 차트를 보고 첨가제를 사용한 부품 통합이 귀하에게 적합한지 판단하십시오.

부품 통합 및 추가 프로세스

개별 구성 요소의 수를 줄이도록 설계하는 것은 부품 통합의 한 가지 요소일 뿐입니다. 제품에서 조립된 부품의 수를 최소화하는 또 다른 방법은 통합을 가능하게 하는 기술을 사용하는 것입니다. HP MJF(Multi Jet Fusion)와 같은 추가 기술을 사용하면 개별 구성 요소를 전체 조각으로 인쇄할 수 있을 뿐만 아니라 프린터에서 곧바로 전체 동작 범위를 사용할 수 있습니다.

사용할 적층 기술을 결정하는 것은 설계 요구 사항에 따라 다릅니다. 예를 들어, HP MJF를 사용하면 부품에 지지대가 필요하지 않아 엔지니어가 보다 복잡한 디자인과 움직일 수 있는 부품을 만들 수 있습니다. Carbon® 기술은 지지대가 필요하지만 다양한 벽 두께를 가진 내구성 부품을 한 조각으로 인쇄할 수 있습니다. Carbon®을 사용한 부품 통합의 좋은 예는 Steelcase의 SILQ 의자 팔걸이입니다. 팔걸이는 3개의 개별 부품을 사용하여 조립되었지만 격자 구조와 복잡한 기하학적 구조 덕분에 이제는 하나로 인쇄됩니다.

부품 통합 적용 사례

AM을 사용한 부품 통합의 이점을 얻을 수 있는 응용 프로그램이 많이 있습니다. 기계 어셈블리, 유체 구성 요소, 구조 부품 등과 같은 응용 프로그램이 이미 시장에 나와 있습니다. 제조업체는 여러 부품을 하나로 설계함으로써 향상된 성능과 내구성을 보고 있습니다. 부품 통합이 두 가지 특정 애플리케이션에 어떤 영향을 미치는지 자세히 살펴보겠습니다.

펌프 임펠러

전통적으로 제조된 임펠러에는 종종 함께 용접되는 별도의 부품이 필요합니다. AM을 사용하면 단일 조각으로 인쇄할 수 있습니다. 펌프 임펠러가 전통적으로 제조되면 구성 요소 사이에 간격이 생깁니다. 첨가제를 사용하여 제조함으로써 간격을 제거할 수 있어 부품의 전체 성능이 향상됩니다. 또한 용접 조인트가 제거되었기 때문에 잠재적인 실패 지점의 수가 줄어들고 용접부 부식이 더 이상 발생하지 않는다는 점에 유의하는 것도 중요합니다.

공기 덕트

에어 덕트는 부품 통합을 위한 훌륭한 후보이기도 합니다. 첨가제로 활성화된 복잡한 형상을 사용하여 부품 형상과 공기 흐름을 최적화할 수 있습니다. HP MJF를 활용하는 HP 500/300 프린터 시리즈의 냉각 덕트가 그 예입니다. 8개의 부품을 하나로 통합함으로써 HP는 공급망을 단순화하고 구성 요소 비용을 30%까지 낮출 수 있었습니다.

제조업체는 부품 통합을 통해 비용 절감, 공급망 위험 및 성능 향상을 달성하기 위해 노력합니다. AM은 이제 가능한 복잡한 형상으로 인해 어셈블리를 추가로 줄일 수 있는 독특한 기회를 제공합니다. 애플리케이션을 통합하는 방법에 대해 자세히 알아보려면 지금 Google 전문가 팀에 문의하세요.

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