스마트 설계 원칙으로 적층 제조의 잠재력 완전 개방하기

기존 방식으로 생산되는 부품을 적층 제조로 복제하는 것은 가능하지만, 적층 제조의 최선의 활용은 아닙니다. 부품의 성능, 비용 절감, 소재 사용을 극대화하려면 적층 제조의 고유한 기회와 제약을 염두에 두고 처음부터 설계하는 것이 가장 좋습니다. 즉, 적층 제조를 위한 설계(DFAM) 원칙을 사용해 제품을 만들어야 합니다.

DFAM은 제조 가능성을 위한 설계(DFM)와 같은 아이디어에서 나옵니다. 공정 계획과 제품 개발을 통합하는 것입니다. 하지만 우레탄 주조나 사출 성형을 위해 제품을 최적화하는 대신, DFAM은 경쟁 요소를 분석해 가장 효율적인 설계를 개발함으로써 적층 기술로 양산 등급 제조에 제품을 최적화합니다.

적층 제조는 DFAM 원칙을 사용해 산업 등급 품질로 부품을 설계하면서 생산 비용을 최소화할 때 단순히 프린트 버튼을 누르는 것만큼 간단하지 않습니다. 하지만 결과물은 기존 제조 부품의 성능을 충족하면서 리드 타임을 단축하고 툴링 비용을 없애며 설계 유연성을 극대화합니다. 제품 개발 프로세스 초기에 DFAM 가이드라인을 활용하면 제품 설계 팀이 설계를 최적화해 적층 제조의 가치를 포착할 수 있습니다.

프로토타이핑용 적층 제조에서 양산용 적층 제조로 도약할 때 고려해야 할 몇 가지 일반적인 DFAM 원칙:

오버행 최소화 및 서포트 의존도 줄이기

부품이 출력될 때 각 연속 슬라이스(예: FDM, DMLS 등)는 아래 레이어에 의존해 지지를 받습니다. 큰 오버행, 개구부 및 기타 피처는 빌드 중 추가 지지가 필요할 수 있으며, 이는 뒤틀림을 방지하고 제품이 성능 공차를 달성하도록 보장합니다. DFAM 원칙을 염두에 두고 설계된 부품은 자체 지지적이어서 소재 낭비와 추가 후처리 필요를 통해 비용을 추가할 수 있는 지지 피처의 필요성을 최소화합니다. 서포트가 필요한 경우, 한 가지 비용 절감 고려사항은 사용자 대면 영역이 아닌, 자국이 허용되는 영역에 서포트가 배치되도록 부품을 배향하는 것입니다. 이는 후처리에서 필요한 샌딩과 마감 시간을 줄여줍니다.

부품 배향

적층 제조 부품은 여러 배향으로 제작될 수 있지만, 피처가 빌드되는 각도는 공차에 영향을 줄 수 있습니다. 그리고 피처가 공차 한계에 영향을 미칠 만큼만 사양에서 벗어날 수 있으므로, 설계 프로세스 초기에 다양한 가능한 배향을 고려하는 것이 중요합니다. 그렇게 하면 귀사의 부품 생산에 가장 적합한 배향을 식별할 수 있습니다.

다중 부품 어셈블리 통합

전통적 제조로는 복잡한 형상을 제작하기 어려워 일부 제품을 다중 부품 어셈블리로 만들 수밖에 없습니다. 제품을 전통적 제조에서 적층 제조로 전환하는 경우, 종종 더 적은 부품으로 통합해 조립 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 스틸케이스가 적층 제조를 위해 암 캡을 설계했을 때, 예를 들어 3부품 어셈블리를 여러 기능 구역을 가진 하나의 중단 없는 부품으로 변환했습니다.

생성적 설계 활용해 부품 최적화

적층 공정을 통해 가능한 독특한 형상 덕분에 제품 디자이너는 생성적 설계 도구(위상 최적화나 격자 구조 등)를 활용해 수백 개의 변수를 기반으로 부품 구조를 최적화할 수 있습니다. 그리고 격자 구조 덕분에 부품의 서로 다른 영역에서 강도와 소재 밀도를 정밀하게 조정할 수 있어, 하나의 연속된 부품이 서로 다른 영역에서 다른 성능 요구사항을 충족할 수 있습니다.

가장 중요한 적층 제조 설계 고려사항

이 가이드라인들 중 어느 것도 양산 등급 적층 제조로 전환하는 데 가장 큰 장애물 중 하나인 '적층 제조 제품 설계 기술 격차'를 다루지 않습니다. 이 격차 때문에 가장 중요한 설계 가이드라인은 모든 DFAM 프로젝트 초기에 적층 제조 제품 설계 전문가와 협력하는 것입니다. 그들은 귀사 제품의 비용과 성능을 최적화할 설계 수정을 권장할 것입니다. 그리고 온디맨드 생산과 가상 창고를 통해 공급망 수준에서 효율성을 높이는 방법을 이해할 것입니다. 전문 AM 설계 및 엔지니어링 지원을 더 일찍 참여시킬수록 귀사가 적층 제조 전환으로 얻을 수 있는 혜택이 커집니다.

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