디자인 스포트라이트:첨가제에서 사출 성형으로의 적응

COVID-19 전염병이 미국을 강타함에 따라 Fast Radius 팀은 적층 제조 역량의 상당 부분을 안면 보호대 생산으로 빠르게 전환했습니다. 지금까지 우리는 코로나바이러스로부터 최전선 작업자를 보호하기 위해 적층 제조된 수천 개의 안면 보호대를 만들어 배송했습니다. 쉴드는 재사용이 가능하고 내구성이 매우 높으며 조립이 쉽고 편안하지만 수요가 우리의 적층 생산 능력을 훨씬 초과했습니다.

더 많은 사람들이 우리 제품을 사용할 수 있도록 사출 성형으로 생산을 전환하기로 결정했습니다. 사출 성형으로 두 가지 측면에서 실드에 더 쉽게 접근할 수 있습니다. 이를 통해 훨씬 더 많은 양을 생산할 수 있으며 사출 성형을 통해 재료 비용을 낮추고 제조 속도를 높일 수 있어 제품 비용을 크게 낮출 수 있습니다.

고객과의 작업에서 사출 성형 생산을 시작하면서 부품을 제조하기 위해 적층 기술을 사용하는 경우가 많습니다. 우리 자신의 이야기는 디지털 제조 기술을 사용하여 사출 성형용 적층 제품을 재설계하는 방법에 대한 강력한 예입니다.

시뮬레이션 도구를 사용한 신속한 설계 반복

성능을 유지하면서 사출 성형에 적합하도록 실드 "할로"(또는 헤드밴드)의 추가 설계를 크게 수정해야 했습니다. 성형 작업 중 공구 손상을 유발할 수 있는 얇은 강철 상태를 줄이려면 강성을 최적화해야 한다는 것을 알고 있었습니다. 현재 헤일로의 강성이 잘 작동한다는 것을 알고 있었기 때문에 첨가제 헤일로의 변동 변위를 시뮬레이션하고 이 변위를 사출 성형 설계의 강성에 대한 목표로 사용했습니다.

강성에 기여하는 요소를 이해하기 위해 FEA(Finite Element Analysis)를 사용하여 더 나은 결과를 생성한 설계 변수를 정확히 찾아냈습니다. 우리는 설계, 분석 및 시뮬레이션을 포함하여 다양한 목적으로 사용하는 도구인 Autodesk 360 내의 시뮬레이션 패키지에 의존했습니다. 우리는 외부 링의 전면에서 크라운과 늑골 패턴을 모두 테스트했습니다. 리브가 약간의 강성을 추가했지만 크라운에 높이를 추가하는 것이 변위를 최소화하는 더 효과적인 방법이라는 것을 발견했습니다.

그러나 크라운에 높이를 추가하면 외부 링과 중간 링 사이에 열악한 공구 조건(얇은 공구강)이 생성될 수 있습니다. 실드 자체가 삽입되는 슬롯은 1~2mm 정도로 매우 얇습니다. 크라운의 섹션이 높을수록 공구에 더 얇은 강이 필요하므로 금형 작업 중에 공구강이 손상될 가능성이 높아집니다.

우리는 후광 외부 링의 강성을 유지하면서 얇은 강철을 줄이는 최적의 크라운 높이를 찾아야 했습니다. 이를 확인하기 위해 16개의 시뮬레이션을 실행하여 매번 성능을 개선하기 위해 설계를 약간 조정했습니다. 디자인 프로세스의 이 단계에서 우리는 이미 목표를 달성했으며 가산 후광과 유사하거나 더 나은 변위를 가진 많은 디자인을 가지고 있었습니다.

HP Multi Jet Fusion(MJF)을 통한 신속한 프로토타이핑

시뮬레이션한 개념에서 HP MJF로 인쇄하기 위해 3가지를 선택했습니다. HP MJF가 원래 적층 후광을 생산하는 데 사용한 기술이기 때문입니다. 일반적으로 MJF 부품이 사용할 수 있을 정도로 식으려면 3일이 걸리지만 제조 엔지니어 팀은 다음날 부품을 손에 넣을 수 있는 방식으로 빌드를 포장했습니다.

Fast Radius Chicago 공장의 운영 팀은 3가지 컨셉의 후광을 착용하고 이를 원래의 적층 제조 버전과 비교하여 편안함과 조립 용이성을 비교했습니다. 개념 10(위의 세 번째 디자인 참조)은 쉴드를 가장 쉽게 받아들였지만 편안함을 개선하고 조립을 더 쉽게 만들기 위해 몇 가지 수정을 제안했습니다. 결과 디자인(아래 참조)은 다음 버전의 안면 보호대 후광을 만들 사출 성형 도구를 생산하는 데 사용되었습니다.

궁극적으로 적층 제조에서 사출 성형으로 전환하면 필요로 하는 사람들이 후광에 훨씬 더 쉽게 접근할 수 있습니다. 가격을 55%나 낮출 수 있었습니다.

우리가 적층 후광을 만들기 시작했을 때 우리는 예측할 수 없는 수요를 충족하고 있었습니다. 제품의 접근성을 높일 수 있다는 것이 확실해졌을 때 사출 성형을 위한 적층 설계를 수정하고 단 3일 만에 도구를 생산에 사용할 수 있게 되었습니다.

우리 팀은 이 중요한 제품을 시장에 출시하기 위해 24시간 내내 일했습니다. 시뮬레이션 소프트웨어, 디지털 제조 및 민첩한 작업 모델 덕분에 이 놀라운 일정을 달성할 수 있었습니다. 이 팬데믹으로 인해 우리는 제품 개발 주기에 더 유연하게 대처할 수 있었습니다. 이러한 추세는 팬데믹 이후에도 계속될 것입니다.

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