현대 산업을 위한 4가지 필수 적층 제조 응용 분야

적층 기술은 지난 10년간 급속히 발전하여 산업 전반의 기업들에게 새롭고 흥미로운 제조 가능성을 약속해 왔습니다.

사람들이 적층 제조(AM)를 떠올릴 때 가장 먼저 떠오르는 응용 분야 중 하나는 프로토타이핑입니다. 엔지니어들이 기존 제조 공정의 제약 없이 설계를 빠르게 반복해야 할 때, AM(흔히 3D 프린팅이라 불림)은 하드 툴링이 필요 없으므로 신속한 반복을 가능하게 해 매우 효과적입니다. 프로토타입을 더 효율적으로 개발할수록 기업은 더 빠르게 양산으로 전환할 수 있습니다. 원한다면 이때부터 전통적인 제조 방식이 맡을 수 있습니다.

하지만 적층 제조는 프로토타이핑 그 이상이며, 연구개발 단계의 기업만 혜택을 보는 것도 아닙니다. 사실 적층 제조는 시간과 소재 절감부터 새로운 설계 가능성 개척까지 다양한 응용 분야에서 상당한 이점을 제공합니다.

적층 제조 응용 분야

이를 염두에 두고, 3D 프린팅 기술의 잠재력을 탐색하는 데 도움을 드리고자 네 가지 구체적인 적층 제조 응용 분야와 관련된 산업 활용 사례를 살펴봅니다. 적층 제조는 항공우주, 자동차, 소비재, 의료, 로봇 등 다양한 산업의 프로젝트에 혁신을 가져왔습니다. 여기서 소개하는 사례들은 속도, 효율성, 품질, 비용 면에서 전통적인 제조 방식을 어떻게 뛰어넘는지 보여줍니다.

소량 주문형 부품

적층 제조 기술은 주문형 소량 생산의 요구를 독보적으로 충족시킵니다.

전통적인 제조 방식은 단가를 낮추기 위해 대량 주문을 요구하는 경우가 많습니다. 예를 들어 사출 성형은 프로젝트가 생산 단계로 가기 전에 툴링 비용으로 2만 달러에서 11만 달러가 들 수 있습니다. 반면 적층 제조는 툴링에 대한 자본 지출이 없습니다. 3D 프린팅 부품은 최소 주문 수량 없이 필요할 때 소량으로 생산할 수 있어 제조 비용을 낮추고 재고를 줄일 수 있습니다.

AM의 소량 생산 이점은 부품 생산을 시장 수요에 정확히 맞춰 확장할 수 있게 해줍니다. Evans Motorsport Performance(EMP)는 Fast Radius와 협력해 쉐보레 콜벳 C8용 애프터마켓 볼트 커버를 설계했습니다. 원래 알루미늄으로 만들어져 제조가 복잡하고 비용이 많이 들었고, EMP는 자동차 품질 소재로 소량 생산이 가능한 솔루션이 필요했습니다. Carbon Digital Light Synthesis(DLS)™ 프린팅 공정과 EPX 82 열가소성 소재를 사용해 툴링 비용을 12,000달러 절감하고 생산 시간을 며칠로 단축했습니다. 이 부품은 가상 창고(Virtual Warehouse)에 보관되어 주문형 생산이 가능합니다.

단일 통합 부품

소량 생산 이점 외에도, 적층 제조는 이전에 '제작 불가능'으로 여겨지던 부품, 특히 개별 구성요소의 통합에 새로운 가능성을 열어줍니다.

단일 통합 부품은 격자 구조 같은 복잡한 형상이나 움직이는 어셈블리를 가질 수 있습니다. 적층 제조는 여러 부품을 나중에 조립하는 대신 어셈블리 전체를 하나의 부품으로 프린팅할 수 있게 해줍니다. 통합은 소비재 분야에서 특히 유리한데, 단순하고 더 효율적인 부품 설계를 만들 수 있는 능력이 다음을 의미하기 때문입니다:

• 조립에 드는 비용과 시간 감소
• 숨겨진 비용과 프로젝트 지연 위험 감소
• 소재 요구량 감소
• 공급 이슈 위험 감소
• 부품 고장 위험 감소

적층 제조의 통합 이점을 보여주는 실제 사례로, Fast Radius는 Steelcase™의 고성능 SILQ 사무용 의자 설계에 협력했습니다. 이 의자는 2018년 NeoCon에서 권위 있는 혁신상을 수상했습니다. SILQ 의자의 암 캡(arm cap)은 전통적으로 세 개의 개별 부품으로 제조되어 나중에 조립되었는데, 이 과정은 제품 일정을 늘렸습니다. Carbon Digital Light Synthesis(DLS)™ 공정을 사용해 암 캡 제조를 단일 3D 프린팅 부품으로 통합했습니다. 격자 구조로 설계된 연속체로, 소재 사용량과 조립 비용을 크게 줄였습니다.

초소형 부품

적층 제조는 소프트볼 크기 또는 그 이하의 매우 작은 부품을 매우 낮은 볼륨으로 생산하는 데 특히 유용합니다.

적층 제조에서 소형 부품 생산이 확대되면 속도와 비용 이점이 나타납니다. 사실 탁구공 크기(또는 그 이하)의 플라스틱 부품의 경우, 전통적인 제조보다 적층 제조를 사용하는 것이 경제적으로 더 합리적인 경우가 많습니다. 소형 부품을 저량으로 생산할 수 있는 능력은 의료 산업에서 유리할 수 있습니다. 특히 보철이나 임플란트처럼 개별 맞춤이 필요한 부품의 경우 더욱 그렇습니다.

시카고 기반의 상지 보철 생산 기업 Coapt는 Fast Radius와 협력해 주력 제품인 Coapt COMPLETE CONTROL 시스템 2세대를 개선했습니다. 이 혁신적인 시스템은 전기적 패턴 인식을 사용해 상지를 잃은 사람들이 의수 팔의 움직임을 완전히 제어할 수 있게 합니다. 시스템에는 매우 작은 두 부품이 포함됩니다: 캘리브레이션 버튼과 캔 플러그. 두 부품 모두 필수적이며, 버튼은 정밀한 사용자 상호작용을 위해 특정 텍스처 마감이 필요합니다. 적층 제조 덕분에 플러그와 캘리브레이션 버튼의 설계를 명시적으로 제어할 수 있었고, 인상적인 처리량을 달성했습니다. Carbon DLS™와 HP MJF 프린터를 사용해 버튼(11 x 11 x 5.5mm) 135개를 35분 만에, 캔 플러그(1.75 x 5.2 x 3.2mm) 848개를 23분 만에 생산했습니다.

커스터마이징 가능한 부품

적층 제조는 설계 프로세스에 전례 없는 커스터마이징 기회를 제공합니다.

초기 툴링 요구사항의 비용과 시간 제약 없이, 설계자는 3D 프린팅 부품을 특정 애플리케이션이나 소비자 니즈에 맞게 맞춤화할 수 있습니다. 단일 단위 수준까지 가능합니다. 적층 제조의 커스터마이징 가능성은 기능성, 심미성, 브랜딩을 아우릅니다. 독특한 요소를 빠르게, 아주 작은 규모로 도입할 수 있으며, 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 새로운 구조적 특징
• 표면 텍스처
• 회사 로고
• 텍스트와 디자인
• 가변 일련번호

보너스로, 연구에 따르면 소비자의 4분의 3이 맞춤형 제품에 최대 20% 더 지불할 의향이 있는 것으로 나타났습니다. 즉, 독특한 설계 선택으로 인한 추가 비용이 장기적으로는 상쇄될 가능성이 높습니다.

소재 비용과 생산 일정 단축 외에도, 부품 커스터마이징 능력은 산업 전반에 상당한 잠재적 이점을 가집니다. 로봇 및 소비재 산업에서 고객이 지속적으로 주문할 때, 3D 프린팅 기술은 설계 파일을 간단히 변경하는 것만으로 로고 같은 고유 기능을 추가할 수 있게 해줍니다. 마찬가지로 치과 및 의료 산업에서는 보철, 임플란트, 수술 가이드 같은 부품을 개별 수혜자에 맞게 수정할 수 있습니다. 예를 들어 맞춤형 치과 트레이를 스캔에서 프린팅해 누군가의 치아에 완벽하게 맞출 수 있습니다.

Fast Radius 3D 프린팅 응용 분야 탐색

3D 프린팅 기술의 힘과 가능성을 활용하고 싶고, 위에 나온 응용 분야가 여러분의 니즈에 부합한다면, 전통적인 제조 방식 밖의 옵션을 탐색해 볼 가치가 있습니다. 오늘 Fast Radius 팀에 연락해 적층 제조로 다음 프로젝트를 실현하세요.

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