EOS, 방향 지시등에서 운동화까지

 

플라스틱 적층 가공은 프로토타입뿐만 아니라 이미 양산 제품에도 적용되고 있다. 적층 가공이 양산으로 적용될 수 있는 결정적 요소는 바로 품질과 재현 가능성이다.

모리츠 퀴글러(Moritz Kügler): EOS 제품 매니저

컨셉트 프로토타입과 기능성 프로토타입에 대한 기술로 오랜 시간 이용된 적층 가공(AF)이 이제 콤포넌트와 최종 부품을 연속적으로 생산할 수 있는 성숙도에 이르렀다. 이를 위해 무엇보다 적층 가공 프로세스가 안정되어야 한다. 그렇게 하여야 구성품이 뛰어난 품질로 재현 가능하고 신뢰할 수 있게 제작 가능하다. 속도가 점점 빨라지는 적층 가공 프로세스와 선행 및 후단 프로세스의 자동화 향상이 시스템의 생산성을 지속적으로 높이고 결국 생산 단가를 낮춘다.

많은 연속 생산 사례들이 PowderBed Fusion(SLS)법, 즉 선택적 레이저 소결로 제작한다. Hasenauer&Hesser와 같은 서비스 제작 업체들은 이미 수천 개의 양산 부품을 플라스틱 3D printing으로 제작하고 있다. 이유는 간단하다. SLS로 제작한 부품이 질적으로 뛰어나기 때문이다.

복잡한 형상과 경량 구조의 조합

일반적으로 적층 가공은 모든 산업 분야에 많은 장점을 제공한다. 하지만 적합한 구성품을 식별하는 것이 항상 관건이다. 디자인 복잡도가 높고 부피와 무게 비율이 낮은, 즉 경량 구조와 복잡한 형상이 조합된 부품이 이상적이라 할 수 있다. 이러한 요건이 중심에 있는 경우, 3D 프린팅은 그 잠재력을 맘껏 발휘할 수 있다. 이러한 장점을 일찍 알아본 산업 분야가 있으니, 바로 항공 우주 분야와 의료 산업 분야이다.

빠른 처리 시간: Underrmour 운동화의 3D 프린팅 밑창은 SLS로 훨씬 빠르게 생산할 수 있다.

예를 들어 Plus Medica OT는 전통적인 정형외과 기술을 3D 프린팅 방법과 조합하여, 환자에게 맞춤형 플라스틱 정형 지지대를 제공한다. 이 업체는 이러한 접근법으로 성공을 거두어 2018년 5월에 글로벌 플레이어 Ottobock을 인수하고, 라이프 스타일 분야에서도 적층 가공을 시작하였다. 이미 오래전부터 3D 스캔을 기반으로 프레임과 유리를 착용자의 개성 있는 얼굴 윤곽에 맞춘 안경과 신발 밑창을 3D 프린팅 하는 운동화를 선보였다. 미국 스포츠용품 제조사인 Under Armour는 풋웨어 분야에서 EOS와 전략적 제휴를 체결하였다.

대량 생산되는 상품의 커스터마이징

앞서 이러한 사례들은 적층 기술의 두 가지 장점을 명확하게 보여준다. 하나는 빠른 처리 시간이다. 아이디어에서 생산 시험과 제품 양산까지 수개월이나 수년이 걸리던 것을 단 몇 주면 처리 가능하다. 다른 하나는 커스터마이제이션 가능성이다. 양산 제품의 커스터마이징 시장이 성장하고 있다. 3D 프린터는 한 번의 조형 사이클로 50개의 동일한 부품을 생산하거나 50개의 개별 부품을 생산하는 것이 똑같기 때문이다.

커스터마이제이션: BMW MINI 오너들은 몇 가지 트림 요소에 개인적인 특징을 부여하여 3D로 프린팅할 수 있다.

             이런 맥락에서 자동차 산업도 점점 많은 적층 가공에 투자하고 있다. BMW는 MINI를 위해 커스터마이징 대시보드 트림과 방향 지시등 커버를 생산하고 있으며, 고객은 온라인 숍을 통해 이러한 부품으로 자동차를 구성할 수 있다. 이는 소비자에게도 매력적일 뿐만 아니라 적층 가공 기술의 전반적인 수준 향상에 결정적 신호가 되고 있다. 이 프로젝트는 EOS의 적층 가공 시스템이 재생 가능한 부품 품질과 기능성 그리고 안전 측면에서 자동차 운전자들의 엄격한 품질 기준을 충족하고 있다. 그리고 과소평가해서는 안 될 적용 분야는 바로 공급 체인이다. 모빌리티 분야는 필요에 맞는 대체 부품을 생산할 수 있는, 그리고 오랜 세월 보장할 수 있는 납품 체인이 기본이다. 동시에 대체 부품 비용의 대부분은 물류와 공급망 비용에서 결정된다.

이러한 배경에서 적층 가공은 작은 단위의 대체 부품을 필요에 따라 빠르게 제작할 수 있는 경제적인 이점을 제공한다. 이 기술은 결과적으로 공구 비용과 창고 관리 비용을 줄여 불필요한 대체 부품 생산을 방지한다.

모바일 분야의 SLS: Deutschen Bahn(독일 철도)는 ICE 고속열차에 전자 정보 패널의 디스플레이 조명을 위한 라이트 튜브 홀더를 생산한다.

모빌리티 분야에서도 철도 산업은 3D 프린팅된 대체 부품을 독일 고속 열차인 ICE에 적용하였다. 전자식 보드 정보 시스템의 디스플레이 조명을 위한 얇은 라이트 튜브 홀더를 생산한다. 이렇게 자체적으로 제작되는 작은 구성품이 문제가 되는 과제일 수 있다. 고장이 나거나 마모되는 경우, 제조사는 재주문을 항상 받을 수 있는 것이 아니다. 또한 비싼 공구 비용과 최소 구매 수량 때문에 종래의 방법으로는 경제적으로 재생산할 수 없어, 생산량이 적은 부품이 문제가 된다. 하지만 Deutschen Bahn(독일 철도)에게는 더 이상 문제가 되지 않는다.  

와해를 기회로 볼 수도 있다

적층 가공은 종래의 제작 방식이 한계에 부딪히는 곳에서 의외로 강점을 갖는다. 적층 가공은 디자인과 설계에 있어서 창의성을 제한하지 않으며, 디자인 자유를 가능하게 한다. 산업적 3D 프린팅은 설계가 제작을 결정짓는 제조 프로세스이다. 주어지는 기술로 허용되는 생산이 연속적으로 가능하다. 이는 상당히 인상적으로 들리며 많은 이들에게는 심지어 충격적이기까지 하다. 중요한 점은 기술 앞에서 겁먹지 말자는 것이다!

적층 가공은 구성품 설계에서 시작하는 사고의 전환을 전제로 한다. 하지만 이 부분에서 와해 잠재력이 생긴다. 수량이 적은 소형 기능성 구성품에서 시작하는 것이 합리적이다. 그렇게 회사 내부에서 산업적 3D 프린팅의 잠재력이 드러나고, 기술에 대한 신뢰를 형성하여 사고의 전환을 시작할 수 있다.

현재 제조 산업이 전반적으로 근본적인 변혁을 겪고 있기 때문에, 기업들은 자체적인 비즈니스 모델을 지키기 위해, 새로운 사업 영역을 시작하기 위해, 와해 잠재력을 지닌 기술에 몰두해야 한다.

왜 양산을 위해 SLS 법을 선택하는가?

본문에서 언급한 사례들은 모두 SLS 장비에서 제작된다. 선택적 레이저 소결(SLS)은 EOS 장비에서 사용하는 적층 가공 방법이다. 왜 양산에 이 방법이 적합한지 EOS의 제품 매니저인 모리츠 퀴글러에게 질문하였다. 

퀴글러 씨, 가장 많이 사용하는 플라스틱 적층 가공법에 FDM법*과 SLS법이 속합니다. 왜 SLS법을 양산에 가장 적합한 방법이라고 생각하십니까?

FDM법은 일반적으로 프린터에 따라 부품 특징이 까다롭지 않은 적용 분야에 대한 저렴한 제작 방법이지만 속도가 느립니다. 그에 비해 SLS는 구성품 비용과 속도 그리고 재현성 면에서 양산에 가장 적합합니다.

FDM 기계가 저렴하다고 언급하셨습니다. 입문자라면 저렴한 FDM 기계로 시작하는 것이 합리적이지 않나요?

반드시 그렇지는 않습니다. 품질이 매우 좋고 믿을 만한 부품은 저렴한 SLS 기술 입문 기계로도 제작할 수 있습니다. 예를 들어 당사 EOS P 110 는 산업적 3D 프린팅에 입문하기에 아주 이상적인 제품입니다. 이 제품으로 쾌속 프로토타이핑부터 경제적인 소량 양산까지 구현할 수 있습니다.

FLM(Fused Layer Modeling), FFF(Fused Filament Fabrication), FDM(FusedDeposition Modeling), 용융 적층 조형 또는 재료 사출; 플라스틱 필라멘트 또는 그래뉼로 프린팅 함.