Materialise 적층 가공은 많은 잠재력을 포함한다

Materialise는 자동차 산업에서 적층 가공이 어떻게 새로운 응용 사례로 이어지는지 소개하였다. Materialise 세일즈 디렉터인 소냐 라쉬는 적층 가공의 잠재력을 활용하지 않을 이유가 없다고 강조하였다.

소냐 라쉬(Sonja Rasch): Materialise 독일 및 스위스 세일즈 디렉터

핵심 내용

  • 적층 가공은 프로토타입 생성 과정에서 기존 가공의 번거로운 과정을 생략하고 경제적으로 재현한다.
  • 자동차 산업의 보조 수단과 조립 공구는 기존의 설계 접근법을 적용하는 경우가 많아 적층 가공의 잠재력을 활용하지 못하고 있다.
  • 몇 가지 사례에서 경량 구조와 기능 최적화, 기능 통합이 성능 향상과 비용 절감으로 이어지고, 총 소요 비용(Total Costs of Ownership)도 낮출 수 있다.

자동차 산업은 이미 30년 전부터 3D 프린팅을 사용하고 있었다. 특히 프로토타입 제작이나 조립 장치, 공구 제조에서 이 기술을 적용하였다. 하지만 3D 프린팅의 가능성을 제대로 활용하지는 못하고 있다. 수많은 응용 사례들이 아직 실현되지 않았는데, 이러한 응용 사례가 인지되지 않았거나 비경제적으로 관리되기 때문이다. 장기적으로 이익이 되는 솔루션을 실현하기 위해서는 일관된 적층 가공에 대한 사고가 필요하다.

프로토타입은 적층 제조의 장점을 제공한다. 공구와 몰드를 통한 기존의 번거로운 과정을 생략하고 다양한 변형으로 비교적 빠르고 경제적으로 구현할 수 있다. 이로 인해 광학과 공기 역학 및 모델 버전의 기능을 신속하게 점검할 수 있다. 또한 3D 프린팅 기술은 테스트 목적으로 어셈블리를 실현하거나, 생산 시스템을 길들이는 소량 시리즈를 제조하는 경우에도 많은 장점을 제공한다. 3D 프린팅의 디자인 자유도는 이 두 가지 경우에서 부차적인 역할을 한다. 제품이 기존의 시리즈 제조에 맞게 설계되고 이러한 부품들을 기존 디자인으로 프린팅하기 때문이다.

“기존의 가공 방법을 단순하게 적층 기술로 대체한다면 새로운 솔루션을 발견하지 못할 수 있습니다.”(소냐 라쉬)

수년 전부터 자동차 산업은 적층 가공된 보조 수단이나 조립 공구를 실현하고 있다. 예를 들면 도장 장치와 조립 장치 그리고 다양한 핸들링과 그리퍼 어플리케이션 등이다. 이들 부품을 신속하고 경제적으로 새로운 요건에 적용할 수 있다. 아직은 기존의 디자인으로 접근하기 때문에, 적층 가공의 잠재력을 완전히 활용하지 못하고 있지만 개발자가 디자인 단계부터 적층 가공 방식으로 일관되게 설계한다면, 다른 많은 것들도 3D 프린팅 어플리케이션을 경제적으로 구현할 수 있다. 경량 구조와 기능 최적화 그리고 기능 통합은 성능 향상과 지속 가능한 비용 절감으로 이어진다. 이와 연계하여 적층 제조된 부품의 총 소요 비용이 현저히 낮아질 수 있다.

3D 프린팅을 통해서만 가능한 효율성

지난 몇 년간 새로 개발된 몇몇 어플리케이션은 적층 가공으로 무엇을 달성할 수 있는 사례를 잘 보여준다. 예를 들어 자동차 제조사의 접합 장치는 표준적인 카본 튜브와 프린팅 제조된 연결점, 지지대와 버퍼로 구성된다. 적층 가공으로 만들 수 있는, 특수하게 개발된 복잡한 연결점 내 접합 채널이 카본 튜브와의 효율적인 접합 연결을 책임진다. 3D 프린팅과 합리적인 조합을 통해 이 장치는 기존 모델보다 비용을 48% 낮추고, 무게도 64% 가벼우며 훨씬 빠르게 조립할 수 있다. 또한 이 장치는 모듈러 구조를 가지고 있어, 조정이나 보정이 쉽고 수리도 가능하며 필요한 장치 수도 훨씬 줄어든다.

적층 가공은 재료 부피가 기존 제품의 64%에 불과하다

조립 및 자동화 시스템 분야에서 잠재력이 얼마나 큰지 예시를 통해 확인할 수 있다. 흡착 그리퍼는 원래 기존의 생산 방식으로 제조하도록 설계되었다. 안쪽에 필요한 채널을 위해 다양한 방향으로 뻗은 다수의 직선 보어홀이 서로 연결되도록 배치되었고, 개구부는 더미 플러그로 막았다. 하지만 흡착 그리퍼 디자인을 적층 방식으로 설계한다면 재료 부피도 원래 부품에 비해 6%에 불과하고, 무게가 줄기 때문에 역동성이 뛰어나고 작은 로봇에 적용할 수 있다. 이 흡착 그리퍼는 공기 역학적으로 최적화된 흡착 채널을 갖고 있어, 진공 압력을 균일하게 분배하여 적은 흡착력으로 안정적인 작업이 가능하다. 이러한 특성으로 새로운 흡착 그리퍼는 경제적 실현이 가능하며, 비용도 이전 버전의 절반에 불과하다.

쾌속 조형은 전통적인 영역이지만 동시에 적층 가공이 강력하게 대두되는 응용 분야이다.

요약하자면 쾌속 조형(Rapid Prototyping)은 장기적으로 자동차 산업에서 강력한 적용 사례로 남을 것이다. 업계에 적층 제조가 알려지면서 조립 장치와 공구 제작에도 중요한 역할을 하고 있다. 자동차 산업에서 3D 프린팅의 장점을 일관되게 적용하고, 많은 사람들이 제품 관련하여 일관되게 적층 가공으로 사고할수록, 점점 합리적인 어플리케이션이 나타날 것이다. 하지만 기업들이 기존의 방법을 적층 기술로 단순하게 대체하고, 부품 가격을 1:1로 비교하기 위해 기존 부품 데이터 베이스를 조사한다면, 새로운 솔루션을 기대할 수 없을 것이다.