SIEMENS의 적층 가공을 위한 협업

협업 Siemens는 적층 가공에서 최상의 결과를 끌어내기 위해 연구 분야에서 협업하고 있다. 이러한 협업은 어디에서 어떻게 형성되고 있는가? 이 모든 것은 베를린의 Siemens를 중심으로 돌아가고 있다.

니콜라우스 페히트(Nikolaus Fecht): 프리랜서 저널리스트

프라운호퍼 생산 기술 연구소 IPT와 프라운호퍼 레이저 기술 연구소 ILT가 조직하여, 2019년 2월 아헨에서 열린 터빈 기계 제조 국제 센터 ICTM의 컨퍼런스에서 적층 가공이 터빈의 수명을 연장한다는 발표가 있었다. 터빈 엔지니어링 전문가 컨퍼런스인 이번 컨퍼런스에서 Siemens의 Dr. 베른트 부르바움이 레이저 증착을 이용하여 터빈의 수명을 연장하는 방법을 보고하였다.

독일 베를린 Siemens는 Siemens의 적층 가공 네트워크에서 금속 3D 프린팅을 테스트한다(그림은 터빈 엔지니어링을 위한 액시얼 그리드).

Siemens는 세 개 영역에서 적층 가공(AM)을 다루고 있다. 베를린과 미국 올란도 그리고 샬럿에서는 전력과 가스(Power and Gas) 분과가 발전기 가스 터빈 구성 요소 프로토타입의 금속 3D 프린팅과 새로운 소재의 공정 개발에 집중하고 있다. 여기에서 새로운 혁신적 제품 도입을 가속화 하는 것이 핵심이다. 하지만 Siemens가 스웨덴과 독일 그리고 영국에 새로 개관한 Materials Solutions 공장에서 3D 프린팅으로 양산하는, 연소 컴포넌트와 같은 다른 가스 터빈 구성품도 있다. Siemens는 적층 가공에 대한 노하우를 재료 선택에서 구성품 인증에 이르기까지 항공우주 분야와 자동차 산업, 공구 및 몰드 엔지니어링 그리고 모터 스포츠 분야의 외부 고객들에게 제공하고 있다. 이런 일은 Siemens의 100% 자회사인 Materials Solutions에서 이루어지고 있으며, 최근 Materials Solutions는 대규모 적층 가공 기계를 갖추고 새로운 공장 가동을 시작하였다. 이 공장은 3D 프린터 50대까지 용량을 확장할 수 있다. 이 공장에서는 핵심인 3D 프린팅 외에 완전한 포스트 프로세싱이 이루어지고 있어, Siemens에게는 적층 가공 산업화로 이어지는 하나의 이정표가 되고 있다.

3D 프린팅의 발전은 아헨 공과대학에서 출발한다

Siemens 적층 가공 네트워크에서 Siemens 연구원 공학박사 토비아스 브렛과 박사과정 연구원 토마스 비머 그리고 토비아스 뤼머가 아헨의 Siemens 동료들과 긴밀히 협력하고 있다(사진은 터빈을 위한 3D 프린팅 가이드 베인 점검 중이다.)

Siemens가 3D 프린팅에서 선도적인 역할을 할 수 있는 것은 DPP(Digital Photonic Production) 연구 캠퍼스 덕분이다. 이 연구 캠퍼스에서 수년 동안 학계와 산업계의 파트너들이 한 곳에 모여 체계적으로 협력하고 있다. 이 연구 캠퍼스는 아헨 공과대학 캠퍼스의 포토닉스 클러스터에 자리하고 있으며, Siemens에게 3D 프린팅과 관련하여 새로운 가능성을 제공하고 있다. Siemens 연구원들은 이 곳에서 프라운호퍼 레이저 기술 연구소 ILT와 포토닉스 클러스터에 상주하는 파트너들로부터 영감을 얻고 있다. 이런 관계에서 Siemens Manufacturing Center of Excellence 책임자인 Dr. 토마스 노이엔한이 중요한 역할을 하고 있다. 그는 아헨에서 Siemens 캠퍼스 리서치 팀을 구성하였다. „아헨 공과대학과 프라운호퍼 연구소 ILT 그리고 IPT와의 파트너십은 Power & Gas Division 제조 기술을 위한 혁신 관리로서, 우리 과제의 일부입니다.“(노이엔한) 이 부서는 적층 가공 전문 그룹과 함께 기술 플래닝과 사전 개발을 촉진하고 있다.

아헨 공과대학 캠퍼스에서는 35명의 Siemens 직원과 적층 가공 분야 대학생들 그리고 이들과 긴밀하게 맞물린 디지털화된 제조 기술팀이 연구하고 있다. „우리는 무엇보다 적층 가공에서 선도적인 프라운호퍼 ILT와 긴밀히 접촉하며 기반을 개발하고 있습니다. 이것이 금속 3D 프린팅의 기준이라고 생각합니다. 우리에게 DPP 연구 캠퍼스는 대학 연구소와 다른 산업 파트너 그리고 스타트업과의 협업 및 정보 교환을 위한 완벽한 방법을 제공합니다. 포토닉스 클러스터와 아헨 공과대학의 기술 장비들을 이용할 수 있다는 점이 우리에게 유용하게 작용하고 있습니다.“(노이엔한)

Siemens 베를린은 밸리데이션 플랫폼 역할을 한다

아헨공과대학의 DPP(Digital Photonic Production) 캠퍼스에서 산학간의 활발한 지식 교환이 이루어지고 있다.

그렇다면 Siemens는 다른 곳의 3D 프린팅 연구팀과의 협업에서 어떤 역할을 하고 있을까? „우리는 프로토타입 제조 공정을 개선하면서 Siemens를 돕고 있습니다. 그 곳에서 시작한 방법과 목표가 프로세스를 최적화하도록 영국이나 스웨덴 등에 있는 다른 연구 팀과 협업하고 있습니다.“(박사과정 연구원 하미드 자한기르) 학문적 솔루션을 개발하고 이를 베를린의 산업 프로세스에 이전하는 것은 DPP 연구 캠퍼스의 대학교 기관들과의 긴밀한 협업을 통해 이루어진다. Siemens는 아헨 공과대학 연구 팀에게 해당 솔루션이 실무에서 어떻게 입증되었는지 피드백 한다. 베를린에 긍정적인 반응이 있으면, 다른 곳에 있는 공장으로 지식 이전이 이루어져, Siemens는 일종의 밸리데이션 플랫폼 역할을 한다.

아헨의 Siemens 연구원들은 일반적이지 않은 활동에 그들을 고취하는 캠퍼스 분위기를 특히 높이 평가한다. Siemens 연구원들은 프라운호퍼 ILT와 함께 3D 프린팅 터빈 블레이드의 냉각 향상을 주제로 대학생 경진 대회를 열었고, 여기서 나온 아이디어들은 디자인 컨셉트에 반영하였다. 한 가지 예가 터빈 섹션 유입 영역, 즉 1500°C를 넘는 연소 챔버 가스가 터빈 블레이드와 만나는 지점에 대한 3D 프린팅 링 세그먼트이다. 이 링 세그먼트는 베를린 DPP 연구 캠퍼스에서 대형 터빈에 장착하여 성공적으로 테스트하였다. 이 링 세그먼트는 대형 가스 터빈의 터빈 세그먼트에 장착된 전세계 최초의 3D 프린팅 구성품이다. 노이엔한은 만족감을 표시했다. „우리는 적층 가공에 대해 많은 역량을 구축하고 이 분야에서 적절한 기술 지도를 하여, DPP 연구 캠퍼스는 산학 간 지식 이전을 돕고 있습니다.“

현장에서

 

핀스퐁에서 만든 가스 터빈 버너

스웨덴 핀스퐁에서는 Siemens의 가스 터빈 엔진을 위한 버너를 프린팅 한다. 터빈에 비하면 중요도가 떨어지는 소형 부품이지만, 이 버너 3D 프린팅 기술은 상당한 이익이 되고 있다. 이전에는 이 버너가 13개의 개별 부품들로 이루어졌지만, 지금은 완전한 하나의 요소로 이루어지기 때문이다. 전체 엔진이 수동으로 조립되는 25,000개의 개별 부품들로 이루어진다는 것을 생각하면, 구성 요소 하나하나를 절감하는 것은 하나의 발전이라 할 수 있다. 또한 무게도 상단 부분 줄어들었다. 비록 약 170t의 터빈 전체 무게에서 약 1kg의 버너 무게를 절감하는 것이 큰 영향을 끼치지 못하지만, 에너지 소비 측면에서는 결정적으로 작용하고 있다. 또한 수소 연소가 가능하게 되었다.

 

Siemens의 유지보수 기술자도 적층 가공의 이점을 누린다. 간혹 버너에서 일부만 교체해야 할 때가 있다. 버너 전체 또는 버너 대부분을 교체하는 대신 이제 버너를 Siemens에 보낸다. Siemens에서는 버너를 3D 프린터에 놓고, 결함이 있는 요소만 간단히 프린팅 한다. 이는 사용자와 제조사의 창고 재고를 줄일 뿐만 아니라 처리 속도도 60% 빨라진다고 한다.