공정과 소재 혁신으로 3D 프린팅의 범위와 유용성이 크게 확대됐다. 이제 3D 프린팅은 프로토타입 제작용이라는 한계를 벗어나 실제 생산 공정 곳곳에서 활용되고 있다. 마크포지드의 자료를 통하여 맞춤형 소량의 최종 생산 부품에 이상적인 3D 프린팅의 실제 사례를 살핀다.
3D 프린팅으로 대표되는 적층 제조 기술이 빠르게 진화하고 있지만 3D 프린팅에 대한 산업계의 이해는 아직 미흡하다. 많은 사람들은 3D 프린팅이 장난감이나 초기 단계의 제품 프로토 타입을 만드는 데에만 적합하다고 생각하고 있는 것이다. 하지만 공정 혁신과 소재 개발의 혁신을 통하여 오늘날 3D 프린팅의 범위와 유용성은 크게 확대된 상황이다. 예를 들어 마크포지드Markforged의 3D 프린터는 연속 탄소 섬유 강화재를 사용하여 제조 현장 작업을 지원할 수있는 강도와 신뢰성을 제공한다. 다음은 생산 현장에서 3D 프린팅을 활용하여 효율성을 높인 실제 사례들이다.
소프트 죠Soft Jaw
CNC 기계용 3D 프린팅 소프트 죠는 가공 시간을 단축하고 비용을 절감하면서 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다. 특정 부품을 고정하거나 교정에 시간을 소비하는 대신 3D 프린팅 소프트 죠를 통하여 복잡한 형상을 지닌 대상물도 필요한 위치에 정확히 고정시킬 수 있다. 특히 연속 탄소 섬유 보강재로 프린팅된 죠의 경우에는 정밀한 보링 작업을 지원할 정도의 강도를 지닌다.
로봇 그리퍼 죠Gripper jaw와 엔드 이펙터End Effector
오늘날 다양한 제조 로봇에서는 강화된 3D 프린팅 죠가 사용되고 있다. 예를 들어 딕슨밸브Dixon Valve의 경우, 새로운 엔드 이펙터 제작에 3D 프린터를 활용하여 93%의 시간을 절감하는 동시에 유사한 가공 툴을 사용했을 때보다 97%의 비용을 절감했다.
용접 설비Welding Fixture
3D 프린팅을 사용하여 용접 중에 부품을 정렬하고 장착하는 특수 지그를 설계하여 곧바로 사용할 수 있습니다. 용도에 맞게 설계된 고정구 및 정렬 지그는 일반 및 다용도 고정 도구를 사용할 때보다 설치 시간을 단축하고 용접 정밀도를 높인다. 이 현장에서 마크포지드의 3D 프린터는 145°C의 열 변형으로 라이저riser와 픽스처fixtures를 만들 수 있으며, TIGTungsten Inert Gas 또는 MIGMetal Inert Gas 용접에 적합하다. 실제로 맞춤형 오프로드 부품을 제작하는 SDHQ는 선반용 3D 프린팅 용접기를 제작했는데, 히트 싱크 역할을 하는 평평한 알루미늄 판을 추가함으로써 직접 고정이 가능하게 됨으로써 공정 시간과 비용을 줄였다.
CMM 설비Coordinate Measuring Machine Fixture
3D 프린터는 CMM으로 검사할 수 있도록 복잡한 윤곽 부품을 위한 특수 설비를 제작할 수 있다. 연속된 섬유로 강화된 복합 부품은 하중에 의한 변형을 방지하며, 공정 중 50 마이크론 이내의 치수 정밀도를 유지한다. 가장 큰 이점은 검사를 위해 부품 고정에 소요되는 시간과 비용의 감소이며, 복잡하고 정밀한 부품에 대한 품질 보증 검사에 대한 장벽을 낮출 수 있다. 일례로 듀크매뉴팩처링은 3D 프린터를 사용하여 부품을 검사하는 데 필요한 고정 장치를 신속하게 제작해 사용하고 있다.
최종 부품End-use Parts
3D 프린팅은 민첩한 제조를 지원하며, 소량의 맞춤형 부품을 제조할 수 있는 실용적인 방법이다. 무인 전술 수상정 제조업체인 마르타크MARTAC의 경우, 전통적으로 기계 가공이 어려웠던 복잡한 모양의 엔진 냉각 해수 흡입구를 3D 프린팅하고 있다. 섬유 강화 나일론 합성물을 사용하여 프린팅된 이 부품은 해수의 부식 효과를 견뎌내면서 강한 물리적 충격에도 파손되지 않을 강성을 자랑한다. 마르타크는 해수 흡입구를 3D 프린팅으로 전환함으로써 생산 시간을 94%, 제조 비용을 97% 절감시켰다.
