UPDATE : 2018-12-10 16:18 (월)
3D 프린팅, 생산성을 높인다
3D 프린팅, 생산성을 높인다
  • 오현식 기자
  • 승인 2018.03.06 09:32
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

MRO 전략 보완 … 다운타임 방지·라인 효율성 향상

3D 프린팅은 제조의 미래로 평가받고 있다. 그런데, 아직까지도 실제 제조 현장에서 3D 프린팅의 광범위한 도입은 이뤄지지 않고 있음을 부인하기 어렵다. 그러나 선도적인 제조기업들은 적층제조 기술을 이미 비즈니스에 통합하고 있으며, 특히 유지보수와 운영 전략에서 상당한 비용 절감과 생산성 향상을 실현하고 있다. 마크포지드Markforged가 제조 현장에서의 적층제조 통합 전략과 실제 애플리케이션에 대해 설명했다.

 

적층제조AM : Additive Manufacturing라고도 불리우는 3D 프린팅3D Printing은 지난 수년간 제조 산업의 미래로 지목되어 왔다. 하지만, 높은 기대에도 불구하고, 3D 프린팅은 폭발적인 성장을 이뤄내지는 못했다.

현재의 대량 생산 기법과 비교할 때 3D 프린팅의 경제성이 떨어지기 때문이다. 사출 성형과 같은 고속의 대량 생산 기술과 비교할 때 3D 프린팅은 상대적으로 느린 생산 시간, 높은 단가라는 한계를 지니며, 이에 최종 생산 프로세스에서 기존 공정을 대체하는 데에 어려움을 겪고 있다.

그렇지만 선도적인 제조 기업들은 기존 대량 생산 기술의 대체제가 아닌 새로운 용도를 찾아 냈다. 바로 MROMaintenance, Repair and Operating 전략의 핵심으로 3D 프린팅을 활용하여 기존 기술을 보완하고, 비용을 크게 절감하는 데 성공한 것이다.

장애에 대한 유연한 대응
제조 프로세스에서 계획되지 않은 라인 셧다운은 곧 막대한 비용을 의미한다. 문제를 해결하기 위한 비용 뿐 아니라 생산 라인이 멈춤으로써 발생되는 기회비용의 손실까지 발생하기 때문이다.

계획되지 않은 셧다운의 가장 흔한 원인 중 하나는 장비의 고장인데, 3D 프린팅 기술을 접목함으로써 문제를 보다 손쉽게 해결할 수 있다. 교체 부품이나 맞춤형 정렬 도구를 빠르게 제작하여 잦은 생산 중단이나 지연시키는 문제를 해결할 수 있는 것이다.

다음은 3D 프린팅을 접목하여 해결할 수 있는 대표적 사례들이다.

● 정상 상태의 공정 효율
프로세스와 다른 프로세스간의 처리량 차이는 라인이 모두 정상적으로 작동하는 경우에도 병목 현상을 발생시키게 된다. 가이드, 어셈블리, 트랜스퍼 툴 등은 3D 프린팅을 통한 추가 생산으로 처리량을 간단하게 향상시킬 수 있다.

● 라인 변경 및 재가동
라인 전환이나 교정, 구성 변경 등으로 인해 생산 라인을 초기화한다면, 가동 시간이 상실되어 생산성이 저하된다. 보정 지그Calibration jig나 기계 설정을 위한 고정 장치를 3D 프린팅함으로써 생산 라인을 재가동하는 데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다.

● 제품 파손 및 폐기물
제조 중인 제품을 파손시키는 고장으로 인해 전체 제조 라인의 낭비와 예기치 않은 다운타임이 발생할 수 있다. 사용자 정의 라인 추가 기능은 이러한 오류를 줄이고 장비 효율성을 향상시킬 수 있다.

● 계획되지 않은 중단 시나리오
계획되지 않은 가동 중단은 공정의 기본 설비의 파손 또는 잘못된 조정으로 인해 발생하며 생산 비율이 낮지거나 제로(0)가 된다. 교체 부품이나 유지보수 도구를 3D 프린티으로 제작함으로써 가동 중지 시간을 최소한으로 만들 수 있다.

▲ 골판지 엔지니어링의 사례

MRO 전략에서 3D 프린팅의 이점을 보여주는 대표적인 사례는 골판지 엔지니어링Cardboard Engineering이라고 불리는 즉흥적인 임시 조치를 꼽을 수 있다. 작은 문제가 발생했을 때 덕트 테이프와 같은 값싼 소재로 문제를 일시적으로 호전시키는 방법이다. 하지만, 이러한 임시 조치는 머지않아 또다른 문제를 야기할 수 있으며, 시간소모적인 시동 교정을 초래하기도 한다.

부품 손상 시 덕트 테이프를 활용한 조치와 3D 프린팅으로 생산된 부품으로의 교체를 비교해 보자. 무엇이 더 이점을 갖는지는 명확하다. 3D 프린팅은 통합 정렬 기능을 갖고 있어 고유한 부품을 빠르게 맞춤 제작할 수 있다.

툴링 비용 절감
공장의 툴링 비용 절감도 3D 프린팅의 효과 중 하나로 지목된다. 3D 프린팅은 부품의 수를 줄여 많은 비용을 절감할 수 있는 기회를 준다. 수많은 작은 부품들이 제조 현장의 비효율 초래하고, 비용을 높이는 주요 원인이 되기 때문이다.

다음은 제조 현장에서의 툴링 비용을 절감할 수 있는 분야들이다.

● 기계 설치 및 보정
3D 프린팅으로 생성된 캘리브레이션 지그와 수리 및 유지보수 툴은 라인의 시동 효율을 향상시켜 생산성 극대화에 기여한다.

● 교정 및 포지셔닝
소프트 죠Soft Jaw, 어셈블리 지그Assembly Jig 등을 비롯한 작업 장치들은 기계 가공이 어려운 정렬 기능이 요구되는데, 3D 프린팅으로 이를 쉽게 해결할 수 있다.

● 회선 최적화
맞춤형 엔드 이펙터, 라인 애드온 및 업그레이드, 심지어 인체 공학적 장비와 운전자 장비 등을 통하여 라인 효율과 작업자의 안전을 향상시킬 수 있다.

▲ 듀크매뉴팩처링이 3D 프린팅으로 제작한 CMM 픽스처링

일례로 미국의 호스 및 파이프 제조업체인 딕슨밸브앤커플링Dixon Valve & Coupling은 마크포지드 3D 프린터를 도입하여 제조 셀의 로봇 암에 맞춤 툴을 제작함으로써 프로젝트당 평균 3만6000달러 이상을 절약하는 효과를 거두고 있다. 미국의 식품설비 전문기업인 듀크매뉴팩처링Duke Manufacturing도 3차원 측정기CMM 및 레이저 마킹 고정 장치 제작에 마크포지드의 3D 프린터를 활용하고 있다. 듀크매뉴팩처링에 따르면, 전통적 방법으로는 듀크의 복잡한 픽스처링에 대응할 수 없었지만, 마크포지드의 3D 프린터를 도입함으로써 고객 서비스 요구에 신속하게 대응할 수 있게 됐다.

MRO 장비 재료 최적화
공장에서 3D 프린팅을 통해 비용 절감을 꾀할 수 있는 방법 중 하나는 MRO 부품이나 제조 도구에서 활용되는 주요 플라스틱과 금속을 검색하는 것이다. 이 표준 물질은 고강도 적층제조 물질과 손쉽게 결합될 수 있으며, 일반적인 상용제품COTS : Commercial Off-the-Shelf 구성 요소와 함께 사용될 수 있다.

특히 다음과 같은 소재를 사용하는 중요 부품과 장비의 MRO 전략에 3D 프린팅이 유용하게 활용하다.

▲ 마크포지드 인더스트리얼 시리즈와 같은 고강도 3D 프린터는 UHMW를 능가하는 기계적 강도와 견고함을 갖춘 부품을 신속하게 제작할 수 있게 한다.

● 일반적인 엔지니어링 플라스틱
아세탈 수지의 일종인 델린Delrin, UHMWUltra High Molecular Weight, 폴리에틸렌Polyethylene, 나일론Nylon 등은 내마모성과 견고함을 위한 엔지니어링 플라스틱이다.

● 일반적인 MRO 금속
알루미늄, 스테인리스강 및 공구강은 MRO 장비에 사용되는 핵심 금속 중 일부로, 높은 기계적 강도와 강성을 위해 사용된다. 그렇지만, 높은 비용이 단점으로 꼽힌다. 이러한 소재를 활용하는 MRO 장비는 3D 프린팅으로 보완할 수 있다. 저렴한 상용제품과 3D 프린팅을 조합하여 애플리케이션이 요구하는 이상적 강도, 견고함과 내마모성을 갖춘 복제품이나 맞춤형 하드웨어를 간편하게 만들어 낼 수 있는 것이다.

일례로 산업 차량의 프레임을 만드는 데 사용되는 UHMW 크래들 부품은 생산 시간이 길며, 많은 비용을 요구한다. 하지만 마크포지드 인더스트리얼 시리즈와 같은 고강도 3D 프린터를 활용하면 UHMW를 능가하는 기계적 강도와 견고함을 갖춘 부품을 신속하게 제작할 수 있다.



댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.