친구 또는 적: 적층 제조와 전통 제조

2023년 5월 8일 | 읽기 시간: 3 분

다른 현대 기술과 마찬가지로 적층 제조(AM)는 처음 등장했을 때 큰 주목을 받았지만 곧 회의론에 부딪혔습니다. AM은 미국 노동력의 8.5%(1,285만 개 일자리)를 차지하는 전통적인 제조업을 장악하려는 스타트업형 기술로 잘못 인식되기도 합니다. 실제로는 제조 산업에서 적층 제조와 전통 제조는 21세기에 계속 확장되고 있는 또 다른 도구 중 하나입니다.

적층 제조와 기존 제조의 차이점은 무엇인가요?

전통적인 제조업은 부피에 관계없이 제품을 만들기 위해 성형, 조각, 기계 가공을 하는 것을 말합니다. 전통적인 제조 방식에는 사출 성형, CNC 가공, 주조 등이 있습니다. 생산 라인은 역사적으로 단일 제품을 대량으로 만드는 데 사용되는 금형을 활용하며, 이는 기업이 회사 창고에서 대량 생산할 수 있도록 하는 효율적이고 비용 효과적인 방법입니다.

적층 제조는 제품을 만들기 위해 조각, 성형 또는 주조하는 대신 CAD(컴퓨터 지원 설계) 디자인처럼 STL 파일에 정해진 경로를 따라 3D 프린팅 빌드 챔버 내부에서 레이어별로 제품을 제작하는 산업용 3D 프린팅 방식을 말합니다. 이 기술의 맞춤화 및 복잡성 기능으로 인해 우주 및 항공우주 분야와 의료 및 치과 산업에서 많이 채택하고 있습니다.

적층 제조와 기존 제조의 장점과 단점

전통적인 제조업의 이점:

1. 대량 생산 - 전통적인 제조 방식을 통해 기업은 단일 제품을 빠르게 생산하여 24시간 가동할 수 있는 생산 라인을 구축함으로써 시장 수요를 효율적으로 충족할 수 있습니다.

2. 비용 효율적인 생산 - 대량 생산을 통해 높은 생산 및 수요 수치로 단위당 비용을 절감할 수 있습니다. 전통적인 제조 방식으로 더 많이 생산할수록 사출 금형과 같은 초기 툴링 비용의 상각으로 인해 각 제품을 더 저렴하게 제조할 수 있습니다.

3. 부품 일관성 - 기존 제조 방식은 원래 설계에서 거의 벗어나지 않고 동일한 자동화된 제조 생산을 반복하여 강력한 부품 일관성을 유지할 수 있습니다.

전통적인 제조업의 단점:

1. 높은 재료 낭비 - 전통적인 제조 방식으로 하나의 단위를 조각하거나 생산하는 행위는 과도한 낭비를 초래합니다. 최종 제품에 도달하기 위해 재료를 빼는 것은 항상 해왔던 방식이지만, 전통적인 제조 관행으로 인해 그 재료를 낭비할 필요가 없었다면 어떨까요?

2. 원래 프로토타입 디자인에서 벗어날 수 없음 - 전통적인 제조 방식은 의도한 제품을 생산하고 디자인을 찍거나 조각하는 데 사용되는 도구에 의존합니다. 생산용 도구가 만들어진 후에는 생산 라인에서 초기 제품 프로토타입을 변경하거나 추가할 수 있는 기능이 거의 또는 전혀 없습니다.

3. 중저가 생산 수준의 높은 비용 - 생산 전반에 걸쳐 초기 툴링 비용을 상각하는 것이 부품당 비용을 낮추는 데 중요합니다. 대량 생산 주문이 없으면 각 개별 품목을 제조하는 데 드는 비용이 높아져 생산 비용으로 인해 수익성이 떨어집니다.

적층 제조의 이점:

1. 재료 유연성 - 폴리머 또는 금속 적층 제조를 활용하면 여러 재료로 인쇄할 수 있는 기회가 열리고, 가용성이나 재료 희소성보다는 용도에 맞는 재료 특성과 특성에 따라 최적의 재료를 선택할 수 있습니다. 예를 들어 항공우주 분야의 기업들은 애플리케이션의 용도에 따라 티타늄 (Ti64)과 알루미늄 (AlSi10Mg)으로 인쇄하는 방식을 전환할 수 있습니다.

2. 디지털 창고 및 소량 생산 - 적층 가공은 '디지털 창고'라는 표현을 만들어냈는데, 이는 STL 파일 라이브러리를 손끝에 두고 물리적 재고 시설이 아닌 컴퓨터 안에 창고를 가지고 있다는 의미입니다. 인쇄할 수량과 대상을 결정할 수 있으므로 휠(또는 스탬프)을 다시 디자인하지 않고도 제한된 생산 라인에 접근하여 신속하게 충족할 수 있습니다.

3. 사용자 지정 및 부품 통합 - STL 파일을 사용하면 프로토타입 또는 초기 디자인을 변경하고 몇 분 안에 프린터로 전송할 수 있습니다. 제품을 위한 툴을 만들 필요 없이 레이저와 STL 파일이 가이드 맵으로 함께 작동하여 완전한 제품을 제작할 수 있습니다. 또한 3D 프린팅의 복잡한 기능 덕분에 AM으로 설계하면 부품을 통합할 수 있습니다.

적층 제조의 단점:

1. 초기 비용 - 산업용 3D 프린팅을 처음 접하는 사람들은 AM 시스템 구매 비용으로 인해 처음에는 충격을 받을 수 있습니다. 이 정도 규모의 시스템을 구입하는 것은 대부분의 조직에서 상당한 투자이지만, 기존 제조업에서 CNC 기계나 주조 공구의 초기 비용을 상각하는 방식과 유사하게 AM 시스템의 비용은 비즈니스 사양에 따라 필요에 따라 재료를 인쇄하고 변경할 수 있기 때문에 시간이 지나면 10배 이상 회수할 수 있습니다.

2. 후처리 - 3D 프린팅 응용 제품을 제작 후 바로 매끄럽게 다듬고 염색하고 마무리하는 과정에는 부품 생산을 효과적으로 완료하기 위한 추가 도구와 장비가 필요할 수 있습니다. 이 경우 전체 프로젝트 완료 날짜에 다소 시간이 추가되지만, 전시될 애플리케이션의 물리적 외관을 최적으로 구현할 수 있습니다.

3. 빌드 크기 제한 - AM 시스템 빌드 용량은 크기에 따라 다르며 모든 애플리케이션 치수를 수용하지는 않습니다. 응용 분야의 복잡성과 AM이 적합한 솔루션인지 여부에 따라 자매 조직인 AMCM(적층 제조 맞춤형 기계)에서 더 큰 제작 볼륨, 더 강력한 레이저, 미세 디테일 해상도(FDR) 등의 사양을 추가하여 EOS 시스템을 수정 및 제작할 수 있습니다.

어떤 프로세스가 적합한지 확인하는 방법

두 공정 모두 장점과 단점이 있으며, 애플리케이션과 생산 목표에 가장 적합한 것이 무엇인지가 관건입니다. 똑같은 단순한 제품을 대량으로 생산하는 경우에는 사출 성형과 같은 전통적인 제조 방식이 더 효율적인 생산 방식일 수 있습니다. 제품 맞춤화를 제공하거나 복잡한 기하학적 디자인 또는 내부 구조가 있거나 시간이 지남에 따라 확장 또는 축소될 수 있는 생산 목표가 있는 경우, 단기 및 장기 제조 모두에 적층 가공을 고려할 가치가 있습니다.

프로덕션 하우스 내에서 적층 제조와 전통 제조가 협업하는 사례입니다:

바우어 하키 리크트 헬멧

바우어는 처음 협업을 논의했을 때 프로토타입에서 생산으로 확장할 수 있는 AM의 능력에 회의적이었습니다. 대량 생산 제품에는 가장 비용 효율적인 솔루션이 아니라는 것을 알고 있었지만, 커스터마이징의 꾸준한 인기를 활용하면 이점을 얻을 수 있다는 것을 알았고, 천편일률적인 헬멧이 아닌 개인에게 꼭 맞는 맞춤형 헬멧을 제공하고자 했습니다. Bauer는 EOS Additive Minds의 도움을 받아 3D 프린팅 제품 라인과 전체 생산을 확장할 계획입니다. Digital Foam.

AM이 귀사의 생산 역량과 포트폴리오에 어떤 도움을 줄 수 있는지 자세히 알아보려면 지금 바로 영업팀에 문의하여 옵션과 생산 목표에 대해 논의하세요.