적층 가공과 사출 성형은 어떻게 결합할 수 있을까요?

2023년 1월 2일 | 읽기 시간: 5 분

적층 가공과 사출 성형의 결합으로 부품의 전체 수명 주기를 마스터할 수 있습니다. 3단계 프로세스를 살펴보고 자세한 내용은 백서를 다운로드하세요.

두 세계의 장점을 모두 선택하세요

적층 가공(AM)과 사출 성형(IM)은 종종 경쟁하는 두 가지 플라스틱 가공 기술로 묘사됩니다. 때때로 적층 가공은 기존 제품의 시장 점유율을 빼앗는 파괴적인 생산 기술로 포지셔닝되기도 합니다. 그러나 사출 성형은 거의 한 세기에 걸쳐 개발된 성숙한 기술로 다양한 응용 분야에서 높은 품질과 반복성을 제공하며, 다양한 재료로 최대 천만 개의 부품을 대량 생산할 수 있는 현실적인 기대치를 제공합니다.

반대로 적층 가공을 통해 오늘날 사용자는 완전한 디지털 가치 사슬을 통해 대량 맞춤형 부품, 복잡한 형상, 최대 20만 개의 소량 부품을 경제적으로 제조할 수 있습니다.

유럽연합 집행위원회에 따르면 첨단 제조는 처음에 다음과 같이 정의되었습니다:

"첨단 제조는 로봇 공학, 3D 프린팅, 인공 지능, 고성능 컴퓨팅 및 모델링과 같은 새로운 기술과 혁신적이고 첨단 기술을 사용하여 복잡한 제품을 생산합니다 [...]" 대부분의 출처는 '혁신에 대한 집중'을 정의의 핵심 요소로 강조합니다. 이 백서의 저자는 기존 정의에 다음과 같은 내용을 추가하여 확장합니다: "첨단 폴리머 제조는 제품 수명 주기 전반에 걸쳐 혁신을 위해 기존 및 최신 플라스틱 가공 기술 간에 원활하게 전환할 수 있는 능력을 의미합니다."

진정한 첨단 제조를 실현하려면 제조 라이프사이클 전반에 걸쳐 두 기술을 유연하게 결합해야 합니다. 이를 달성하는 방법은 부분적으로 특정 애플리케이션의 기술 및 경제적 요구 사항에 따라 달라집니다. 또한 첨단 제조를 포괄적인 개념으로 간주해서는 안 되며, 생산 라이프사이클의 각 단계마다 생산 기술의 다양한 조합이 적합하다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.

적층 가공과 복합 가공의 '싸움'에 대한 반론인 이 접근 방식은 EOS의 컨설팅 부서인 Additive Minds가 사출 성형기의 선두 제조업체인 크라우스마페이(KraussMaffei)와 긴밀히 협력하여 개념화해 온 것입니다. 양사는 기업이 플라스틱 제조의 다양한 측면에서 직면할 수 있는 현재와 미래의 과제를 평가하고 두 공정 기술을 가장 잘 적용하고 통합하는 방법을 결정하는 데 도움이 되는 프레임워크를 함께 만들었습니다.

이 프레임워크는 의사 결정권자가 기술, 경제성, 조직의 첨단 제조 준비 상태 등 세 가지 범주에 따른 기준에 따라 적합한 플라스틱 가공 기술을 선택하는 데 도움이 될 것입니다. 프레임워크의 결과는 일련의 그래프로 표시되며, 다음 중 어떤 제조 시나리오가 적합한지 보여줍니다:

• 프로토타이핑을 위해 AM을 적용하고 램프업 단계가 시작되면 IM으로 전환하기
• AM과 IM은 모두 기술적으로 램프업 및 감소 단계에 적합합니다. 경제성 기준에 따라 AM에서 IM으로 전환할 배치 크기가 결정됩니다.
• 제공된 기술 및 경제적 기준에 따라 완성된 적층 제조 솔루션에 대한 권장 사항
• 제공된 기술 및 경제적 기준에 따라 완성된 IM 솔루션을 추천합니다.

의사 결정 프레임워크 사용

애플리케이션에 가장 적합한 제조 기술을 찾는 것은 특히 사출 성형과 같은 기존 제조에 집중할지, 아니면 산업용 적층 제조에 집중할지 결정할 때 어려울 수 있습니다.

개발된 의사 결정 프레임워크는 각 애플리케이션에 가장 적합한 제조 기술을 선택하는 데 도움이 되는 간단한 3단계 프로세스입니다. 주어진 애플리케이션 및 라이프사이클 단계에 대한 평가표를 작성하면 고려할 제조 시나리오를 제안하는 그래프 세트가 생성됩니다.

1단계 - 경제 및 기술 기준 평가

첫 번째 단계는 그림의 평가표를 작성하여 경제적 및 기술적 관점에서 애플리케이션을 평가하는 것입니다. 각 경제적 및 기술적 특성에는 중요도에 따라 프레임워크의 권장 사항에 영향을 미치는 점수가 있습니다.

경제적 요인에는 시리즈의 크기, 제조 시간, 제품의 고도의 맞춤화 여부, 제품의 수명 주기 단계 등이 포함됩니다. 기술적 특성에는 부품 크기, 표면 품질 및 필요한 공차, 규제 요구 사항 및 재료 가용성 등이 포함됩니다.

표의 네 가지 특성은 파란색/주황색으로 강조 표시되어 있습니다. 이를 "스타 특성"으로 정의합니다. 이러한 특성이 적용되는 경우 시나리오는 완전한 AM 또는 IM 솔루션으로 전환됩니다.

이러한 시나리오의 예로 연간 생산량이 500만 개를 초과하는 애플리케이션을 들 수 있습니다. 이 경우 IM의 툴링 비용과 생산성이 시중의 어떤 적층 가공 솔루션보다 더 높을 것입니다. 반면에 애플리케이션에 대량 맞춤 제작이 필요한 경우, 맞춤형 애플리케이션을 위한 여러 툴을 생산하는 비용보다 적층 제조 시나리오가 더 크므로 애플리케이션이 적층 제조 전용 생산 시나리오로 전환될 것입니다.

2단계 - 기업의 조직 준비도 평가

표의 마지막 섹션은 조직의 준비 상태를 살펴보는 영역입니다. 이는 궁극적으로 기업의 기술 평가 및 전환 능력을 정의하기 때문에 프레임워크의 가장 중요한 측면입니다.

이는 조직이 주어진 애플리케이션에 현실적으로 적용할 수 없는 기술 조합을 제안하는 것은 의미가 없기 때문에 중요합니다. 이를 위해 (사내) IM 지식 수준, 기술 간 교체 위험, 신기술에 대한 개방성 등의 특성이 동일한 경제 및 기술 기준에 대한 프레임워크에서 제안하는 시나리오에 영향을 미칩니다. 이 섹션의 평가 결과에 따라 조직은 다음 수준 중 하나에 속하게 됩니다:

• 낮음 - IM 또는 AM을 전문으로 하는 조직입니다. 생산 라인을 운영할 수 있는 제조 역량과 경험을 갖추고 있습니다.
• 중간 - IM 또는 AM을 전문으로 하는 조직입니다. 또한 다른 기술을 초급에서 중급 수준으로 적용할 수 있는 지식을 보유하고 있습니다. 간단한 손익분기점 분석을 기반으로 두 기술 중 하나를 선호하여 결정을 내릴 수 있습니다.
• 높음 - 이 조직은 두 가지 기술을 모두 전문으로 하며, 기존 플라스틱 가공 기술과 최신 플라스틱 가공 기술 간에 원활하게 전환할 수 있습니다. 모든 재료에 대한 필수 지식, 두 제조 기술의 공정에 대한 심층적인 전문 지식, 사용 가능한 제조 생산량에 대한 이해를 갖추고 있습니다.

3단계 - 결과 분석

프레임워크가 완료되면 백서에 설명된 대로 조직의 준비 수준에 따라 세 가지 그래프를 제공합니다. 다양한 그래프를 검토하면 조직 준비도의 영향을 확인할 수 있으며, 제조업체가 첨단 제조를 향한 여정에서 현재 어느 단계에 있는지 솔직해지는 것이 얼마나 중요한지 강조합니다. 최종 권장 사항은 제조 프로세스 전반의 모든 이해관계자와 논의할 수 있는 지점을 제공합니다. 

상호 보완적인 제조 기술

오늘날 적층 제조 및 IM 생산 기술은 첨단 제조를 위한 비전의 핵심 요소입니다. 기존 제조 기술과 디지털 제조 기술 간의 원활한 전환은 부품 특성, 경제적 측면, 수명 주기 단계 및 조직의 전반적인 준비 상태에 따라 달라집니다.

이 문서에 설명된 단계별 접근 방식을 사용하면 제조업체는 제조 공정을 결합하는 고급 제조 기술로 쉽게 전환할 수 있습니다. 이 프레임워크는 올바른 질문을 던지고 사출 성형 또는 적층 제조 중 어떤 것을 사용할지 결정할 수 있는 도구를 제공합니다.