부품을 연속 생산하려면 어떻게 해야 하나요?

2021년 7월 22일 | 읽기 시간: 6분

적층 제조(AM)는 디자인과 무게뿐만 아니라 제조의 생태 발자국과 활발한 공급망을 고려할 때 기존 제조에 비해 분명한 이점이 있습니다. AM의 잠재력을 최대한 활용하려면 제조업체는 이를 생산 시스템에 성공적으로 통합해야 합니다.

규제 산업에서의 적층 제조 자격 요건

이 여정에서 Additive Minds는 적합한 비즈니스 사례로 적합한 애플리케이션을 식별하고, 최적의 빌드 파라미터를 설계 및 개발하며, 산업별 표준에 따라 애플리케이션을 검증함으로써 고객을 지속적으로 지원하고 있습니다. 항공우주 , 보건 및 의료 기술 등의 산업이 3D 프린팅을 선도적으로 도입하고 있습니다. 안전이 중요한 애플리케이션에 AM을 사용하면 우수한 품질, 안전 및 신뢰성에 대한 높은 표준을 설정할 수 있습니다.

인증은 [...] 프로세스가 지정된 요구 사항을 [...] 충족할 수 있음을 입증하는 프로세스입니다.

JEDEC, JEP 148, "고장 위험 및 기회 평가의 물리학에 기반한 반도체 소자의 신뢰성 검증", 2004년 4월.

자격 검증은 어떻게 진행되나요?

"인증은 [...] 프로세스가 [...] 지정된 요구 사항을 충족할 수 있음을 입증하는 프로세스입니다."[1]. 모든 산업에서 이 요구 사항을 수행하는 방식은 비슷합니다. 일반적으로 제조업체는 잠재적인 생산 위험을 관리하고 적층 제조 공정이 미리 정해진 조건에서 반복 가능한 결과를 제공할 수 있음을 입증하는 데이터를 생성해야 합니다.

터빈 블레이드를 예로 들어 보겠습니다: 제조업체는 공정이 일관되고 생산된 블레이드가 정해진 기간 동안 정해진 힘을 견딜 수 있는지 확인해야 합니다(터빈 블레이드가 부러지는 동안 비행기에 앉아 있기를 원하는 사람은 아무도 없습니다).   

자격 검증은 일반적으로 3단계로 진행됩니다. EOS에서는 일반적으로 설치 자격(IQ), 운영 자격(OQ) 및 성능 자격(PQ)이라는 용어를 사용합니다. 의료 산업에서 파생된 이 용어는 이제 적층 제조 산업에서도 일반적으로 사용되고 있습니다.

설치 자격(IQ)

IQ는 EOS에서 제공하는 표준 절차의 일부입니다. 현장 서비스 엔지니어는 기계 및 장비의 현장 요구 사항이 충족되고 시스템의 핵심 구성 요소가 EOS 사양에 따라 작동하는지 확인합니다. 또한 품질 보증을 위한 테스트 작업을 구축하고 고객과 함께 평가합니다. 모든 결과와 IQ를 완성하는 데 사용된 보정 도구는 최종 보고서에 문서화됩니다.

운영 자격(OQ)

OQ의 목적은 생산 공정이 통제되고 동일한 결과를 제공하는지 확인하는 것입니다. 또한 제조업체는 모든 관련 파라미터가 정의된 허용 오차 범위 내에서 유지되는지 확인해야 합니다.

OQ는 산업별 요구사항에 따라 고도로 맞춤화된 프로세스입니다. OQ를 성공적으로 완료하려면 두 단계가 필요합니다:

위험 관리 시스템 설정 및 역량 평가 수행. 제조업체는 위험 관리의 일환으로 부품 성능에 영향을 미칠 수 있는 공정과 관련된 모든 위험을 식별하고 평가해야 합니다. 이는 입고부터 사후 처리까지 프로세스를 철저하게 정의하고 잠재적 위험을 인식, 평가 및 완화한다는 것을 의미합니다. EOS 고객은 관련 주요 공정 파라미터와 최종 부품 특성에 미치는 영향(예: 품질 교육, 적층 가공 흐름도 및 공정 문서 제공)을 소개하는 교육 및 워크샵을 통해 Additive Minds의 지원을 받을 수 있습니다.

또한 고객들은 종종 시스템, 재료 및 프로세스에 대한 추가 기술 정보뿐만 아니라 EOS가 품질을 보장하기 위해 내부 절차를 실행하는 방법(예: 출시 전에 일관된 소프트웨어 검증을 보장하는 방법)에 대해서도 Additive Minds에 문의합니다.

적절한 위험 완화의 효과를 문서화하고 추적하는 가장 중요한 방법은 프로세스 실패 모드 및 효과 분석(pFMEA)으로, 애디티브 마인즈가 OQ 프로젝트의 일부로 공유하고 맞춤화합니다. 규제 대상 산업의 고객은 모든 개발 활동이 최신 절차에 따라 실행되었음을 보장하기 위해 이 품질 방법론을 수행했다는 증거를 규제 당국에 제출해야 합니다.  

운영 검증의 목적은 프로세스의 효과와 재현성을 입증하기 위한 엄격한 테스트를 제공하는 것입니다. 각 주요 프로세스 변수에 대한 프로세스 윈도우를 결정하기 위한 프로세스 특성화는 전제 조건입니다.

ASTM F3434-20, 적층 제조 가이드 - 생산 제조용 레이저 빔 분말 베드 융합 장비의 설치/운영 및 성능 검증(IQ/OQ/PQ)

적절한 위험 완화의 효과를 문서화하고 추적하는 가장 중요한 방법은 프로세스 실패 모드 및 효과 분석(pFMEA)으로, 애디티브 마인즈가 OQ 프로젝트의 일부로 공유하고 맞춤화합니다. 규제 대상 산업의 고객은 모든 개발 활동이 최신 절차에 따라 실행되었음을 보장하기 위해 이 품질 방법론을 수행했다는 증거를 규제 당국에 제출해야 합니다.  

터빈 블레이드로 돌아가서: pFMEA는 무엇을 커버해야 할까요?

융합 부족은 기계적 특성에 심각한 영향을 미치는 결함으로 안전이 중요한 애플리케이션에서는 피해야 합니다. 이러한 결함이 발생할 수 있는 한 가지 이유는 레이저 창을 제대로 청소하지 않아 레이저 출력이 떨어지기 때문입니다.

이러한 위험을 최소화하기 위해 고객 측에서 몇 가지 완화 조치를 시행할 수 있습니다. 여기에는 기계 설정 중에 레이저 창을 적절히 청소하도록 예방 작업 지침을 제공하거나, 편차를 감지하고 방지하기 위해 최종 블레이드의 CT 스캔이 포함될 수 있습니다.

OQ의 마지막 단계는 역량 연구입니다. 역량 연구는 엄격하게 사전 정의된 테스트 계획(Additive Minds에서 제공 및 사용자 지정)을 따릅니다. 여기에는 모든 프로세스 단계에 대한 모든 관련 테스트 매개변수가 정의됩니다. 여기에는 각 매개변수에 대한 프로세스 기간과 초기 설계 요구 사항을 테스트하는 승인 기준이 포함됩니다. 기능 연구를 성공적으로 통과하려면 데이터시트에 명시된 재료 특성 또는 재료 표준의 일부로 인정되는 재료 특성(고객은 이를 기준점으로 사용)과 같은 모든 허용 기준을 충족해야 합니다.

많은 규제 당국(FDA/EMA의 FAA/EASA)은 고객이 최악의 경우 또는 극한의 공정 조건에서 공정 성능을 검증하기 위해 실험 설계(DoE)도 수행하도록 요구합니다.

실제 사례를 살펴보겠습니다!

ASTM F3434는 제조업체가 '최악의 경우'를 포함하여 실제 생산 중에 발생할 수 있는 모든 조건에 도전할 것을 요구합니다. 이 요구 사항으로 인해 고객 측에서 몇 가지 질문이 발생할 수 있습니다. 중요한 안전 구성 요소를 시장에 출시할 때 제조업체는 전적으로 책임을 지므로 이러한 질문에 답할 필요가 있습니다.

• 적층 제조 장비의 레이저 출력은 얼마나 빨리 저하되나요?
• 레이저 출력 손실로 이어질 수 있는 주요 요인은 무엇인가요?
• 애플리케이션이 설계 요구 사항을 준수하지 않을 때까지 레이저 출력 손실이 어느 정도까지 허용됩니까?
• 레이저 출력이 빌트인 플레이트 전체에 얼마나 균등하게 분포되어 있으며, 예를 들어 f-세타 렌즈가 이 분포에 영향을 미치나요?

OQ가 완료되면 제조 공정은 특정 애플리케이션에 대한 인증, 즉 성능 인증을 받아야 합니다.

성능 자격(PQ)

성능 인증은 인증 프로세스의 마지막 단계입니다. "이 분석을 통해 장비 및 공정 제어가 제품 사양을 충족하는 데 적절한지 여부를 확인합니다."[2]. 모든 공정 단계가 서로 연결되어 최종 부품에 필요한 사양을 제공하는지 검증합니다.

PQ는 OQ에서 이미 광범위한 작업이 대부분 완료되었기 때문에 자격 심사 내에서 다소 짧은 단계가 될 수 있습니다. PQ는 최종적으로 특정 유형의 항공기 엔진용 터빈 블레이드와 같은 특정 애플리케이션에 일반 프로세스를 채택하고 보완합니다.

PQ는 OQ와 마찬가지로 다시 엄격한 테스트 계획을 따르지만 이번에는 부품 자체에 초점을 맞춥니다. PQ는 작동 매개변수, 장비 한계 및 부품 입력을 정의합니다. 연속 생산에서는 예를 들어 파우더를 처리, 리퍼브 및 재사용하는 절차를 명확하게 정의하고 구현해야 합니다.

터빈 블레이드 생산의 경우 이는 몇 가지 의미를 갖습니다: 제조업체는 재활용 파우더에 대한 사양과 리퍼비시 실행 방법에 대한 지침을 정의해야 합니다. 파우더가 안정된 상태로 유지되고 그 상태와 이력이 적절히 문서화되어야 하므로 파우더를 폐기할 때 한도를 설정해야 합니다.

프로세스의 자격을 유지하려면 어떻게 해야 하나요?

인증이 완료되면 제조업체는 공정 변경의 심각성 및 최종 부품에 대한 잠재적 영향과 관련하여 공정을 평가해야 합니다. 이 평가에 따라 프로세스의 적격성을 유지하기 위해 다양한 재적격화 접근 방식을 적용할 수 있습니다.

기계 OEM으로서 EOS는 이 평가를 수행할 수 없습니다. 이 평가는 제조업체의 책임입니다. 그러나 이 평가를 위한 관련 정보를 제공함으로써 EOS는 고객의 노력을 줄이고 산업 등급의 제품, 프로세스 및 조직에 대한 신뢰를 구축하는 데 기여할 수 있습니다. 고객이 새로운 기능과 관련된 잠재적 위험을 더 쉽게 평가할 수 있다면 EOS는 고객에게 업데이트된 고급 기능 및 솔루션을 신속하게 제공할 수 있습니다.

요약

적격성 검증은 연속 생산에서 일반적인 관행입니다. 적층 가공에 대한 절차와 요구 사항은 다른 생산 기술과 동일합니다. 검증된 제품은 항공 우주가 가장 안전한 운송 수단 중 하나가 될 수 있도록 합니다. 이를 통해 고객은 적층 제조를 위한 인증을 획득하고 EOS와 함께 성장하여 적층 제조 기술의 배포를 미래로 확장할 수 있습니다.