Liebherr | 최초의 금속 3D 프린팅 1차 비행 제어 유압 부품

도전 과제

기존의 기본 비행 제어 유압 부품을 적층 제조 부품으로 대체하여 비행에 대한 모든 인증 요건을 충족합니다.

친환경에 대한 인식이 높아지고 연료 가격이 상승하며 대체 에너지원이 부족한 상황에서 항공우주 산업은 경쟁력을 유지하기 위해 새로운 기술을 찾아야 합니다. 파우더 베드 기반 산업용 3D 프린팅은 근본적인 변화를 가져오고 혁신적인 구성 요소를 촉진할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 리페르는 6년 전부터 적층 제조 프로그램을 시작했습니다. 이제 그들은 EOS 금속 3D 프린팅 기술이 유압식 항공기 매니폴드에 적용 가능하다는 것을 입증했습니다. 리페르는 에어버스 및 켐니츠 공과대학교 연구팀과 함께 연방 경제에너지부(BMWi)의 지원을 받아 프로젝트를 시작했습니다.

목표는 기존의 주요 비행 부품인 고압 유압 밸브 블록을 적층 가공된 부품으로 대체하는 것이었습니다. 

항공기에서는 많은 부품이 함께 작동하여 안전한 비행을 보장합니다. 스포일러 액추에이터는 스포일러를 원하는 위치로 이동시켜 비행기의 양력을 감소시킵니다. 이러한 종류의 주요 비행 제어 부품은 생산 과정에서 최고 수준의 품질과 정밀도가 요구됩니다. 일반적으로 밸브 블록 제조는 단조 원재료에서 시작하여 가공, 트리밍, 드릴링, 최종 조립을 거칩니다. 이 공정 체인은 시간이 많이 걸리고 복잡하여 최적화의 여지가 거의 없습니다. 그러나 공정 단계의 수는 금속 3D 프린팅으로 달성할 수 있는 개선의 여지를 보여줍니다. 미래의 유망한 기술로서 적층 제조의 가능성을 입증하려면 새로운 부품이 더 가볍고 자원 효율적이며 친환경적이어야 합니다.

솔루션

더 적은 부품과 효율적인 공정 체인으로 경량 3D 프린팅 부품 제조

해결책은 EOS의 신뢰할 수 있는 고품질 산업용 3D 프린팅 기술을 사용하여 항공 산업에서 구현할 수 있는 설계 및 프로세스 체인을 개발하는 것이었습니다. 먼저 기존 부품을 분석했습니다. 유압 구조를 파악하고 보조 섹션을 제거했습니다. 지능적이고 짧은 연결 라인을 최적화하기 위해 설치 공간과 인터페이스 요구 사항을 고려하여 주요 구성 요소의 위치를 재고했습니다. 이를 통해 새로운 부품 설계의 토대가 마련되었습니다. "산업용 3D 프린팅을 사용하면 복잡성은 더 이상 문제가 되지 않습니다. EOS M 290 시스템에서 부품은 각각 30~60μm 두께의 얇은 층으로 구성되므로 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다."라고 리페르-에어로스페이스 린덴버그 GmbH의 적층 제조, 연구 및 기술 수석 엔지니어인 Alexander Altmann은 설명합니다. "기능 요소는 곡선 파이프를 사용하여 서로 직접 연결되었습니다. 따라서 횡방향 보어가 많은 복잡한 파이프 시스템이 필요하지 않아 생산 시간을 절약할 수 있습니다." 

선택한 소재인 티타늄 합금은 다양한 장점을 제공하기 때문에 항공기에 특히 적합합니다. 티타늄은 매우 가볍고 기계적으로 안정적이며 내식성이 매우 뛰어나기 때문에 작동 중 비용 효율성은 물론 무게를 줄일 수 있습니다. 후처리 단계에는 응력 완화를 위한 열처리와 유압 채널에 대한 특수 처리 등이 포함됩니다. 

마지막으로 "부품과 부품을 만드는 소재의 신뢰성과 안전성에 대해 조금의 의심도 있어서는 안 됩니다. EOS 기술을 통해 우리는 최고 품질의 티타늄 부품을 안정적으로 제조할 수 있으며, 이는 다음 단계의 연속 생산을 위한 전제 조건입니다."라고 Alexander Altmann은 설명합니다.

결과

새로운 적층 제조 밸브 블록은 기존 밸브 블록과 동일한 성능을 제공하면서도 35% 더 가볍고 더 적은 수의 부품으로 제작되었습니다. 10개의 기능 요소를 새로운 밸브 블록에 통합하여 횡방향 보어가 많은 복잡한 배관 시스템을 제거할 수 있었습니다.

"동일한 제품을 더 적은 질량과 더 적은 부품으로 만드는 것이 적층 제조의 슬로건일 수도 있지만, 이는 리페르-에어로스페이스에 있어 중요한 진전입니다."라고 알트만은 말합니다. 새로운 3D 프린팅 부품은 현재 A380 항공기의 시험 비행에 성공적으로 적용되었습니다. 

산업용 3D 프린팅은 기존의 밀링 공정에 비해 덜 복잡하고 재료 효율이 매우 높으며 티타늄 폐기물을 최소화하는 데 도움이 됩니다. "오늘날 밸브 블록을 제조하는 데 하루 정도 걸리는데, EOS M 400-4를 사용하면 제작 시간을 75% 이상 단축할 수 있습니다."라고 Alexander Altmann은 말합니다.

경량 3D 프린팅 밸브 블록과 향후 3D 프린팅 부품은 연료 소비를 줄이고 CO2 및 NOX 배출을 줄이는 데도 기여할 것입니다. 항공기 부품에 대한 요구 사항이 매우 까다롭기 때문에 리페르는 절대적으로 신뢰할 수 있는 생산 공정을 구축하기 위해 적층 제조 방법을 세세한 부분까지 이해하는 데 중점을 두고 있습니다. EOS에서 리페르는 적층 제조 공정 중 품질 보증을 지원하는 기술 제공업체 및 파트너를 보유하고 있습니다. 파일럿 단계에 참여함으로써 리페르는 원활한 실시간 부품 검사를 가능하게 하는 EOS 모니터링 제품군의 새로운 모듈인 EOSTATE Exposure OT 의 개발에 기여할 수 있었습니다. 

"앞으로는 산업용 3D 프린팅 공정에서 재료 결함을 빠르게 식별하고 컴퓨터 단층 촬영과 같은 다운스트림 품질 보증 프로세스의 필요성을 줄이는 데 도움이 될 것입니다."라고 알렉산더 알트만은 말합니다.