새로운 에어버스 A350 XWB를 위한 소게티 하이테크 적층 제조

도전 과제

적층 가공을 사용하여 A350 수직 스태빌라이저의 카메라 케이블 라우팅 마운트를 시간 내에 개발 및 생산한 사례

이 프로젝트에는 특히 최신 에어버스 모델용 케이블 라우팅 마운트를 제작하는 작업이 포함되었습니다. 이 마운트는 궁극적으로 수직 안정 장치에 위치한 카메라의 전원 공급 및 데이터 전송을 위해 필요했으며, 승객에게는 외부의 시야를, 조종사에게는 지상의 방향을 제공하는 역할을 합니다.

제품 요구사항 문서에는 대량 생산에 적합한 기능적 작동 부품이 필요했습니다. 이 작업은 파리 증권거래소에 상장된 Cap Gemini S.A.의 전액 출자 자회사인 소게티 하이테크에 맡겨졌습니다.

이 사례에서 특히 어려웠던 점은 단 2주라는 짧은 리드 타임이었습니다. 이 기간 내에 전체 개발을 완료해야 했습니다: 부품 및 현재 설치 설정 분석부터 토폴로지 최적화를 위한 파라미터 연구와 해석, 완성된 부품의 설계 및 생산까지. 또한 마운트는 후처리를 피하기 위해 가능한 한 적은 수의 지지 구조를 가져야 했습니다.

또한 부품 사양은 스냅온 케이블 홀더의 통합, 무게 감소, 후속 항공 산업 인증을 위한 엄격한 요건 준수를 요구했습니다.

기존에 생산된 부품은 성형된 판금 부품과 수많은 리벳으로 구성되었으며, 총 30개 이상의 개별 부품으로 이루어져 있었습니다. 상단 부분의 플러그 커넥터는 플라스틱으로 제작되어 마운트의 다른 개별 부품과는 다른 재질로 만들어졌습니다. 목표는 플러그 커넥터를 포함한 단일 부품으로 구성된 통합 솔루션을 개발하여 제작 및 설치 시간을 크게 단축하는 것이었습니다. 적층 제조의 무게 감소 목표는 토폴로지 최적화를 기반으로 한 파라미터 연구를 통해 결정되었습니다.

솔루션

단일 구성 요소로 축소하고 EOS M 400 에서 제조하면 생산 시간이 19시간으로 최소화됩니다.

새로운 부품을 위해 소게티 하이테크는 적층 제조 부품 설계를 위해 검증된 개발 프로세스를 따랐습니다. 이 프로젝트는 기존의 재래식 생산 부품을 향후 제조 공정 측면에서 분석하는 것으로 시작되었으며, 그 결과는 매우 긍정적이었습니다. 이 부품의 기능, 소재, 이전에는 복잡했던 구조는 EOS의 파우더 베드 기반 3D 프린팅 기술에 이상적인 후보였습니다. 이 기술이 제공하는 설계의 자유로움 덕분에 복잡한 구조를 단일 부품으로 제작할 수 있어 기능적 통합을 무시하지 않으면서도 무게를 줄이는 디자인을 선택할 수 있습니다.

이 분석을 통해 케이블 라우팅 마운트가 차지할 수 있는 공간인 이른바 설계 공간을 정의할 수 있었습니다. 벽이 얇고 복잡한 구조에 이상적인 알루미늄 합금 AlSi10Mg가 재료로 선택되었습니다. 외부 영역에 대한 인터페이스는 동일하게 유지되어 비설계 공간을 형성하므로 변경할 필요가 없었습니다. 정의된 하중은 파라미터 연구에서 토폴로지 최적화를 위한 경계 조건으로 사용되어 새로운 설계의 기초를 제공했습니다.

통상적으로 토폴로지 최적화 계산에는 CAE 소프트웨어가 사용되었지만, 재설계에는 자유형 표면을 가진 구조 설계를 위한 전용 솔루션이 사용되었습니다. 소게티 하이테크는 설계를 직접 제작했습니다. 2주라는 리드 타임을 맞추기 위해 EOS는 소프트웨어 EOSPRINT 를 사용하여 토폴로지 최적화 결과에서 빌드 시간을 계산하고 파라미터를 최적화했습니다. 이를 통해 제조 공정의 가능성과 한계, 지지 구조를 피해야 할 필요성을 고려하면서 제조된 부품에 대한 CAE 구현을 생성했습니다.

결과

소게티와 EOS의 협력 덕분에 DMLS 기술이 제공하는 설계의 자유를 최대한 활용하는 동시에 제한 사항을 고려한 적층 제조에 최적화된 부품을 개발할 수 있었습니다. 이를 통해 케이블 라우팅을 위한 플러그 커넥터를 설계에 통합하고 특정 중요 영역에 국소 보강재를 통합하여 구조를 최적화할 수 있었습니다. 구성 요소 내의 자체 지지 구멍과 스트럿은 수고와 사후 처리 비용을 최소화하는 데 도움이 됩니다.

또한 마운트는 필요할 때마다 매우 빠르게 제작할 수 있습니다. 90μm의 층 두께를 가진 EOS M 400 층 두께가 90μm인 마운트의 경우 이전에는 70일이 걸렸던 제조 시간이 19시간밖에 걸리지 않습니다.

이는 생산 시간이 90%를 훨씬 초과하는 단축에 해당합니다. 이는 많은 개별 단계와 이전에는 30개의 부품이 한 번에 생산할 수 있는 중앙 구성 요소로 통합되었기 때문입니다. 또한 개별 부품을 더 이상 제작하여 재고를 보유할 필요가 없으므로 비용이 많이 들 수 있습니다. 전체 부품 어셈블리의 보관도 훨씬 간편해졌습니다.

소게티는 제작뿐만 아니라 개발 과정에서도 엄청난 시간을 절약할 수 있었습니다. 초기 스케치부터 완성된 컴포넌트까지 전체 프로세스는 단 2주밖에 걸리지 않았습니다. 이는 경이로운 리드 타임입니다. 동시에 이 디자인은 무게 효율성도 향상되었습니다.

기존 방식으로 제조된 오리지널 부품의 무게가 452g인 반면, 추가적으로 제조된 케이블 마운트의 무게는 317g에 불과하며, 항공 업계에서는 연료 소비를 최소화하기 위해 단 1g의 무게도 중요하게 여기는 것으로 잘 알려져 있습니다. 고객인 Airbus는 그 결과에 만족했습니다.