MTU - EOS 3D 프린팅 기술로 비용 효율적 제작 가능

도전 과제

안전하고 비용 효율적인 시리즈 구성 요소의 제작을 위해 기존 EOS 장비의 최적화된 사용

항공우주 분야는 세계에서 가장 혁신적인 분야 중 하나입니다. 에어버스는 A380의 디자인에만 380개 이상의 특허를 출원했습니다. 대량 생산에 적합한 신소재와 기술은 비용, 무게, 기능 등의 이유로 이 산업에서 중요한 역할을 합니다. 이 때문에 제조업체와 공급업체 모두 레이저를 사용하여 분말을 한 층씩 경화시켜 부품을 생산하는 적층 제조 공정의 성능 기능을 테스트하고 있습니다. 

이 방법은 개별 부품을 빠르게 생산할 수 있기 때문에 원래 프로토타입 제조에 사용되었습니다. 그러나 많은 장점으로 인해 이 기술은 이후 대량 생산의 필수 요소로 자리 잡았습니다.

이 공정과 관련된 장점으로는 설계의 자유도가 높아질 뿐만 아니라 초경량, 내화성/난연성 플라스틱부터 다양한 금속에 이르기까지 사용 가능한 원자재의 범위가 넓어진다는 점이 있습니다. 일반적으로 항공기가 하늘을 나는 순간 비용과 안전에 대한 압박이 중요한 원동력이 됩니다. 따라서 새로운 기술을 도입할 때는 적절한 중간 지점을 선택하는 것이 중요합니다. 독일의 선도적인 엔진 제조업체인 MTU 에어로 엔진은 적층 가공을 사용하기 위해 전략적인 단계별 접근 방식을 취했습니다.

이 회사는 현재 7대의 EOS 머신을 사용하고 있습니다. "약 10년 전, 우리는 툴과 개발 구성 요소를 제조하는 것으로 시작했습니다."라고 MTU의 래피드 기술 책임자인 칼 하인츠 두셀(Karl-Heinz Dusel) 박사는 말합니다. "용량 활용도를 최적화하고 단계별 계획을 실행하기 위해 우리는 기술을 적용할 수 있는 다른 분야를 찾아 나섰습니다." 주요 과제는 한편으로는 비용과 안전을 고려하고 다른 한편으로는 전략적 혁신을 추구하는 것이었습니다.

솔루션

에어버스 A320neo용 차세대 엔진인 PurePower® PW1100G-JM의 기어드 터보 팬용 보어스코프 보스의 적층 제조.

보어스코프 보스는 최신 엔진인 기어드 터보 팬(GTF)에 사용되며, EOS 기계를 사용하여 제조됩니다. "두 번째 단계가 시작될 때 우리는 기존 부품을 대체하는 원시 부품을 생산하기 시작했습니다. A320neo-GTF의 저압 터빈용 보어스코프 보스가 이 범주에 속합니다."라고 칼-하인츠 두셀은 설명합니다. 이 작은 추가 부품을 통해 기술자는 내시경을 사용하여 엔진 내부의 터빈 블레이드 상태를 확인할 수 있습니다. 이 부품은 터빈 하우징에 리벳으로 고정되어 내시경이 들어갈 구멍을 만드는데, 항공우주 분야에서는 이를 보어스코프라고 부릅니다. 내열성과 내구성은 사용된 니켈 기반 합금의 주요 특징입니다. 이 고품질 소재는 부품이 요구하는 최상의 결과를 얻을 수 있지만 기계 가공이 어렵습니다. 다행히도 이러한 문제는 적층 제조를 통해 쉽게 극복할 수 있습니다. MTU는 원자재 생산업체이기도 하기 때문에 새로운 공정 체인을 개발할 수 있었고, 이를 승인받아 제조 시스템에 통합했습니다. 전체 제조 공정은 MTU에서 특별히 개발한 제어 시스템에 의해 뒷받침됩니다. 온라인 모니터링은 각 개별 생산 단계와 레이어를 캡처합니다. 또한 광학 단층 촬영과 같은 새로운 품질 보증 절차가 도입되었습니다. 독일 연방 항공 당국은 EOS 장비를 인증하기도 했습니다. 과거에는 보어스코프 보스를 주조하거나 고체에서 밀링했지만, A320neo의 기어드 터보 팬용 저압 터빈은 적층 가공으로 생산된 보어스코프 보스를 연속적으로 장착한 최초의 터빈입니다. 무엇보다도 생산 자체와 개발 단계 모두에서 EOS 기술의 비용 이점이 결정적인 요인이었습니다.

결과

전략적인 접근 방식은 EOS와의 긴밀하고 긍정적인 협업과 마찬가지로 MTU에게도 성과를 거두었습니다. 이제 보어스코프 보스의 대량 생산을 위한 준비가 시작되었습니다. 작업당 16개의 부품, 연간 최대 2,000개의 부품이 예상됩니다. 기존 공정에 비해 비용 절감 효과는 두 자릿수에 달할 것으로 예상되며 품질은 이미 높은 수준에 도달했습니다. MTU와 EOS는 구조적 역학의 완벽함을 목표로 부품의 마감, 특히 매끄러운 표면을 더욱 최적화하기 위해 협력하고 있습니다.

MTU는 베어링 하우징이나 터빈용 블레이드와 같이 안전성과 신뢰성 측면에서 가장 높은 요구 사항을 충족해야 하는 항공 엔진 제작용 시리즈 부품의 추가 제조에 많은 잠재력이 있다고 보고 있습니다. MTU의 목표: 15년 이내에 상당수의 부품이 산업용 3D 프린팅을 사용하여 제조되어야 합니다. 따라서 EOS 기술은 세계에서 가장 까다로운 분야에서 활약하고 있는 이 회사의 경쟁력에 기여하고 있습니다.