황금 시간대를 위한 형상적응형 냉각 (Conformal Cooling)
바스텍(Bastech)는 3D시스템의 형상적응형 냉각을 인젝션 몰딩에 활용하여
온도를 유지하면서 공정 과정의 순환 시간을 단축하였고 프로그래밍과 출고 시간이 단축되어 큰 이익을 봤다.
산업 인젝션 몰딩 초기부터 지속적으로 과제였던 부분은 몰드 표면의 온도 유지다.
온도 유지를 위해서 제조 업체는 배플, 거품과 히트 파이프를 사용하였다.
또한 블록들을 함께 코팅하고 몰드에 복잡한 드릴 셋업을 추가하였다.
지난 10년 동안 형상적응형 냉각은 파트에 부착된 냉각 회로로 설계되어
인젝션 몰딩 온도를 제어하는 솔루션으로 자리매김해왔다.
하지만 이 냉각 시스템은 설계의 새로운 층을 추가하고 생산 복잡성 증가시킨다.
“변치 않는 방법론”
바스텍은 오하이오에 위치하고 있고 생산 현장에 첨가제조 서비스 및 장비 판매를 하여 솔루션을 제공한다.
하지만 온도 문제를 늘 풀지 못했다.
쉽고 효율적인 방법이 있다고 믿고 찾는 과정 중에서 3D 시스템즈 골드 등급의 공식 파트너로서
3D 시스템즈의 최신 기술과 전문 자료를 확인할 수 있었다.
주기 시간을 14%, 총 비용을 16% 감소시킨 형상적응형 냉각 회로
바스텍에게 해결 방안이 된 것은 3D 시스템즈 Cimatron 몰드 제작 소프트웨어와
ProX DMP 200의 프린팅 시스템의 문서였다.
형상적응형 냉각 몰드 디자인 시뮬레이션은 Moldex3D 소프트웨어를 사용했고
완료된 DMP(메탈) 몰드는 3D 시스템즈 Geomagic 제어 소프트웨어로 점검했다.
이 과정은 디지털과 물질적 세계가 하나로 쉽게 합쳐진 제조 솔루션의 처음에서 끝이다.
바스텍의 CEO인 Ben Staub는 “효과가 뛰어난 소프트웨어들의 결합은 완전한 밀도의
메탈 파트를 표면이 매끄럽게 제작하여 3D프린팅의 가능성을 한층 업그레이드 시켜주고
제한된 후 처리는 맞춤형 냉각 몰드를 제작하는 데에 변치 않는 방법론을 제시해준다.
디자인 및 분석 자동화
바스텍의 첫 번째 벤치마킹은 부피, 사이즈 및 디자인 형태가 흡사한 두 가지 파트이다.
한 개는 공형 핵심이 설계된 후 3D 프린터로 제작되었고 다른 한 개는 나선형 배플 형태로 설계되었다.
형상적응형 냉각 디자인은 CAD/CAM 소프트웨어에서 전문적인 Cimatron으로 제작되었다.
최신 버전의 Cimatron은 냉각 디자인과 분석 기능을 갖고 있어 제조를 위한
전통적인 드릴 냉각 회로와 형상적응형 냉각 회로를 지원한다.
Moldex3D와 Cimatron 인젝션 몰드 디자이너가 협업하여 자동
몰드 주입 분석이 가능해졌고 냉각회로 배치를 최적화 할 수 있게 됐다.
“좋은 3D 프린팅 설계를 위해서는 구조적인 서포트 디자인의 깊은 이해와
소재비용 및 제작 시간 최소화를 이룰 수 있어야 합니다.
Cimatron 소프트웨어로 이러한 전문성을 갖출 수 있고 CAD 패키지로
복잡한 내부 회로를 확인하지 않고 확인할 수 있게 합니다”,
바스텍 엔지니어링 관리자인 Scott Young이 말했다.
공정 시간 및 반복 과정 감소
처음 벤치마킹한 바스텍의 디자인은 산업용 조립품에 사용되는 테이퍼 나선이었다.
형상적응형 냉각 회로는 눈물방울 형태를 회전시킴으로써 한 측면이 코어의 바깥 표면과 평행하도록 만들면서 제작된다.
Bastech은 ProX DMP 200이 한번에 제작할 수 있도록 지오메트리를 설계할 수 있었다.
3D 프린트된 몰드를 디자인하는데 2일이 걸렸고 ProX DMP 200으로 3일만에 제작하였다.
생산성을 최대화하기 위해 바스텍은 몰드 제작을 위한 3D 프린터와 바스텍 프로젝트를 위한 파트를 동시에 진행했다.
3D시스템즈의 SLA 기술과 ProX DMP 200의 머레이징 스틸로 시제품 제작된 형상적응형 냉각 회로와 바스텍 몰드 코어 인서트
ProX DMP 200은 낭비가 덜 하고 생산 속도가 빠르고 셋업 시간이 짧고
메탈 파트 밀도가 매우 높으며 복잡한 어셈블리를 한번에 제작이 가능하여 예전 제조 방식보다 저렴하다.
“현장에서 더 많은 툴링을 제공하고 병목 문제를 없애줍니다.
EDM와 드릴 과정 및 CNC와 연마 작업이 제외되어 30 ~ 40 시간을 줄여줍니다”, Staub(CEO)는 말했다.
ProX DMP 200과 Cimatron 소프트웨어를 함께 사용하여 프로그래밍과 제작 완료까지 과정에서 40 시간 이상을 단축시켰다.
모든 비용을 고려했을 때 기존 방식보다 약 18% ($1,765)가 절약된 것이다.
더 중요한 부분은 형상적응형 냉각 몰드는 온도를 더 낮게 유지해주고 주기 시간을 22% 단축시켰다.
“주기 시간과 초 단위의 온도 유지 능력은 인젝션 몰딩에서 매우 중요한 부분이라고 볼 수 있습니다” Staub는 말했다.
“온도 유지를 오래하면 할수록 금형을 더 높은 품질의 파트를 뽑을 수 있습니다.
온도가 변하면 형체가 뒤틀어지고 주기 시간이 길어집니다. 이 문제가 제거되어 큰 효과를 볼 수 있는 겁니다”, Young은 덧붙였다.
코어를 넘어선 비용 절약
두 번째 벤치마킹에서는 바스텍은 conformal core를 사용하여 완전한 코어, 구멍 및 슬라이드 몰드 이상을 진행해봤다.
이번 목표는 기존 방식의 디자인과 conformal 디자인 사이에 화씨 110도를 유지하여 쿨링과
주기 시간이 영향을 받는지 확인하는 것이었다.
다시 한번 자료와 같이 프로그래밍, 기계 가공 및 연마, EDM은 형상적응형 냉각 디자인에서 제거되었다.
Cimatron 소프트웨어를 통한 자동화는 설계 시간을 30시간을 7시간으로 크게 단축시키고 총 절약된 비용은 $2,505 (16%)였다.
핵심 효과
“모든 금형 제작사들은 더 효율적인 냉각 기술을 오랜 세월 동안 바라고 있었다.
그리고 이제 그 바램을 현실화할 수 있는 소프트웨어가 생겼고 구멍, 코어와
인서트 배치를 메탈 3D 프린팅과 함께 더 효율적인 결정을 할 수 있게 되었다.
“기존 방식의 인젝션 몰딩 제작에는 많은 어려움과 제한사항이 따릅니다.
특정 부분에만 드릴을 사용할 수 있고 특정 통로 근처에 구멍에 곡선을 만들 수 없습니다.
많은 3D 기술을 금형 제작자들이 생산 현장에 접목시켜 전체적인 혜택을 누려야 합니다”, Staub는 말했다.
출처: http://www.3dsystems.com/sites/www.3dsystems.com/files/cs_3ds_bastech_06-14-2016_0.pdf
