한국타이어 & 테크놀로지는 단순한 타이어 제조업체 그 이상입니다. "미래 운전 혁신가"를 가능하게 할 자동화 및 기술에 중점을 둔 서울에 본사를 둔 이 회사는 전기 자동차를 하는 일의 중심에 두었습니다. 

 

최근 한국타이어는 i-Flex 비공압 타이어(NPT)를 위해 복잡한 형상의 여러 플라스틱 및 엘라스토머 설계를 반복하여 혁신을 빠르고 비용 효율적으로 추진할 수 있는 방법이 필요했으며, 이는 결국 수상 경력에 빛나는 HPS-Cell 자율 이동성 플랫폼의 핵심 구성 요소가 되었습니다. 

 

한국타이어의 Design Studio는 3D Systems의 플라스틱 및 엘라스토머 적층 제조 기술을 활용하여 설계를 신속하게 반복하고 설계 및 테스트 팀 간에 생산 등급 부품을 공유하는 동시에 비용을 절감할 수 있었습니다.

"3D 프린팅을 사용하는 주된 목적은 타이어를 생산하기 위해 실제 금형을 만들기 전에 R & D와 더 잘 의사 소통하는 것입니다. 전통적인 금형은 가공되어 개발에 많은 돈과 시간이 소요되지만 새로운 디자인, 모양 및 부피를 파악하는 기존의 방법이기도 합니다. 이제 3D Systems의 적층 제조 기술을 사용하여 R&D와 더 빠르게 작업하여 구조의 작은 부분을 사용하여 모양이나 구조를 파악한 다음 프로토타입의 안전성, 소음 및 기타 매개변수를 테스트할 수 있습니다."

- Rosa Yon, 디자인 이노베이션 스튜디오 매니저, 한국타이어 & 테크놀로지-

 

 

 

 

다양한 소재의 복잡한 타이어 및 휠 설계 및 테스트를 신속하게 처리하면서 비용 절감

 

한국타이어앤테크놀로지는 미래의 자율주행 모빌리티 솔루션에는 최소한의 유지보수와 최대의 안전성 및 편안함을 결합한 차세대 타이어가 필요하다는 것을 잘 알고 있습니다. 유지 보수가 적고 안전성이 향상되는 NPT는 이 응용 분야에 적합하지만 이러한 모든 확인란을 선택하는 NPT를 개발하는 것은 복잡하고 비용이 많이 드는 설계 과제를 제시했습니다. 한국 설계자들은 생체 조직을 모방한 생체 모방 설계가 NPT에 대한 내부 지원을 제공할 것이라고 믿었지만 가능한 세포 구조 설계의 수가 거의 무한하기 때문에 한국 설계 스튜디오는 부분 부품을 신속하게 평가하고 완전한 모델을 확장할 수 있는 방법이 필요했습니다.

새 타이어에 대한 기존의 프로토타이핑 방법은 종종 2D 스케치로 시작하여 숙련된 인간 기계공을 통해 알루미늄 몰드로 변환되는 3D CAD 설계로 전환되었습니다. 전체 프로세스는 비용이 너무 많이 들고 속도가 너무 느려서 각 반복에 잠재적으로 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있습니다.

 

또한 NPT의 생체 모방 지원 "스포크" 매트릭스는 복잡한 중공의 상호 연결된 구조로 인해 가장 유능한 가공 스테이션에도 어려움을 겪었습니다. 신속한 원형 제작 및 소량 생산을 위한 여러 적층 시스템을 탐색한 후 한국타이어는 플라스틱 지지 구조물 및 고무 트레드를 위해 3D Systems의 Figure 4 기술 플랫폼을 선택했습니다. 한국타이어는 또한 3D Systems의 파트너인 CEP Tech에 금속 타이어 구조와 경첩을 형상화하기 위한 선택적 레이저 소결(SLS)을 의뢰하여 i-Flex NPT 프로토타입 개발에 박차를 가했습니다. 한국타이어 디자이너들이 말하듯이 그 결과는 모빌리티의 미래입니다.

 

 

1. 무공압 타이어 i-Flex용 스포크 구조

 

 

한국타이어의 NPT 타이어에는 내부 지지를 위한 복잡한 생체 모방 플라스틱 매트릭스, 엘라스토머 외부 타이어 트레드, 타이어 림의 일부 지지 기능과 자율 주행 차량에 필요한 추가 기능을 수행하는 금속 부품이 포함되어 있습니다. 이러한 중공 구조물을 플라스틱으로 가공하는 것은 거의 불가능합니다.

"[3D Systems]의 적층 제조 기술 덕분에 우리가 원하는 것은 무엇이든 또는 상상할 수 있는 모든 것을 설계하거나 만들 수 있습니다. 이 기술은 제조의 한계를 없앨 수 있으며 이는 우리에게 정말 좋습니다. 예를 들어 건물 및 기계 가공과 같은 전통적인 제품 설계에는 많은 한계가 있습니다. 공작 기계에는 한계가 있습니다. 적층 제조에는 이러한 한계가 없습니다."라고 한국타이어 & 테크놀로지의 디자인 혁신 스튜디오 디자이너 장희성(Hee Sung Jang)은 말했습니다.

한국 설계자는 Figure 4 플랫폼을 사용하여 열가소성 수지와 유사한 기계적 특성을 가진 Figure 4 PRO-BLK 10 플라스틱을 사용하여 다양한 서포트 매트릭스를 빠르게 반복할 수 있습니다. 한국디자인 스튜디오 팀은 개발 비용을 제한하면서 다양한 생체모방 매트릭스의 3D 디자인을 다운스트림 테스트에 매우 중요한 동일한 세포 간격을 유지하는 부분 또는 스케일 프로토타입으로 신속하게 전환할 수 있었습니다. 실물 크기 셀룰러 구조를 포함하는 부분 부품을 사용하여 Design Studio 설계자는 전체 타이어 조립을 진행하기 전에 물리적 테스트를 사용하여 후보 설계 간의 상대적 강도를 빠르게 측정할 수 있습니다.

 

2. 타이어 세그먼트의 소음 제어 테스트

 

NPT 타이어를 포함한 타이어는 안전하고 내구성이 있어야 하지만 미학적으로나 음향적으로도 만족스러워야 합니다. 요컨대, 사람들은 못생긴 타이어를 사지 않을 것이고 시끄러운 타이어를 계속 사지 않을 것입니다. NPT 서포트 매트릭스를 개발한 후 한국디자인 스튜디오 설계자는 Figure 4 RUBBER-65A BLK 엘라스토머 재료를 사용하여 부분 및 스케일 트레드 설계를 개발할 수 있었습니다.

"이러한 재료와 부분 부품을 사용하여 부품의 소음과 안전성을 평가할 수 있습니다."라고 Mrs. Yun은 말했습니다. "테스트 시스템은 공기 또는 물을 채널이나 홈으로 흐르게 하고 소음을 측정하여 구조가 올바른지 여부를 이해합니다." 그녀는 앞으로 반투명 Figure 4 재료로 이러한 트레드를 제작하면 프로세스가 훨씬 쉬워져 엔지니어가 악천후 시 타이어 안전의 핵심 부분인 유체가 트레드 홈을 따라 이동하는 방식을 볼 수 있을 것이라고 덧붙였습니다.

 

또한 타이어 트레드를 인쇄하면 제조 엔지니어가 새로운 NPT의 안정성과 잠재적 균열 및 신뢰성 감소를 쉽게 평가할 수 있습니다.

 

 

 

3. 신형 타이어의 부품 이동

 

적층 제조는 복잡한 형상을 개발할 수 있는 능력을 통해 한국타이어 설계자는 타이어의 세 가지 주요 요소인 트레드, NPT 지지 매트릭스 및 움직이는 열가소성 림 구성 요소를 연결하는 데 도움이 되는 내부 홈과 구조를 개발할 수 있었습니다. 열가소성 부품은 CEP Tech에서 3D Systems의 SLS 기술을 사용하여 제조했습니다. 이것은 전통적인 타이어가 움직이는 부품으로 구성되어 있지 않기 때문에 한국타이어에 새로운 것이었습니다.

 

"우리가 경쟁사보다 3D Systems를 선택한 주된 이유 중 하나는 재료 선택이 매우 광범위하기 때문입니다."라고 한국타이어의 디자인 혁신 스튜디오 매니저인 Rosa Yon은 말했습니다. "그것은 우리가 가진 모든 재료 요구 사항을 다룹니다. 또한 그림 4는 빠릅니다. 시간 절약, 신뢰성, 서비스, 최상의 문제 해결, 시스템 가용성 및 합리적인 가격이 우리의 주요 결정 요소였습니다. 우리는 3D Systems의 그림 4의 가치를 믿습니다. 저에게는 세계 최고의 적층 제조 시스템 중 하나입니다."

 

 

4. 타이어 프로파일의 표준 시각적 프로토타입

 

 

한국디자인스튜디오는 이미 Figure 4 플랫폼의 사용을 확대하여 테스트를 위한 전통적인 타이어 트레드와 프로파일을 개발하는 데 사용하고 있습니다. 이를 통해 모든 신제품 설계의 더 빠른 반복이 가능하며, 이는 혁명적일 뿐만 아니라 진화적인 것이기도 합니다.

 

 

 

 

Terry Hill은 미국 퇴역군인이자 기업가로 적층 제조의 가치를 확신하며 그 잠재력을 증명하기 위해 군에서 제대했습니다. 

2017년 그는 자택 사무실에서 Rapid Application Group, LLC를 설립했습니다. 

설립 후 Rapid Application Group은 2년 차에 300%라는 놀라운 성장을 거뒀고 오클라호마에서 가장 빠르게 성장하는 회사 중 하나가 되었습니다.

 

 

 

 

Rapid Application Group은 완전 생산을 제공하는 적층 제조 서비스 기업으로, 사업에 필수적이고 시간에 민감한 오일, 가스, 모터스포츠, 보건, 항공우주, 방위 분야 고객을 지원합니다. 

 

오클라호마 브로큰애로에 본사를 둔 이 서비스 회사는, 총 25년 이상의 적층 제조 경험을 보유하고 추가적으로 선택적 레이저 소결(SLS), FDM(Fused Deposition Modeling), MJP(멀티젯 프린팅), DMP(Direct Metal Printing) 분야 전문가인 3D Systems On Demand를 통해 적층 제조 기술의 모든 분야를 다룹니다. 

 

Hill은 Rapid Application Group 설립 전 미 육군에서 13년간 엔지니어 겸 비행사로 복무했으며, Rapid Application Group은 상해퇴역군인 소유 중소기업 인증을 받았습니다.

 

비즈니스가 놀라울 정도로 빠르게 성장하면서 Hill은 생산 용량을 비용 효율적으로 늘리기 위한 방법을 찾기 시작했습니다. 

 

그는 3D Systems의 Figure 4® 기술을 구매한 것이 비즈니스를 성공으로 이끈 탁월한 선택이라고 말합니다. 

 

Figure 4 Standalone은 작업 편의성과 빠르고 저렴하게 결과물을 생산할 수 있는 능력 외에도 소요 비용만큼 절약 효과가 있으며, Rapid Application Group의 생산 능력을 두 배까지 끌어올려 고품질의 소형 부품을 단 몇 분만에 생산합니다.

 

 

 

설치 후 몇 개월 만에 ROI를 실현하는 Figure 4 Standalone

 

 

Rapid Application Group이 Figure 4 Standalone을 구매하게 된 동기는 부품 품질을 유지하면서 비용 효율적으로 생산량을 높이고 싶었기 때문입니다. 

 

제품을 선택하는 과정에서 Hill은 시장 출시 시간, 반복성, 부품 표면 마감 처리, 시스템 비용을 고려했습니다. Rapid + TCT 무역 쇼에서 Figure 4를 발견한 Hill은 선택이 '전혀 어렵지 않았다'고 말했습니다. 

 

그를 처음으로 놀라게 한 것은 작은 크기에도 불구하고, 성능은 강력한데다 이동성도 탁월하다는 것이었습니다. 

 

"저는 여러 공간에 이동 배치하거나 기존 공간에 추가할 수 있는 장비를 원했습니다." Hill의 말입니다. "그래서 구매 결정이 어렵지 않았습니다."

구매한 지 몇 시간 만에 Rapid Application Group에서는 사용 준비를 마칠 수 있었습니다. 

 

Figure 4는 6시그마 반복성에 대한 보정 및 공차 요구 사항을 달성할 수 있습니다.

"Figure 4의 반복성은 중요했습니다. 파일을 로드하고 지켜보지 않아도 이전과 똑같은 부품을 얻을 수 있다는 점은 품질 기준과 생산 일정을 유지하는 데 매우 중요한 일이었습니다. 

 

Figure 4 Standalone은 매우 복잡한 소형 부품도 생산량을 2배로 높여주면서 한 달 만에 구매 가치를 실현했습니다."

 

 

 

빠르고 간편한 3D 프린팅, 고품질 제조 부품

  

빠르고 간편하게 새 프린트를 시작할 수 있는 능력은 여러 응용 분야 및 산업에서 중요하지만, 특히 서비스 부서 환경에 직접적인 영향을 미칩니다. 

 

부품 인수 및 견적, 파일 수정, 인쇄용 부품 납품 및 품질 보증 등 각 단계에서 소요되는 시간과 복잡성은 전체 생산성에 영향을 미칩니다. 

 

"회사가 보유한 많은 기술 중에서도 Figure 4 Standalone은 가장 사용이 빠르고 간편합니다"라고 Hill은 말합니다. 

 

"3D Sprint®와 함께 사용하면 뛰어난 반복성으로 회사에 새로운 연략을 완벽하게 구축할 수 있습니다."

Figure 4 Standalone을 사용하면서 Rapid Application Group은 고품질의 부품을 그 어느 때보다 빠르게 제조하여 납품할 수 있게 되었습니다. 

 

프린트가 완료된 뒤 최종 부품을 얻기까지 서포트를 제거하고 부품을 세척한 뒤 UV 경화 스테이션을 통과시키기만 하면 됩니다. 

 

"아침에 파일을 받으면 점심에 프린터에 연결하여 30~45분 내에 부품을 얻을 수 있습니다"라고 Hill은 말합니다. 

 

다른 시스템이라면 유사한 부품을 얻는 데 약 7시간이 걸릴 것입니다.

 

모든 시스템의 생산을 멈추지 않는 3D Sprint의 워크플로

 

3D Sprint는 3D 프린팅의 시작부터 끝까지 전 과정을 편리하게 하는 다양한 도구를 갖추고 있습니다. 

 

Hill은 파일 조작, 품질 관리, 파일 준비부터 인쇄 관리에 이르는 3D Sprint의 빠르고 간편한 워크플로 덕분에 Rapid Application Group이 고객에게 견적을 제공하고 작업을 시스템에 보내는 시간을 줄일 수 있었다고 말합니다. 

 

"3D Sprint의 여러 기능과 물리적인 플래시 드라이브를 이용한 파일 전송 대신 프린터로 파일을 전송할 수 있다는 점이 작업 속도를 크게 단축시켜 주었습니다"라고 그는 말합니다.

적층 제조 소프트웨어인 3D Sprint는 파일 내에 존재할 수 있는 문제 영역을 식별하고 해결책을 제공하므로 Rapid Application Group에서 필요한 파일 보정을 빠르게 추적할 수 있습니다. 

 

"생산 흐름이 멈추지 않게 해 주는 훌륭한 도구입니다."

알고리즘에 기반한 Smart Supports 툴은 소재 최소로 사용하며, 배치를 최적화하는 서포트 구조를 생산할 수 있습니다. 또한 수동으로 구조물을 덮어쓰고 할당할 수도 있습니다. 

 

"3D Sprint는 자유도가 높습니다. 3D Sprint로는 필요한 모든 작업이 가능합니다."

 

 

3D Sprint 워크플로의 간편함, 빠른 속도와 3D Systems 프린터에서 다른 프린터로 간편하게 전환하는 기능 덕분에 Rapid Application Group은 모든 3D 프린터의 파일 준비 소프트웨어로 3D Sprint를 활용하고 있습니다. 

 

"사용 편의성은 10점 만점에 10점이죠." Hill은 말합니다. "다른 작업자에게 설명하기도 쉬워 신규 사용자 교육도 간편하다는 것을 깨달았습니다."

 

 

Figure 4 TOUGH-GRY 15 소재로 제작된 사출 성형 수준의 표면 품질

 

Hill은 Figure 4 부품의 우수한 표면 특성은 사출 성형 부품과도 비교할 수 있을 정도이며, 많은 고객이 제품을 받은 뒤 제조 공정을 물어볼 정도라고 밝혔습니다. 

 

"고객 중에는 실제 인쇄된 부품을 보고 사출 성형 부품 같다고 말하는 경우도 있습니다." Hill의 설명입니다. "Figure 4 Standalone은 표면 품질, 강성, 부품 배송 속도로 회사의 빠른 성장을 도왔습니다. 

 

3D Systems에서 거의 2x2피트 크기의 사출 성형 기계를 개발한 것이나 마찬가지예요."

일례로 Rapid Application Group은 의료 기기 회사에 부품을 납품했는데, 기존에는 계속 부서지고 지속 사용 시 관리 문제가 발생하곤 했습니다. 이에 Hill은 새로운 부품 생산을 시작했습니다. 

 

Rapid Application Group이 Figure 4 Standalone과 Figure 4® TOUGH-GRY 15 소재를 사용해 3D 프린팅한 새 부품은 여러 품질 테스트를 거쳤습니다. 

 

부품 사양은 7피트 높이의 추락에도 견뎠지만, Hill은 한 걸음 더 나아가 작업실의 건식 벽체에 부품을 설치해 보았습니다. 

 

"부품을 건식 벽체에 설치했는데도 아무 문제가 없었습니다."

 

 

Rapid Application Group은 Figure 4를 활용하면서 해당 의료 기기 회사에 이처럼 개선된 부품을 단독으로 납품하는 계약을 체결할 수 있었습니다. 

 

의료 기기 기업은 3D 프린팅 부품과 관련된 장치의 유지 보수를 줄일 수 있어 보증 기간을 연장할 수 있었습니다. "모두에게 좋은 결과였죠"라고 Hill은 말합니다.

 

완전 생산 적층 제조 서비스 분야 시작

 

Hill이 적층 제조를 처음 접하게 된 것은 2015년, 미국 항공 의학 연구소의 연구 조종사로서 미국 항공 헬멧용 Hill 헬멧 마운트를 개발했을 때였습니다. 

 

이 연구소에는 소형 3D 프린터가 있었고 Hill은 고전 만화 영화의 연출처럼 머리 위에서 전구가 번뜩였다고 합니다. 

 

"처음 적층 제조를 접해본 뒤로 제가 몸을 담아야 할 분야임을 알게 되었습니다."

군에서 제대한 Hill은 글로벌 항공우주 기업의 비즈니스 개발 이사로 선정되어 적층 제조, 로봇 용접, 자동화 도입 관리 프로그램을 기획했습니다. 

 

그는 적층 제조가 회사의 현 상황을 벗어나 원하는 목표를 이루어 줄 초석이라는 것은 알았지만, 시기 및 재정적인 문제로 프로그램을 진행할 수 없었습니다. 

 

그러나 적층 제조 기술에 대한 Hill의 확신은 여전했습니다. 그는 회사를 사임하고 Rapid Application Group을 설립합니다.  

현재 Rapid Application Group은 적층 제조 기술의 전 분야에 걸친 대량 및 소량 생산 부품을 지원합니다. 

 

Rapid Application Group은 상해퇴역군인 중소기업으로, HUBzone, ITAR, NaVOBA 인증을 받았으며, AS9100D/ISO9001을 준수하고 2019년 1분기에 새로운 인증을 획득합니다. 

 

Hill은 빠르고 지속적인 성장을 거두고 있는 Rapid Application Group이 기존 제조 비즈니스와 경쟁하지 않으며, 오히려 다른 기업을 돕는 회사라고 말합니다. 

 

"우리는 적층 제조를 통해 새로운 역량을 즉시 제공할 수 있습니다"라고 그는 말합니다.

 

3D 프린팅으로 퇴역군인의 삶 바꾸기

 

Hill의 비전은 고객은 물론 동료 퇴역군인의 요구 사항도 만족시켰습니다. 

 

퇴역 후 Hill은 다시 민간인의 삶을 사는 데 어려움을 겪었습니다. 

 

그러나 비즈니스를 통해 다른 퇴역군인들이 새로운 기반을 찾을 수 있도록 도울 수 있는 기회를 발견했고, 적층 제조 인증 프로그램을 시작해 퇴역군인들이 시장성 있는 기술을 익히는 것을 지원했습니다.

퇴역군인을 위한 적층 제조 프로그램은 퇴역군인에게 프린터 로딩, 품질 관리, 전반적인 AM 부품 제조 워크플로의 개념에서 실용적인 주제까지 모두 다루는 체계적인 커리큘럼입니다. 

 

Hill은 군대에 있을 때 본능적으로 남을 돕고자 했던 마음을 퇴역 이후에도 유지하고자 노력한다고 말합니다. 이 교육 프로그램은 퇴역군인이 시장성 있는 직업 기술을 갖추고 각자의 목표에 따라 Rapid Application Group이나 다른 현장에서 계속 기술을 활용할 수 있도록 설계되었습니다. 

 

Hill은 또한 지역 고등학교 학생 및 비행 청소년을 위한 적층 제조 인증 기반을 닦았습니다. "우리는 기업으로서 다음 세대를 돌보고 적층 제조를 통한 혁신의 씨앗을 키워야 할 책임이 있습니다." Hill의 설명입니다.

Hill은 적층 제조를 활용해 네 발 달린 동반자를 돕기도 했습니다. Figure 4 3D 프린터와 Figure 4 TOUGH-GRY 15 소재를 활용해 다른 단체가 자신의 보조견의 자매견인 Honor에게 의족을 설계해 제공하는 협조했습니다. 

 

재향군인회 소속인 Honor는 왼쪽 뒷다리 손상으로 산책하기 힘든 상태였습니다. 

 

그러나 Figure 4 소재는 내구성이 우수하며 표면 마감 처리가 뛰어나 용도에 적합했고 Figure 4 시스템의 속도 덕분에 Honor가 현장에 복귀하는 시간도 빨랐습니다.

 

 

"Rapid Application Group의 빠른 성장 이유 중 하나는 다른 사람을 돕겠다는 마음이라고 생각합니다." Hill은 밝혔습니다. 

 

"간절히 바라고만 한다고 해서 현실이 바뀐다고는 생각한 적이 없지만, 변화를 위해서라면 필요한 일을 할 것입니다."

 

 

 

 

 

 

 

Figure 4® 기술을 통한 빠른 부품 교체

 

기술 연구, 개발 및 전환 분야에서 세계적으로 인정을 받고 있는 데이톤 대학 연구소(UDRI)는 중요도가 낮은 부품군에 적합한 신규 프로세스 기술(Emerging Process Technology for Low Criticality Part Families)이라는 주제로 수상 경력을 가진 세 가지 America Makes MAMLS 프로젝트 중에서 한 가지를 진행 중입니다. 

 

특히 3D Systems의 Figure 기술로 구현된 적층 제조 프로세스인 "DLP를 통한 빠른 부품 교체"에 대해 연구하고 있습니다. 

 

이번 연구의 목적에 따라 중요도가 낮은 부품으로는 전기 커넥터, 노브, 탄성 그로밋, 스페이서 등이 있으며 각각 항공기에서 기능적 용도로 사용되고 있습니다.

 

UDRI와 3D Systems는 MAMLS 프로그램 1단계와 2단계에도 참여했습니다. 

 

두 단계가 지속성에 초점을 맞추는 것은 비슷하지만 핵심 주제는 서로 달랐습니다. 

 

각 프로젝트마다 서로 독립된 것은 사실이지만 이전 두 단계가 3단계를 지체없이 시작할 수 있는 기초를 마련하였을 뿐만 아니라 UDRI와 3D Systems가 ALC의 작업 방식과 요건을 실질적으로 이해하는 데 큰 역할을 했습니다. 

 

그 밖에도 1단계와 2단계는 다양한 부품마다 적층 제조 비즈니스 사례를 찾는 데 도움이 되어 어떤 부품을 쉽게 공급하거나 공급할 수 없는지, 그리고 어떤 경우에 적층 제조를 사용하는 것이 좋은지 밝혀내는 데 기여했습니다.

기존 항공기라면 제조 장비의 노후화, 높은 제작 비용, 소량 요구, 정품 툴링의 단종, 부실한 설명서, 그 밖에 가용성 관련 문제 등으로 생산이 중단된 부품에서 적층 제조 비즈니스 사례가 해답이 될 수 있습니다. 

 

Figure 4 같은 새로운 기술에서 구현되는 부품 교체 속도는 미공군 같이 전략적 지속성 이니셔티브를 추진하는 기관에게 기회가 될 수 있습니다.

 

UDRI와 협업 기업들은 앞으로 2년간 이번 연구 프로젝트를 진행하면서 Figure 4가 항공기 지속성이라는 큰 그림에 얼마나 적합한지 밝혀내기 위해 노력할 것입니다.

 

 

 

 

 

속도의 필요성

3D Systems의 Figure 4는 비접촉식 멤브레인을 프로젝터 기반 이미지와 함께 사용하는 모듈식 제조 프로세스입니다. 

 

Figure 4는 툴패스 기반 적층 제조 기술과 달리 정밀한 해상도, 평활한 표면, 생산 소재의 화학 반응, 빠른 프린트 속도를 유지하면서 단일 투사를 통해 전체 부품 단면을 제조합니다. 또한 Figure 4는 모든 Figure 4 소재마다 6시그마 반복성(Cpk > 2)을 구현하여 대부분 제조 과정에서 언제든지 3D 프린팅 기술 사용이 가능합니다.

 

기하형상 정확도와 함께 프린트 속도와 소재 적합성도 중요합니다. 

 

1일 맞춤형 정비 작업에 대한 전망은 항공기 준비 상태와 가용성을 개선하여 당일에 사용할 수 있다는 점에서 매우 밝습니다. 

 

하지만 UDRI는 이러한 역량을 기념하기 앞서 잠재적 문제를 체계적으로 찾아 해결하여 USAF를 비롯한 기타 DoD(국방부) 기관 등에서 Figure 4 기술을 도입할 수 있는 기틀을 마련하는 데 박차를 가하고 있습니다.

 

 

 

 

DLP 전환을 위한 과학적 접근 방식

 

 

프로그램에서 가장 먼저 하는 일은 테스트할 부품을 찾아 각 부품에서 필요한 소재 사양을 간략히 나타내는 작업입니다. 

 

UDRI는 스캐닝 역설계 소프트웨어인 Creaform HandyScan을 사용해 3D 스캔에서 CAD에 이르는 워크플로를 따라 부품을 디지털화하여 프린팅 파일을 준비합니다. 

 

이후 프린트를 마치면 소재 테스트가 시작됩니다. Osborn 박사의 예상에 따르면, 이번 연구는 6개월이 지나면 유용한 데이터를 쏟아내기 시작해 프로젝트를 마치는 대로 미공군에게 최종 보고서와 추천서를 제출하면서 종료됩니다.

 

현재 이러한 응용 분야에서는 Figure 4 기술과 관련하여 알려진 것이 많지 않지만 이 기술의 속도와 기하형상 공차는 엄청난 비전을 제시하고 있습니다. 

 

UDRI와 협업 기업은 이번 프로그램에서 과학의 힘을 활용해 빠른 부품 교체를 실현할 계획입니다.

 

 

 

미공군(USAF)의 지속성 임무는 기존 항공기, 시스템, 장비들이 대부분 계속해서 노후화되면서 점차 어려워지고 있습니다. 이러한 문제를 해결하려면 빠르고, 안정적이고, 지속적인 유지보수 솔루션이 필요합니다. 

 

업계를 앞서가는 선두 기업들과 연구 기관들은 기존 지속성 솔루션을 넘어 새로운 기술에서 기회를 엿보고 있습니다. 

 

이러한 상황에서 3D Systems의 적층 제조를 이용한 빠른 부품 교체는 진지하게 평가했을 때 필요할 경우에 제조하여 재고를 관리한다는 점에서 매력적인 솔루션일 수 밖에 없습니다.

적층 제조(AM)를 비롯한 3D 프린팅 기술 연구, 탐구, 개발 및 혁신 분야에서 미국의 최고 협업 파트너인 America Makes는 전환이 필요한 초기 지속성 옵션을 찾아 심사하는 이니셔티브를 이끌고 있습니다.

 

America Makes는 현재 “저비용 지속성을 위한 첨단 제조 기술의 성숙화(MAMLS)" 프로그램에 따라 공장 효율 개선을 위한 응용 연구 및 개발 프로그램 부문과 USAF의 전략적 준비 태세를 유지하기 위한 공군 군수 단지(ALC) 부문에서 Project Call 3단계를 진행 중입니다.

 

영상으로 확인하기(클릭)

 

Figure 4® 3D 프린터는 스웨덴의 디자인 업체 Splitvision에 정밀성과 생산성을 더해 주었습니다.

Splitvision은 북유럽 산업 디자인 업체로 Figure 4 3D 프린팅 기술을 채택했습니다.

 

 

 

스톡홀름에 본사를 둔 제품 디자인 업체인 Splitvision Design은 3D Systems의 Figure 4® Standalone 3D 프린터에 투자한 최초의 북유럽 회사 중 하나입니다. 

 

이러한 투자를 통해 이 회사는 이제 연속 생산으로 이동하기 전에 놀라운 정확도로 피팅과 어셈블리를 평가할 수 있습니다. 동시에 이 회사는 Figure 4 Standalone으로 원형제작 시 생산성이 높아졌습니다.

약 30년 전 회사가 창립된 후 Splitvision Design(창립 당시 회사명은 Formbolaget)은 판매시점 솔루션에서 맞춤형 트럭 캡까지 다양한 디자인 작업을 수행했습니다. 

 

오늘날 Splitvision은 의료 기술과 자동차 관련 분야의 기술 집약적인 회사를 위한 산업 디자인 작업을 전적으로 수행합니다. Splitvision이 특별한 이유는 제조와 물류에 중점을 둔 서비스를 제공하여 일반적인 디자인 회사를 뛰어 넘는다는 것입니다.

"저희는 전통적인 디자인 업체로 출발했지만 시간이 지나면서 이러한 절차에 중점을 둘 때 제조 공정이 개선되고 제어 가능성도 높아진다는 것을 확인했습니다", Splitvision Design의 R&D 관리자인 Lukass Legzdins 씨의 설명입니다.

"저희는 디자인 작업만 하다가 이제는 엔지니어링과 계획, 구입, 물류 작업까지 합니다." 

 

"중국에도 사무실이 있어 현지에서 제조와 관련해 일상적인 연락을 담당합니다. 또한 이곳에서는 품질 관리를 실행하고 공급 체인을 모니터링합니다. 이를 통해 전반적으로 매우 우수한 결과가 만들어지고 개념 단계에서도 제조에 더 많은 가치를 추가할 수 있습니다."

 

 

Figure 4 3D 프린팅으로 더 나은 원형 제작

 

 

이러한 유형의 턴키를 위한 노력은 원형 제작에도 반영됩니다. PLM Group에서 설치한 3D Systems의 신형 Figure 4 Standalone 3D 프린터로 Splitvision은 서비스 포트폴리오를 확장하고 있으며 제품 개발에 역량을 더합니다. 

 

이제 Splitvision은 사내에서 프린트된 더 나은 실물 원형을 제공할 수 있습니다. 

 

동시에 고품질의 3D 프린팅 부품 덕분에 사출 성형 공구를 주문하기 전에 필요한 데이터를 최적화할 수 있습니다.

3D 프린팅을 사용하기 전에 원형 제작은 지루한 수동 작업이었습니다. 

 

Splitvision은 폼과 플라스틱 소재를 사용하여 기하형상과 인체공학을 탐구하는 데 총력을 기울이기도 했습니다. 

 

성능 테스트나 고객 검토를 위한 원형을 스웨덴이나 중국의 타사 공급업체로부터 구입하였습니다.

"그러나 갑자기 대량의 제품을 개발 중인 시기가 있었습니다. 3D 프린팅 원형을 기다리는 동안 제품들이 쌓여갔습니다", Legzdins 씨의 설명입니다. 

 

"그 시기에 사내 3D 프린터에 투자하기로 했는데 그때 운 좋게도 Figure 4를 알게 된 것입니다."

 

이전에 Splitvision은 광조형 기술인 SLA에서 파생된 Figure 4 기술을 경험한 적이 없습니다. 

 

이전에는 SLA 부품이 회사에서 필요한 기계적 특성을 거의 나타내지 않았기 때문에 주목을 받지 못했습니다. 그러나 Figure 4로 인해 이 기술이 매우 흥미로워 졌습니다.

 

예상을 뛰어 넘는 적층

 

 

Splitvision은 다양한 보청기 브랜드를 비롯하여 혁신적인 여러 의료 기술 회사와 오랫동안 협력해 왔습니다. 

 

생산은 보청기 케이스와 같은 관련 제품으로 구성되는 경우가 많습니다. 기업들이 핵심 제품 생산 라인을 최적화했기 때문입니다. 

 

그러나 보청기 케이스는 디자인과 제조가 까다로울 수 있습니다. 보청기를 보호하고 품질이 뛰어나야 하며 브랜드를 반영하고 내구성도 우수해야 합니다.

Splitvision이 디자인하고 제조하는 케이스에는 TPE 또는 실리콘이 일부 사용되었습니다. 부드러운 라이닝으로 보청기를 제자리에 유지하여 일상적인 마모와 파손을 방지합니다. 

 

그러나 결과가 좋기를 바란다면 3D 프린팅 TPE와 실리콘은 거의 불가능합니다. 유일한 옵션은 금형인데 이것은 디자인을 평가하고 잠재적인 어셈블리 과제를 조사하려고 할 때 상당히 어렵습니다.

"프린트 샘플을 PLM Group에서 여러 개 받고 난 후에 3D Systems의 Figure 4 ELAST-BLK 10 소재의 특성이 고무와 동일하다는 것을 알았습니다. 기대 이상이었습니다", Legzdins의 말입니다. 

 

"이 소재로 윤곽이 분명한 표면이 가능합니다. 세부적인 형상과 면을 볼 수 있죠. 그러나 무엇보다도 어셈블리 공정을 평가하여 잠재적인 과제를 식별할 수 있다는 점이 중요합니다. 

 

전반적으로 이 방법이 훌륭한 것은 저희는 기하형상을 확인할 수 있고 동시에 저희 고객들은 자체 사용자 테스트를 할 수 있다는 것입니다.

리지드 Figure 4 TOUGH-GRY 15 소재 사용과 결합하면 Splitvision은 자사 제품에 정밀도를 더 높일 수 있습니다. 프린터가 고해상도라서 마감 처리의 필요성이 거의 없습니다.

"Figure 4로 저희가 현실에 한 걸음 더 다가갔다고 말할 수도 있습니다", Legzdins 씨의 말입니다. "이전에 저희는 도구를 주문하기 전에 CAD 파일에 여지를 많이 두었습니다. 

 

이제는 개발 단계에서 한두 단계를 건너뛸 수 있습니다. 3D 프린팅 원형 제작에서 훨씬 많은 기하형상 데이터를 얻기 때문입니다. 그 결과 도구를 증분 변경하거나 조정하는 일이 줄었습니다.

Figure 4 프린터는 제품 개발에서 Splitvision의 핵심 가치도 반영합니다.

 

"고객과 협력할 때 저희는 디자인과 제조에 저희의 역량을 더하고 싶습니다. 

 

그게 어느 분야든 저희가 기능을 최적화할 수 있다고 생각한다면 말입니다. 

 

이러한 지식을 활용해 제품의 품질을 새로운 차원으로 끌어올립니다"라고 Legzdins 씨는 말합니다.

 

 

Figure 4 의 속도

정밀도를 활용해 경쟁 우위를 강화하고 있는 Decathlon

 

 

프랑스 회사인 Decathlon은 세계 최대 규모의 스포츠 상품 소매 업체로서 레크리에이션부터 대회 출전에 이르기까지 광범위한 장비를 제공합니다. 회사에서 출시한 브랜드만 100가지가 넘을 뿐만 아니라 매년 연구개발 팀을 통해 등록되는 특허도 매우 많습니다. 

 

Decathlon이 항상 강조하는 혁신은 경쟁 우위의 중심에서 가성비 높은 가격으로 높은 품질의 제품을 구현하는 데 커다란 역할을 하고 있습니다. 

 

그 밖에도 Decathlon은 최첨단 생산 공정과 최적의 공급망, 그리고 소매 유통의  최소화를 통해 운영 비용을 낮게 유지함으로써 프랑스는 물론이고 전 세계에서 시장 점유율을 크게 넓히는 데 성공하였습니다.

Decathlon의 R&D 엔진을 구동하는 주요 동력은 3D Systems의 Figure 4® Modular를 비롯해 꾸준히 성장하고 있는 여러 가지 기능성 소재 포트폴리오에서 찾을 수 있습니다. 

 

Decathlon의 적층 제조 연구실(ADDLAB) 소속 소재 엔지니어인 Gregoire Mercusot에 따르면 Decathlon은 Figure 4 Modular의 도입으로 속도, 정밀도 및 다목적성에서 커다란 경쟁 우위를 확보할 수 있게 되었습니다.

Figure 4는 투영 기반 적층 제조 기술로서 비접촉 박막을 사용해 높은 정확도와 세밀한 충실도를 구현하는 동시에 빠른 프린트 속도를 자랑합니다. 

 

Figure 4 Modular는 확장이 가능한 반자동 3D 생산 솔루션으로 생산량에 따른 증설이 가능하도록 설계되었습니다. 

 

또한 Figure 4 Modular는 단일 프린터 모듈에서 최대 24개까지 프린터 모듈을 중앙 컨트롤러와 구성할 수 있기 때문에 향후 비즈니스 성장에 따라 유연하게 대처할 수 있는 옵션이라고 할 수 있습니다.

2일이면 프린트 가능한 금형 마스터 패턴

 

Decathlon은 처음에 민물 잉어 낚시용 웨이트 싱커를 제작하는 프로젝트에 Figure 4를 사용하여 성공을 거두었습니다. 

 

웨이트 싱커는 낚시줄을 투영하고 낚시 바늘을 안정화하는 데 사용됩니다. 

 

프로젝트는 Decathlon 팀원인 Gautier Destrebecq가 Decathlon의 경쟁력으로는 매장에서 제공할 수 있는 제품 옵션이 한 가지에 불과하다는 사실을 깨달으면서 시작되었습니다. 

 

제품 옵션의 다양화를 원했던 Gautier Destrebecq는 몇 가지 모델을 개발하였습니다. 

 

하지만 Decathlon의 금형 공급업체는 마스터 패턴을 제작할 수 있는 능력이 없었기 때문에 Decathlon은 부품을 제작하기 위해 다른 방법을 찾아야 했습니다.

Figure 4 Modular를 사용하기 전에는 금형 마스터 패턴을 제작하려면 마스터 패턴을 개발할 2차 공급업체가 필요했습니다. 

 

일반적으로 Decathlon이 이러한 프로젝트를 시작해서 완료할 때까지 1개월이 걸리는 이유도 바로 여기에 있습니다. 

 

Gautier는 이러한 방법 대신에 Decathlon의 내부 ADDLAB에게 금형 제작 공정을 견딜 수 있는 경질 부품을 더욱 빠르게 제작할 방법을 찾아달라고 요청했습니다. 

 

이러한 부품들은 180bar 압력에서 최대 160˚C의 온도에 노출되어도 형상과 정교한 피처를 유지할 수 있는 능력이 필요하기 때문입니다. 

 

다양한 옵션을 테스트한 끝에 초고온 환경에서도 견딜 수 있도록 개발된 투명 경질 플라스틱 소재인 3D Systems의 Figure 4® HI TEMP 300-AMB에서 원하는 성능을 찾아냈습니다.

ADDLAB은 언제든지 신뢰할 수 있는 소재를 사용해 웨이트 싱커를 3D 프린팅한 후 금형 공급업체에게 보내 이틀만에 금형을 제작할 수 있었습니다. 

 

Decathlon은 이러한 공정 도입으로 엄청난 시간을 단축하였을 뿐만 아니라 내부에서 금형 마스터 패턴을 제작함으로써 제품 개발에 따른 추가 비용을 절감하고 출시 시간까지 앞당길 수 있었습니다. 

 

Destrebecq는 “마치 내부 3D 프린팅의 마법에 걸린 것 같습니다. 설계 부담이 줄었을 뿐만 아니라 기존 방식으로는 상상도 못하는 목표까지 달성할 수 있었으니까요."라고 자랑스럽게 말했습니다.

 

 

 

전반적인 R&D 발전에 기여하는 다목적 소재

Decathlon은 최대한 많은 제품 영역에서 혁신을 촉진할 목적으로 Figure 4의 다목적 소재를 이용해 광범위한 응용 분야에 따라 가장 적합한 소재 특성을 연결하고 있습니다. 

 

Mercusot는 Figure 4의 속도와 정밀도 외에도 플랫폼의 다양한 소재 선택과 유연성은 ADDLAB에서도 시스템 수요가 높은 이유라고 설명했습니다.

그 밖에 Decathlon에서 사용되는 소재는 다음과 같습니다.                            

Figure 4® PRO-BLK 10: Mercusot에 따르면 최대 62mm/hr에 이르는 고속 프린트를 비롯해 열가소성 플라스틱과 같은 특성을 지닌 Figure 4 PRO-BLK 10은 다양한 ADDLAB 프로젝트에서 실용적이고 효과적인 옵션입니다. 

 

이 소재의 표면 품질 우수성에 Figure 4 프린팅의 정밀도까지 더해지면서 Decathlon은 안정적인 반복 작업을 이어가는 데 커다란 도움을 받고 있습니다. 부품 예로는 교체가 가능한 접이식 부속품이 장착되는 어셈블리가 있습니다.

 

Figure 4® FLEX-BLK 20: 이 검은색 플라스틱 소재는 피로 저항이 우수할 뿐만 아니라 생산 등급 폴리프로필렌과 흡사하여 실제로 폴리프로필렌 소재로 출시되는 제품을 사전에 광고하는 데 사용되고 있습니다. 

 

부품 예는 자전거 구성품 같은 품목을 포함해 매우 광범위합니다.

 

Figure 4® RUBBER-BLK 10: 이 소재는 반동이 느린 경질 고무로 변형 시뮬레이션에 적합하여 Decathlon에서도 그립, 타이어 트레드, 신발 인솔 테스트 등 접촉이 일어나는 응용 분야에서 다양하게 사용됩니다.

 

우수한 설계와 최적의 공정을 통한 높은 품질의 제품 생산

 

 

Decathlon은 가장 합리적인 가격으로 최고의 제품을 설계하는 동시에 혁신을 통해 누구나 즐길 수 있는 품질과 성능을 구현함으로써 모든 사람들에게 스포츠의 매력을 끊임없이 선사한다는 사명을 가지고 있습니다. 

 

3D Systems의 Figure 4 Modular 시스템 및 소재 도입은 이러한 사명에 완벽하게 부합할 뿐만 아니라 Decathlon이 사명을 실천하는 데도 커다란 도움이 되고 있습니다.