배경:

Fundidora Morelia(FM)는 철 합금 주조를 전문으로 하는 업력 40년 이상의 가족 소유 철강 주조 공장이고 Proveedora de Servicios y Suministros Industriales (PSSI)는 FM 기업이 2016년에 설립한 자회사입니다. FM과 PSSI는 Titan Robotics® Atlas® 3D printer, CNC routers, 3D 레이저 스캐닝, CAD 모델링, 최신 시범 기술 등 3D 프린팅 기술을 활용하여 고품질의 패턴을 생성하고 있습니다.

멕시코 미초아칸 주에 위치한 작은 마을 코추코는 그들의 역사와 장인 정신으로 유명합니다. 특히 현지 장인들이 수작업으로 만드는 항아리는 정평이 나있습니다.

PSSI의 Alonso Alvarez는 "미초아칸 주 출신의 가족으로서 우리의 문화와 전통에 큰 자부심을 느끼며 지역 장인 분들의 예술과 공예에 경의를 표한다"라고 전했습니다.

FM과 PSSI는 지역의 산업과 예술 부문을 연결 짓는 두 개의 상징적인 거대 꽃병 재현을 의뢰했습니다.

과정:

PSSI는 3D 스캐너를 통해 꽃병 형태를 스캔하고 출력을 위한 CAD 모델을 만들며 역설계를 진행했습니다. 이어서 주조를 위한 패턴을 추가했습니다. Atlas 장비의 펠렛 압출 기능을 활용하여  꽃병의 큰 패턴을 출력했고 부드러운 마감을 위해 수작업으로 바디필러와 샌딩 작업을 진행했습니다.

FM은 꽃병을 강철과 스테인리스 스틸로 주조해냈고 각각에 거울 광택 마감을 추가했습니다. CNC로 패턴을 가공하던 전통 방식이 아닌 3D 프린터를 활용하여 패턴을 출력했기 때문에 시간이 절반 정도 단축되었습니다. Atlas의 lights-out 제작 방식이 작용하여 총 1.5일에 걸쳐 패턴을 제작했습니다. 소요 시간 단축과 동시에 투입 인력 역시 전통 방식 대비 절반 정도를 절감할 수 있었습니다.

Braskem은 적층 제조 재료 사업부를 시작하기 위해 증가하는 플라스틱 범위로 부품을 인쇄하기 위해 Titan 대형 3D 프린터로 전환합니다.

Braskem은 세계 최대의 폴리올레핀 생산업체 중 하나로, 수천 명의 고객이 전통적인 사출 성형 및 열 성형에 재료를 사용하고 있습니다. 

2020년 Braskem은 3D 프린팅용 재활용, 바이오 기반, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 3D 프린팅 펠릿, 필라멘트 및 분말의 증가하는 범위를 홍보하는 데 중점을 둔 적층 제조 재료 사업부를 시작했습니다. Braskem은 압출 기술이 적용된 Titan 대형 3D 프린터로 전환하여 재료를 테스트하고 쇼케이스용 부품을 제작했으며, 표면 품질과 최종 사용 기능이 뛰어난 Titan의 대규모 고해상도 부품에 의존했습니다.

도전 과제

Braskem이 적층 제조 재료 사업부를 구축함에 따라 한 가지 독특한 과제는 브랜드 인지도를 구축하고 적층 제조 응용 분야에서 이러한 신소재의 가치에 대해 고객을 교육하는 것이었습니다.

솔루션

2021년 Braskem은 펜실베이니아주 피츠버그에 위치한 적층 제조 실험실을 위해 Titan Robotics 3D 프린터(펠릿 압출기 2개와 필라멘트 압출기 5개가 있는 Atlas H 3.3)를 구입했습니다. 이 기계는 자동차, 항공 우주, 해상, 가구 및 기타 산업 산업을 대상으로 하는 대규모 인쇄 부품을 통해 재료 기능을 보여주기 위해 구입했습니다. 

Braskem 팀은 다양한 대형 펠릿 기반 시스템에 대한 광범위한 시장 조사를 수행한 후 Titan Robotics 프린터를 결정했습니다. 궁극적으로 팀은 Titan Robotics 기계의 품질, 성능 및 다양성에 깊은 인상을 받았으며 눈에 띄는 뒤틀림이나 왜곡 없이 우수한 표면 품질과 최종 사용 기능을 갖춘 대규모 고해상도 부품을 생산할 수 있었습니다. 기계가 설치되면 Braskem 팀은 3D 디자인 스튜디오인 Dive Design과 협력하여 무역 박람회, 컨퍼런스 및 Braskem 적층 제조 연구소 내부에 전시할 수 있는 대형 쇼케이스 작품을 개발했습니다. 팀은 후처리 없이 모듈식 부품으로 인쇄된 완전 방수 패들보드와 맞춤형 프린팅 액세서리로 완성된 맞춤형 오프로드 SUV 도어 패널 및 펜더 플레어 세트를 만들었습니다.

결과

Titan 3D 프린팅 데모 부품을 통해 Braskem은 디트로이트에서 열린 400 RAPID 적층 제조 쇼에서 3일 만에 2022개 이상의 리드를 생성했으며 이는 지난 2년보다 더 많은 리드입니다. 또한 브랜드 소유자, 신생 기업, 서비스 접수처 및 OEM을 포함한 업계 전문가에게 다양한 재료 역량을 성공적으로 입증하여 큰 효과를 거둘 수 있었습니다. 또한 많은 새로운 잠재 고객이 Braskem에 연락하여 내부 적층 제조 프로그램을 가속화하는 데 도움이 되는 3D 프린팅 프로토타입 제작을 지원했습니다. 이 회사는 2022년 적층 제조 매출 성장 목표를 달성하기 위해 순조롭게 진행 중입니다.

생산할 수 있는 엄청난 속도와 유연성 제공"

"Figure 4 에그쉘 성형 솔루션을 사용하면 이전에는 볼 수 없었던 것들을 매일 볼 수 있습니다. 이렇게 많은 실리콘 및 PU 소재로 다양하고 빠른 속도로 만들 수 있게 되었습니다"

풍동 및 자동차 응용 분야를 위한 성형 엘라스토모 부품을 신속히 생산

실리콘 및 폴리우레탄 부품을 성형하기 위한 기존의 툴링 방법은 시간이 많이 걸리고 종종 F1 고려 대상에서 제외되었습니다. 

레이싱 시즌은 불과 몇 달 밖에 걸리지 않기 때문에 생산, 테스트 및 반복 속도가 가장 중요합니다.

해결책

1. 개발 및 제조기한 단축

BWT Alpine F3팀은 에그쉘 성형을 위한 3D 시스템즈의 Figure 4 솔루션을 통해 엄청난 속도로 다양한 고품질 성형 실리콘 및 폴리우레탄 부품을 생산할 수 있었습니다.

기존 성형 재료를 사용하여 일회성 및 반복 부품에 대한 엑세스를 제공하였습니다.

예를 들어, 기존의 금속 툴링 또는 진공 주조를 사용하여 몇 주가 걸리던 주조 그로밋 또는 씰을 Figure 4 를 사용하면사 하루만에 배송할 수 있게 되었습니다.

BWT 알파인  F1 팀은 하루에 여러 빌드를 실행합니다. Figure 4 모듈식 3D프린터는 자동차 부품 및 테스트를 위한 다양한 주조 도구용으로 탁월합니다.

BWT 알파인 F1팀의 고급 디지털 제조 관리자인 펫 워너는 대부분의 3D 프린팅 달걀 껍질 몰드는 단 90분 만에 프린팅되고, 가장 큰 빌드는 3시간이면 충분하다고 하였습니다.

* 에그쉘 성형은 3D프린팅을 사용하여 최종 생산 재료를 주입한 다음 분해하는 얇은 일회용 금형을 생산하는데 획기적인 희생 제조 기술입니다.

2. 여러 분야에 다양하게 응용

팀의 생산성 향상은 당일 제작가능을 넘어  Figure 4 에그쉘 공정을 사용하여 광범위한 응용 분야를 처리할 수 있는 능력으로 확장됩니다. 이 프로세스는 3D 시스템즈의 Figure 4 EGGSHELL-AMB10, 다양한 실리콘, 폴리우레탄 및 금속 및 세라믹과 같은 기타 재료로 최종 부품을 제공할 수 있는 유연성을 갖춘 소재로 희생 툴링을 생산하기 위한 공정 최적화 재료입니다.

Figure 4 EGGSHELL-AMB10 은 고온 고압에서의 사출을 견딜 수 있도록 특별히 설계된 경질 플라스틱이지만 주조 후 쉽게 분리됩니다.

" 우리는 엄청난 재료를 보유하고 있으며 기본적으로 하루 만에 모든 재료를 사용할 수 있습니다."라고 관계자는 전달합니다.

이를 통해서 팀은 강성, 연신율, 색상 및 기타 특성이 다양하고 광범위한 응용분야를 발견할 수 있습니다. 

현재 3D SYSTEMS의 에그쉘 성형 솔루션을 사용하여 다루는 대부분의 응용 분야는 차량 전체에서 사용되는 그로밋, 씰, 개스킷의 범주에 사용됩니다.

3. 간단한 WORKFLOW

간단한 CAD-Casting Workflow는 인쇄할 파일을 보내는 것으로 시작됩니다. 3D Sprint, Polymer 3D 프린팅을 위한 올인원 소프트웨어 및 소프트웨어의 광범위한 도구 세트에  Support를 추가하고 인쇄 프로세스를 관리하는 옵션이 포합되어 있습니다.

인쇄가 완료되면 BWT Alpine F1팀은 LC-3DPrint Box 후경화 장치에서 부품을 청소하고 후경화하는 주조 쉘을 후처리 합니다. 이과정은 약 90시간이 소요되며 경화작업을 거치게 됩니다.

UV 경화 후 BWT Alpine F1팀은 3D 인쇄 주조 쉘을 화학 이형제로 코팅하고 쉘은 폴리우레탄 또는 실리콘으로 주입준비를 합니다. 경화시간은 사용된 재료에 따라 다르며 10분에서 24시간까지 걸릴 수 있습니다.

4. 혹독한 환경에서의 성능

레이스는 최대 3시간이 소요됩니다. 이 시간동안 차량 전체가 격렬하게 변화합니다.

온도, 강한 진동 및 끔찍한 힘에 노출 됩니다.

관계자는 "어제 못했던 것을 넣는 것은 끔찍한 환경"이라며 항상 완벽을 위해 노력하고 있다"고 하였습니다.

에그쉘 성형 솔루션을 사용하여 생산된 부품은 이러한 높은 기준의 조건을 충족합니다.

표면 품질이 매우 좋고 공기 역학적 부품에 특히 기능을 발휘합니다.

고품질의 고성은 부품을 신속하게 생산할 수 있는 능력 덕분으로 팀은 스포츠의 극한의 시간 제약으로 인해 이전에 우선 순위가 낮았던 부품을 수정할 수 있습니다.

항저우 치후이 전자 기술 유한 회사 생산 및 제조를 위한 3D 프린팅 서비스 제공업체입니다. 이 회사는 3D 디지털 기술 응용 솔루션을 제공하고 3D 프린팅 기술을 통해 전통적인 제조를 혁신하며 고객이 인쇄 된 제품의 복잡한 문제를 해결할 수 있도록 지원하는 데 중점을 둡니다. 주요 고객으로는 Interplex 및 잘 알려진 자동차 회사가 있습니다. Interplex는 지속적으로 확장되는 설계 및 생산 분야에서 복잡한 맞춤형 제품과 솔루션을 개발하기 위해 기술을 적용하는 글로벌 리더입니다.

"3D 프린팅 산업은 경쟁이 치열합니다. 3D Systems는 일부 정교한 고객을 위해 설계에서 생산에 이르기까지 맞춤형 솔루션을 전문으로 하며 고객이 생산 비용과 시간을 절약할 수 있도록 돕습니다. 많은 전통적인 3D 프린팅 공정 및 재료에는 여전히 한계가 있으며 고객이 설계하는 일부 부품을 생산할 수 없거나 재료 성능이 기대에 미치지 못합니다. 3D Printer 프린터를 사용하면 성형 용량과 재료 성능 측면에서 고객의 요구를 충족할 수 있습니다."

-쉬펑 장, 니코, 계정 관리자, 항저우 치후이 전자 기술 유한 공사

3D프린터 도입 후

3D 프린팅을 채택하기 전에 고객은 처리 시간이 길고 긴급한 요구를 충족할 수 없는 기존 프로세스를 통해서만 부품을 생산할 수 있었습니다.

Chihui는 제품 제작을 위해 아래 3가지 요건이 필요했습니다.

1. 내열성 설비를 생산해야했습니다. 

2. 전자 현미경용 교정 키트(정확도 요구 사항이 0.03mm 이내) 

3. Interplex가 자동차 회사에 부품을 제공하는 데 사용하는 드라이 아이스 기계 세척 장치의 프리고 스테블 내부 구성 요소.

용액

사용된 3D 프린터: Figure 4® 독립형 및 ProJet® MJP 2500 Plus.

1. Chihui는 우수한 충격 강도를 제공하는 3D Systems Figure 4 Tough 65C Black 소재와 고온 내성을 갖춘 Figure 4® HI TEMP 300-AMB 소재를 사용하여 Interplex의 자동차 고객을 위한 부품을 프린트합니다.

이 고정 장치는 작업자 안전과 생산 효율성을 향상시키기 위해 사출 바늘을 금형에 배치하는 데 사용됩니다. Figure 4 HI TEMP 300-AMB 소재는 입증된 내마모성으로 인해 이 응용 분야에 선택되었습니다. 하루에 약 1000 번 사용됩니다 (바늘 삽입 및 제거에 한 번).

2. ProJet MJP 2500 Plus는 정확도 요구 사항이 0.03mm 이내인 전자 현미경용 교정 부품을 생산하는 데 사용됩니다. VisiJet® M2S-HT90은 내열성이 우수한 투명 소재로 고정밀 부품을 생산하기 위해 테스트 및 채택되었습니다.

3. Interplex용 자동차 사출 금형을 청소하는 데 사용되는 드라이아이스 기계 세척 장치의 내부 구성 요소입니다. 좋은 성능을 위해서는 저온 저항이 필요합니다. 고객 테스트에 따르면 Figure 4® 리지드 그레이 소재로 프린트된 부품은 -70°C까지의 저온을 견딜 수 있습니다.

CHIHUI는 3D프린터의 도움으로 납품 시간과 비용을 3% 이상 단축하고 생산 효율성을 크게 개선했습니다. 생산 비용 및 처리 시간(생산 시간 40% 이상 단축)을 줄여 생산 일정을 단축하고, 조명기 생산 비용 30% 이상을 절감하게 되었고 고객 만족도 향상이라는 성과를 달성할 수 있었습니다.