One of the key challenges in advanced manufacturing is to ensure that complex structures like robotics, digitally assisted assembly, and machining technologies are assembled perfectly. Based in a £43 million Factory 2050 at the Advanced Manufacturing Research Centre (AMRC), the Integrated Manufacturing Group is a research group that works with industrial partners to bring together these advanced technologies and develop integrated systems.
The research group recently worked on a project for Airbus, Europe’s largest aerospace manufacturer, that involved high-tolerance drilling and machining of carbon fiber, aluminum, and titanium components.
Given the stringent aerospace requirements, it was critical to prevent cross-contamination of holes during these trials. Shortly into the project, the team realized that their planned solution wasn’t sufficient to solve the issue and faced weeks of delay if they were to machine or injection mold replacement parts.
Learn from George Sleath, a project engineer at the Integrated Manufacturing Group, about how the team used 3D printing to rapidly produce 500 high-precision drilling caps, cutting the lead time from weeks to only three days.
Sleath and the engineering team worked with AMRC’s open-access additive manufacturing station to manufacture the parts they needed. Read our case study to learn how open access to 3D printing can support hundreds of engineers across the site.
교차 오염을 방지하기 위한 다양한 방법의 테스트
“One of the key requirements for the drilling process was that we didn't have any contamination in the holes. What this meant was that after drilling one hole and moving onto the next hole, we needed to cover up the first one, so that any scrap that was generated didn't cross-contaminate it. When we realized that we had this particular requirement for a hole cover, we only had a small amount of time to deliver the solution,” Sleath said.
The engineers first tried to use an aluminum piece with a small rubber O-ring, but that didn't solve the problem sufficiently. It caused the entire project to slow down, which, given the limited time available to conclude the project, wasn't going to be acceptable.
The team then came up with a new design: a small disc with a cut channel around the outside to fit an O-ring. The part had relatively strict tolerance requirements; if the cut was too big and the ring would sink into the side of the part, it wouldn't actually seal on the O-ring, but on the plastic. The acceptable range of tolerance was half the thickness of the O-ring, somewhere in the region of half a millimeter.
The variety of parts also meant complications for manufacturing. “We had to have multiple variations because the holes we were drilling were different sizes, which meant we required different hole covers. From a virtual design point of view, it doesn't take long to just change one dimension, but if you were to have the parts injection molded, you'd have to have a new mold for each one,” Sleath said.
공학용 끼워맞춤
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백서 다운로드이틀 만에 500개의 보호 캡 3D 프린트하기
이 팀은 열흘 동안 약 500개의 소형 캡이 필요했기 때문에 3D 프린트를 제외한 모든 제조 옵션을 배제했습니다.
당시 AMRC의 내부 역량을 확신할 수 없었던 슬레스 씨는 먼저 외부 인쇄소 3곳에 견적을 요청했지만, 파트가 프로젝트에 기여할 가치를 고려할 때 제안이 과도했습니다.
슬레스 씨는 “그런 다음 저는 디자인 및 프로토타이핑 그룹의 마크 커킹 씨와 이야기하여 사내에서 제조할 수 있을지 물었습니다. 실제로 저는 24시간 동안 아무런 연락을 받지 못했지만 답을 받았을 때는 '예, 이미 절반은 출력 되었습니다.'라는 답이 돌아왔습니다. 24시간 만에 250개의 드릴링 캡을 제조하다니, 3D 프린팅의 처리 능력이 놀라웠습니다."라며 그 날을 회상했습니다.
결국 커킹 씨는 이틀 만에 모든 컴포넌트를 제조하는 데 성공했습니다.
"덕분에 파트를 더 빨리 확보하고 작업할 수 있었을 뿐만 아니라, 부품이 언제 들어올지 걱정할 필요 없이 다른 일에 집중할 수 있었습니다."라고 슬레스 씨 말합니다.
AMRC managed to 3D print 500 of the different drill cap designs in just two days. With 3D printing, the engineers were also able to include geometry in the part that they also 3D printed into a tool, which allowed them to install the caps quickly and easily.
유연성과 반복 작업을 위한 공간을 제공하는 인하우스 3D 프린팅 스테이션
부품이 3D 프린팅으로 제작되었기 때문에 엔지니어들은 3D 프린팅으로 제작할 파트에 형상을 포함시킬 수 있었고, 이를 통해 캡을 빠르고 쉽게 설치할 수 있었습니다.
슬레스 씨는 “이를 설치한 작업자로부터 받은 피드백은 환상적이었습니다. 거의 모든 파트가 의도한 대로 정확하게 작동했으며 작동 중 파손된 파트는 없었습니다.”라며 자신감을 드러냈습니다.
빠른 처리 시간과 저렴한 비용 외에도 인하우스 3D 프린팅의 주요 추가 이점은 유연성입니다.
"테스트했을 때 설계가 제대로 작동하지 않았다면, 첫 번째 설계를 대행업체에 보냈다가 몇 주 안에 500개를 모두 돌려보내고 나서야 약간의 변경이 필요하다는 것을 깨닫는 대신, 신속하게 이를 다시 디자인 루프에 피드백하여 변경할 수 있었습니다."라고 슬레스 씨는 말합니다.
AMRC에서 3D 프린팅 스테이션으로수백 명의 엔지니어를 지원하는 방법 살펴보기
"저는 3D 프린트를 사용하여 디자인을 빠르게 반복하는 것을 매우 좋아합니다. 3D 프린터로 부품을 제작하여 현장에서의 성능을 확인한 다음 새 설계를 프린터로 빠르게 전송합니다. 속도와 저렴한 비용 덕분에 하루에 두세 개의 디자인을 처리하는 경우도 있습니다. AMRC의 새로운 오픈 액세스 프로젝트를 통해 사이트 전체가 사용하게 되면, 모든 사람들이 3D 프린트를 더 많이 사용하기 시작할 것이라고 생각합니다."라고 슬레스 씨는 말합니다.
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