These test snout parts, designed by mechanical engineer Brian Biller at the Siemens Energy Orlando Innovation Campus, interface with gas turbine vanes in an airflow testing rig.
지멘스 에너지 올랜드 혁신 캠퍼스(OIC)에서는 전 세계 산업 분야의 파트너를 대상으로 컨셉부터 완성까지의 프로젝트를 개발하고 실행합니다. 이곳에 소속된 엔지니어는 사용 가능한 모든 산업 도구에 액세스할 수 있습니다. 가공, 몰딩, 자동화, 3D 프린팅과 같은 제조 기술을 결합하여 글로벌 문제를 해결하는 임무를 맡고 있습니다.
적층 제조 분야의 테크이션인 메튜 더치는 복합재 적층 제조(AM)를 책임지며 Form 3L 벤치탑 SLA 장치 2대 포함하여 용융 적측 모델링 방식(FDM)과 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 프린터 플릿을 관리하고 있습니다. 더치는 Formlabs의 소재 라이브러리가 가진 다양성을 활용해 신속 프로토타입에서 사출 금형 인서트까지 모든 파트를 제작하며 Formlabs과 협력하여 대형 포맷 SLA 파트의 새로운 게임 체인저인 Build Platform 2L의 후처리 워크플로를 검증했습니다.
Build Platform 2L의 특허 받은 신속 분리 기능을 활용한 더치는 Form 3L 프린터를 쉬지 않고 실행하고 있으며 금형과 제조 보조 장치와 같은 대형 파트를 빌드 플랫폼에서 직접 프린팅하기 시작했습니다.
“기다린 보람이 있었습니다. 24시간 이내에 금형을 프린팅하여 사출 성형된 플라스틱 파트의 펌핑을 시작할 수 있습니다. 산업 전체가 여기서 시작됩니다.”
매튜 더치, 지멘스 에너지 올란도 혁신 캠퍼스, 적층 제조 테크니션
응급 상황 대처
두 대의 Form 3L 프린터를 도입하고 다른 부서에 SLA 3D 프린팅의 다양성을 교육한 이후로 더치는 프린터가 거의 쉬지 않고 가동되고 있다고 말합니다.
AM 부서에 들어오는 요청은 무역 박람회용 엔진 모델에서 지구 반대편에 있는 가스 터빈 수리에 필요한 중요한 설비 및 도구에 이르기까지 다양합니다. 더치는 “응급 상황에 대처합니다. 지멘스 에너지는 때때로 엔진이 비활성화되는 정기 정전이나 비정기 정전 중에 엔진 구성 요소를 수리하는 프로세스를 개발하도록 요청합니다. 엔진이 전기를 생산하지 않는 떄는 매 순간에 엄청난 손실이 발생합니다. 한 3D 프린팅 프로젝트에서는 향후 정전을 방지하기 위해 터빈 블레이드의 마모를 평가했습니다.”라고 합니다.
여러 대의 3D 프린터와 다양한 소재를 사용하면 이러한 프로젝트를 신속하게 완료할 수 있습니다. 더치는 SLA 기술을 OIC에 도입하는 일을 담당했으며 처음에는 동료들이 레진 소재를 경계했습니다. 다재다능한 소재 라이브러리의 이점을 알게 되자 그의 동료들은 SLA 파트를 워크플로에 통합할 새로운 방법을 모색하기 시작했습니다. 이제 더치는 다른 어떤 프린터보다 Form 3L로 프린팅한 파트를 더 많이 요청받고 있습니다. 더치는 “다른 기술을 사용하는 파트의 수요는 적은 반면 레진 파트는 수요가 늘고 있습니다. 사출 금형 인서트에 사용되는 Rigid 10K Resin 파트에서 Tough 2000 Resin과 Clear Resin 파트까지 다양하죠. 장비를 꺼 본 적이 없습니다,” 라고 합니다. Tough 2000 Resin은 강도와 강성 덕분에 팀의 필수품이 되었습니다. 강도와 기밀성이 요구되는 기류 스나우트 같은 파트에 알루미늄 아날로그로 사용해 왔습니다.
Formlabs SLA 제품군의 다양한 소재는 거의 모든 문제에 대응할 솔루션이 있음을 의미합니다. 지멘스 에너지 네트워크의 글로벌 규모를 감안할 때 다양한 워크플로를 지원하는 도구는 큰 이점으로 작용할 수 있습니다. 더치는 “요구 사항 하나하나가 다릅니다. 같은 요구 사항을 받은 적이 한 번도 없죠. Form 3L의 피벗(전환) 능력은 무엇으로도 흉내낼 수 없습니다. ”라고 합니다.
대형 파트의 배치 생산
소재 라이브러리의 다양성과 결합된 Form 3L의 크기는 대형 파트 하나를 생산하거나, 다수의 소형 파트를 일괄 생산하더라도 어셈블리에 포함된 다수의 컴포넌트를 동시에 프린팅할 수도 있음을 의미합니다. 더치는 “훌륭한 폼 팩터이며 가격도 합리적입니다. SLA로 파트가 더 커지기 시작하면 비용을 10배 더 많이 지출하게 되지만 이것은 뛰어난 성능과 크기에 대한 비용입니다.”라고 합니다.
프린터는 24시간 내내 작동하며, 여러 날을 가동해야 하는 대형 프린트물의 경우 더치는 복잡한 작업을 완료하는 데 프린터를 믿을 수 있다는 것을 알고 있으므로 주말에도 프린터를 작동 상태로 두는 경우가 많습니다. 더치는 “우리는 주말에 소량 생산을 하거나 대형 파트를 생산할 수 있습니다. 까다로운 파트를 프린팅하도록 설정하고 월요일에 출근하면 바로 완료되어 있습니다.”라고 합니다. 그렇지만 어떤 파트는 제작할 수 없었습니다. Build Platform 2L이 출시되기 전이었습니다.
대형 사출 금형 인서트를 프린팅하기가 쉬워집니다
더치의 팀과 다른 사람들은 OIC에서 제품보다 프로세스 구축을 더 자주 담당합니다. 터빈 블레이드 테스트에 사용되는 하나의 3D 프린팅 등록 마크 템플릿으로 진단 프로세스를 간소화하여 터빈 유지 관리 및 수리에 사용할 수 있는 새롭고 보다 효율적인 워크플로를 생성할 수 있었습니다.
Build Platform 2L이 없이는 불가능 했던 프로세스 중 하나가 소량 생산 사출 금형 인서트입니다. 본래 사출 성형은 지금까지 많은 양을 생산할 때만 사용할 수 있는 공정입니다. 기계 가공된 금형의 비싼 가격을 정당화하려면 수량은 종종 수만 개에 다다릅니다. 3D 프린팅을 사용하면 사내에서 저렴하고 효율적으로 금형을 제작할 수 있으므로 더 적은 양을 생산해도 경제적입니다.
산업용 성형기의 압력을 견딜 수 있는 대형 포맷 금형을 프린팅하는 것은 거의 불가능했습니다. Build Platform 2L의 신속 분리 기능을 사용하면 이제 빌드 플랫폼 위에 직접 프린팅한 후 파트를 쉽게 분리할 수 있습니다.
전체 파트가 산업용 사출 성형기의 막대한 압력을 고르게 견딜 수 있도록 금형을 평평하게 프린팅해야 합니다. 그러나 이러한 금형이 클수록 Form 3L에서 프린팅하기가 더 어려워집니다. 빌드 플랫폼에 대한 접착력으로 인해 파트를 효율적으로 분리해내기 어려울 수 있기 때문입니다. Build Platform 2L을 사용하면 이제 빌드 플랫폼에서 직접 금형을 프린팅할 수 있으므로 시간과 수작업 시간이 단축되고 완전히 새로운 응용 분야가 생겨납니다.
“한번에 수천 개의 파트를 모두 프린팅하고 서포트 없이 플레이트에서 구부릴 수 있습니다. 전에는 할 수 없었죠. 이렇게 할 수 있는 다른 옵션은 금형을 기계 가공으로 제작하는 것 뿐입니다.”
매튜 더치, 지멘스 에너지 올란도 혁신 캠퍼스, 적층 제조 테크니션
프린팅 데이터: 동전 금형
| 프린트 소요 시간 | 후처리 시간 | 총소요시간 | 사용한 소재 분량 | |
|---|---|---|---|---|
| Build Platform 2L 미사용 | 14시간 | 1시간 | 15시간 | 391.43 ml |
| Build Platform 2L 사용 | 6.5시간 | 10분 | 6 시간 40 분 | 363.20 ml |
24시간 안에 제작하는 사출 성형 파트 소량 사출 성형에 관한 기본 사항
본 웨비나에서는 사출 성형 공정에서 비용은 절감하고 리드 타임은 단축하며 더 나은 제품을 출시하는 데 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린팅 금형을 사용하는 방법을 살펴보겠습니다.
레이어 높이 변화 없이 프린팅 시간을 단축하는 게 가능할까요?
Build Platform 2L의 신속 분리 기능이 없었더라면, 파트를 빌드 플랫폼에 세운 형태에서 비스듬한 각도로 배치하여 프린했어야 하므로 z축 높이가 증가하고 프린팅 시간이 늘어났을 것입니다. Build Platform 2L을 도입한 지금, 더치는 서포트 구조 없이 파트를 평평하게 프린팅할 수 있으므로 프린팅 시간과 소재 사용량을 크게 줄일 수 있습니다. 더치는 “Build Platform 2L은 당혹스럽게 오래 걸리던 시간을 줄여주었습니다”라고 합니다.
Form 3L의 넉넉한 빌드 볼륨으로는 대형 밀폐용 파트의 디자인을 프린팅할 수 있고 Build Platform 2L은 서포트 구조의 필요성을 제거해주어 후처리가 더 쉬워지고 기능성은 더욱 향상할 수 있습니다. 팀은 최근 기류 테스트 장비에서 가스 터빈 베인과 연결하는 데 사용되는 테스트 스나프린팅했습니다. 이 스나우트와 같은 파트의 이전 버전은 서포트 흔적을 제거하고 개스킷을 연결하기 위해 광범위한 샌딩이 필요했습니다. 스나우트는 정사각형 공기 매니폴드를 베인의 복합 반경 표면에 연결하여 공기가 방해받지 않고 흐를 수 있게 합니다.
이 테스트의 목적은 에어포일 내의 통로 및 기능에 대한 문제를 식별하는 것입니다. 더치는 “Tough 2000 Resin의 품질, 강도, 측정치와 압축 시 약간의 유연성으로 환상적인 결과를 얻었습니다. Build Platform 2L 덕분에 이러한 파트를 플레이트에 평평한 방향으로 프린팅할 수 있게 되었습니다. 즉, 30% 더 적은 시간에 청소에 들이는 노동력도 줄이면서 동일하거나 더 나은 결과를 얻을 수 있는 것입니다. 플레이트의 평평한 표면 덕분에 접촉면이 완전히 평평하여 공기 매니폴드에 뛰어난 기밀성이 생깁니다.”라고 합니다.
프린팅 데이터: 테스트용 스나우트
| 프린트 소요 시간 | 후처리 시간 | 총소요시간 | 사용한 소재 분량 | |
|---|---|---|---|---|
| Build Platform 2L 미사용 | 14시간 | 1시간 | 15시간 | 295.99 ml |
| Build Platform 2L 사용 | 9시간 | 5분 | 9시간 | 259.67 ml |
SLA 3D 프린팅의 한계 극복
지멘스 에너지의 OIC는 기계의 한계를 뛰어넘는 방법을 알고 있습니다. 전체 지침은 새로운 프로세스를 설계하고 특유의 문제를 해결할 솔루션을 찾는 것입니다. 더치가 Form 3L 프린터를 인하우스에 도입했을 때 이들은 완전히 새로운 솔루션을 사용할 수 있게 되었습니다.
여기에 Build Platform 2L을 사용하니 엔드투엔드 사출 성형, 대규모 제조 지원 및 맞춤형 최종 사용 제품 제작에 사용할 수 있는 새로운 워크플로가 실현되어 이 솔루션을 더욱 확장할 수 있습니다. 더치는 “Formlabs과 함께라면 SLA 3D 프린팅의 한계라고 생각했던 것을 잊고 이전에는 할 수 없다고 생각했던 일을 할 수 있습니다.”라고 합니다.
Build Platform 2L을 이용하면 소규모 파트 시리즈 제작에 사용 가능한 강력한 사출 금형을 제작하고 프린팅 시간은 단축하며 서포트 흔적을 제거하던 과거는 과거의 일로 만들 수 있습니다. 신속 분리 기능을 직접 활용해 보세요. 자세한 내용은 제품 페이지에서 확인하실 수 있습니다.
