스페인 빌바오 지역에 위치한 IGESTEK은 플라스틱 및 복합 소재를 활용한 자동차 산업 경량화 솔루션 개발 전문 기업입니다.
이 회사는 다양한 하이브리드 공정 기술을 개발 및 통합하여 복합 부품을 제조한 다음 업계 최고를 달리는 자동차 공급업체에 납품하거나 주문자 생산 방식(OEM)으로 고급 자동차 및 오토바이용 부품을 생산합니다.
그들의 팀은 형상 확인용 컨셉 설계 단계부터 기능적 프로토타입 구현용 세부 설계 단계에 이르기까지 제품 개발 프로세스 전반에 걸쳐 3D 프린팅을 사용합니다. 또한 플라스틱 사출금형용 인서트 또는 복합재용 열성형 도구 제조 같은 신속 툴링에도 3D 프린팅을 사용합니다.
IGESTEK이 개발 속도를 개선하고 비용을 절감하며 발생할 수 있는 문제에 민첩하게 대응하는 방법을 알아보려면 계속 읽어보세요.
Form 3L에서 제너레이티브 디자인 자동차 컴포넌트 반복처리하기
IGESTEK의 최신 혁신 프로젝트 중 하나는 서스펜션 쇼크 업소버 서포트(탑 마운트)입니다. 이 컴포넌트는 차량이 운행하면서 발생하는 진동을 줄여 편안한 승차감을 향상시키는 것이 목표인 자동차 서스펜션 시스템의 일부입니다.
쇼크 업소버용 서포트는 제한된 일련의 요구 사항을 기반으로 여러 솔루션을 제공하는 Autodesk의 Fusion 360 제너레이티브 디자인 소프트웨어로 개발되었습니다.
IGESTEK는 빌드 볼륨이 넓은 Form 3L 덕분에 다양한 반복 설계 버전의 컴포넌트를 동시에 프린팅할 수 있었습니다.
그런 다음 팀은 내부에서 Form 3L 대형 포맷 광경화 수지 조형 방식(SLA) 3D 프린터로 가장 유망한 디자인을 3D 프린팅하여 형상을 검증하고, 대량 제작을 활용하여 동시에 최대 3개의 서로 다른 반복 작업을 프린팅했습니다. 제너레이티브 디자인으로 얻은 복잡한 형상을 SLA 3D 프린팅으로 실현하고 값비싼 툴링에 투자하지 않고도 기능적 프로토타입으로 어셈블리 및 운동학적 프로세스를 검증할 수 있었습니다.
R&D 프로세스를 거쳐 얻은 결과는 제너레이티브 형상을 기반으로 한 금속 3D 프린팅과 더 가벼운 복합재를 결합하여 현재 시중의 솔루션보다 40% 더 가벼운 패키지로 최고의 성능을 제공하는 다중 소재 아키텍처였습니다.
최종 결과물은 금속 3D 프린팅과 복합재를 조합하여 제작되었습니다.
다양한 SLA 3D 프린팅 재료로 열성형 도구 만들기
IGESTEK의 팀은 프로토타이핑 외에도 3D 프린트를 사용하여 열성형 탄소 프리프레그와 같은 합성 복합재 파트 생산을 위한 공구를 신속하게 생산하고 있습니다.
IGESTEK의 혁신 관리자 로메로 씨는 "Rigid 10K 및 High Temp Resin과 같은 Formlabs 레진은 엔지니어링 목적에 매우 유용합니다. 우리는 주로 합성 복합재 압축 열성형 기술로 작업합니다. 프레스로 작업하려면 압력을 사용하여 [합성 복합재 파트]를 성형하고 일반적으로 180도 또는 200도의 고온을 사용하기 때문에 도구는 견고하고 내열성이 있어야 합니다."라고 합니다.
이 합성 복합재 튜브용 열성형 장비는 다양한 3D 프린팅 파트를 사용하여 제작되었습니다.
최근의 한 가지 사례는 팀이 합성 복합재 튜브를 제조하기 위해 개발한 도구입니다. 높은 강성이 필요한 리그의 지지 기둥을 제작할 때는 Rigid 10K Resin, 고온과 기압을 견뎌야 하는 클램프 제작에는 High Temp Resin, 공구용 엔드 캡을 빠르게 제작할 때는 Draft Resin을 사용했습니다.
"[3D 프린트를 사용할 수 없다면] 금속으로 제작해야 하는데, 당연히 더 많은 시간이 걸리고 비용이 더 많이 듭니다. 3D 프린트를 통해 연구 중인 주제에 대한 빠른 해답을 얻을 수 있습니다. 작동하지 않는 부분이 있으면 다른 프로토타입을 프린팅하여 개선하면 됩니다."라고 로메로는 말합니다.
3D 프린팅 금형을 이용한 탄소 섬유 파트 제작
본 백서를 다운로드하여 탄소 섬유 파트 제작에 사용되는 프리프레그 및 핸드 라미네이팅 방법에 관한 단계별 지침과 복합 금형 설계 지침을 확인해 보세요.
3D 프린팅 금형을 이용한 소량 신속 열 성형
백서를 다운로드하여 3D 프린터로 복잡한 형태의 금형을 신속하게 제작하는 방법을 확인하고, 금형 파트 제작을 준비할 때 유념해야 할 팁과 지침을 알아보세요.
3D 프린트 금형 인서트를 사용한 사출 성형
IGESTEK의 팀은 또한 3D 프린팅으로 사출 성형용 몰드 인서트 플라스틱 파트를 제작합니다. 기존에는 간단한 파트의 경우 알루미늄과 강철로 인서트를 인하우스 가공하고 복잡한 금형은 아웃소싱했지만, 특히 일회성 또는 소량 프로토타입의 경우 높은 비용과 긴 리드 타임이 발생했습니다.
최근 자동차 외장 커버용 컴포넌트 제조용 사출 금형 인서트의 경우, 3D 프린트를 통해 비용과 리드 타임을 기존 대비 1/3 이하로 줄일 수 있었습니다.
| 사출 성형 인서트 | 3D 프린팅 | 가공 금속 |
|---|---|---|
| 비용 | 300€ | 1000€ |
| 리드 타임 | 10시간 | 30시간 |
금형에는 두 개의 캐비티가 있습니다. 하나는 금속 인서트로 만들어지고 다른 캐비티는 네거티브 설계가 포함된 맞춤형 3D 프린트 인서트로 만들어집니다. 프로토타이핑의 경우 3D 프린팅 인서트를 쉽게 변경하고 다양한 반복 작업을 신속하게 테스트할 수 있기 때문에 아주 잘 어울립니다.
로메로 씨는 "프로토타입 단계에서는 모든 컴포넌트의 대칭성을 테스트하기 위해 다른 컴포넌트와 함께 조립할 몇 가지 컴포넌트만 있으면 됩니다. 20개 또는 50개의 컴포넌트로도 충분히 효과가 있다는 것을 증명할 수 있습니다."라고 합니다.
고온 레진으로 프린트된 몰드 인서트를 사용한 PMMA 자동차 컴포넌트의 사출 성형 설정.
3D 프린팅 인서트로 얻을 수 있는 성형 파트의 수는 주로 성형 재료, 사출 시스템, 성형 공정 파라미터의 세 가지 요소에 따라 달라집니다.
"사출 성형이나 합성 복합재에 어떤 유형의 소재를 사용하는지에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어 사출 성형의 경우 섬유로 강화된 플라스틱을 사용하면 기존 소재보다 훨씬 더 공격적이기 때문입니다. 따라서 [인서트]가 더 일찍 손상됩니다. 20개의 컴포넌트를 얻을 수 있지만, 더 많이 생산하고 싶다면 인서트를 교환하여 계속 생산하면 됩니다." 로메로 씨의 말입니다.
3D 프린팅 금형을 이용한 소량 고속 사출성형
백서를 다운로드하여 사출성형 공정에서 3D 프린팅 금형으로 비용과 리드 타임을 절감하는 방법과 관련된 지침을 확인하고, Braskem, Holimaker, Novus Applications의 실제 사례 연구를 살펴보세요.
다음 대형 프로젝트로의 전환
IGESTEK 팀은 혁신을 거듭하면서 다음 프로젝트에서 3D 프린트로 가능성의 한계를 뛰어넘을 수 있는 방법을 고민하고 있습니다.
다음 프로젝트에는 대규모 열성형 툴링 제작, Form 3L의 빌드 볼륨 활용, 툴링에 새로운 기능을 제공하는 Flexible 80A Resin 및 Elastic 50A Resin 같은 다른 재료 실험이 포함됩니다.
