Driving Cost Savings and Customization: Labconco’s Strategic Shift to 3D Printing

Labconco의 유리 기기 세척기 라인은 적층 제조(AM) 파트를 비롯하여 최첨단 엔지니어링 혁신을 도입한 제품 라인입니다. 하나의 구성 요소인 충전 센서 마운트는 넘치는 것을 방지하려고는 예비 부품 역할을 합니다. 기존 방식으로 제작했다면 두 개의 개별 부품을 사출 성형한 후 핀으로 조립하여 서로 고정하는 방식을 채택했을 것입니다.

그러나 Labconco의 제품 디자이너 Tim Grove는 SLS 3D 프린팅으로 제작하면 비용과 시간을 절약할 수 있을 것으로 생각했습니다. Formlabs의 자체 Nylon 12 Powder 표준 샘플에 사용된 힌지 디자인에서 영감을 받은 Grove는 조립을 간소화하고 다양한 공구 주문과 관련된 비용을 없애기 위해 충전 센서 마운트를 재구상하는 작업에 착수했습니다.

그리피스 씨와 반복적으로 협업을 진행하던 Grove는 파트를 다양한 버전으로 프린팅하고 검토하여 완벽한 기능과 성능 저하 없는 파트를 개발했습니다.

그리피스 씨는 “힌지가 프린터 안에서부터 이미 작동하는 데다 준비된 상태로 프린터에서 나옵니다. 여기서 비용을 절감하고 생산 유연성을 확보할 수 있습니다. Fuse에서 막 꺼낸 Nylon 12 Powder 파트는 중간 정도 등급의 훌륭한 폴리머입니다. 여러 가지 응용 분야를 찾아냈고, 작동도 잘 합니다."라며 만족감을 드러냈습니다.

곡물 분석에 사용되는 Labconco의 Kjeldahl 장비에서 팀은 중요한 블로워 휠 부품용 공구를 생산하는 외부 공급업체와 협력하고 있었습니다. 수량이 적었고 공급업체는 제작용 공구의 수명이 다해 부품을 폐기하기로 결정했습니다.

Labconco는 새로운 툴과 금형의 설계 및 생산, 높은 자재 및 인건비가 예상되지만 새로운 공급업체를 찾아야 하는 상황에 직면했습니다. 그리피스 씨는 “수십 가지 솔루션을 검토했지만, 특히 화학적 호환성 측면에서 우리의 사양을 충족하는 솔루션은 없었습니다. 그래서 결국 사본을 가져와서 부품을 리버스 엔지니어링하고 최적화한 다음 Rigid 10K Resin으로 프린팅했습니다.”라고 설명했습니다. 그리피스 씨는 “테스트를 통해 견딜 수 있는지 확인한 결과, 최고의 솔루션이라고 판단했습니다.”

새롭게 출시된 대형 포맷 SLA 프린터인 Form 3L이 때마침 도착했고, 리버스 엔지니어링된 블로워 휠을 40일 동안 연속으로 프린팅하여 부품 재고를 다시 확보했습니다

그리피스 씨는 “Rigid 10K Resin을 여러 구성 요소에 꼭 맞는 소재로 사용해 왔습니다. 화학적 호환성은 산, 특히 이 경우 기화 황산과 관련하여 우리가 필요에 맞아 떨어졌습니다. 적층 가공으로 전환하자 공급업체와 재료를 검증하는 데 드는 수백 시간을 절약할 수 있습니다. 이런 점을 볼 때 정말 강력한 비즈니스 사례죠.”라고 단언했습니다.

어떤 구성품은 구조가 비교적 간단할 수 있지만, 전통적인 제작 방식으로 제작하면 여전히 비용이 많이 들 수 있습니다. 한 기계공이 두 개의 베어링을 분리하고 베어링이 서로 잡아당겨지는 것을 방지하는 분리기 부품에 개당 약 $500의 견적가를 제시했습니다. 이 부품은 신제품에 들어가는 것이었고, Labconco는 이미 3D 프린팅 실험실에서 사용 사례를 입증한 바 있었습니다. 그리피스 씨는 즉시 Fuse 1+ 30W로 분리기를 프린팅하기 시작했고, 기계공에게 아웃소싱할 때 드는 비용의 10분의 1 수준인 약 $45로 가격을 낮췄습니다.

개선 프로세스는 여기서 멈추지 않았습니다. 그리피스 씨는 펜실베이니아 주립대학교의 적층 제조 및 설계 프로그램을 통해 대학원 과정에서 습득한 원리를 적용하여 단순한 일대일 교체에서 전체 최적화 점검으로 프로세스를 재구성했습니다

제너레이티브 설계를 사용하여 부품 전체의 소재를 줄이면서도 작업자를 보호하는 분리기의 안전 기능을 유지하는 실험을 했습니다. 하루 만에 그는 최적화된 설계를 수정했고, Labconco는 부품을 인하우스 SLS 3D 프린팅으로 제작하기 시작했습니다. 개당 단가가 약 $20이었습니다.

그리피스 씨는 “3D 프린팅은 지오메트리로 할 수 있는 일의 측면에서 엄청난 이점을 제공합니다. 부품을 경량화하거나 다른 설계 기법을 적용하면 이전에는 없었던 방식으로 부품을 결합할 수 있습니다. 제조를 사내로 가져와서 많은 비용을 절감할 수 있습니다."라고 합니다.

Labconco의 타협 없는 우수성 추구는 주력 제품 중 하나인 생물학적 안전 캐비닛에 사용되는 핵심 부품 테스트까지 확장됩니다. 이러한 캐비닛은 특정 공기 흐름 패턴과 HEPA 필터에 의존하여 직원과 그 안에서 취급되는 제품을 보호하는 데 필수적입니다. 이러한 필터는 최고 수준의 성능을 보장하기 위해 엄격한 테스트와 인증을 거친 후 테스트가 완료된 것으로 표시됩니다.

과거에는 이러한 테스트 프로세스가 작업자에게 크게 의존했기 때문에 잠재적인 변동성과 한계가 있었습니다. 그러나 Labconco는 로봇 시스템의 성능을 활용하여 각 필터의 스캔을 완벽하게 정밀하게 자동화하는 혁신적인 접근 방식을 채택했습니다. 자동화로 전환하면서 테스트를 담당하는 로봇 팔 제작에 필요한 맞춤형 공구와 엔드 이펙터를 개발해야 했습니다. 기존 제작 방식은 비용이 엄청나게 많이 들고 수개월이 걸릴 수 있으며, 필요한 부품의 양이 적기 때문에 Fuse 시리즈 장비로 부품을 3D 프린팅하는 것은 혁신적인 접근 방식의 중요한 부분이었습니다.

Labconco는 Fuse 1+ 30W 에서 자체 생산한 SLS 부품을 사용하여 제품 안전 테스트의 정확성과 신뢰성을 높임으로써 이러한 부품의 일상적인 활용도를 획기적으로 향상시켰습니다. 이처럼 적층 가공을 중추적으로 도입한 덕분에 운영이 간소화되었을 뿐만 아니라 Labconco는 제품의 안전성과 성능을 보장할 수 있게 되었습니다

Labconco는 퓸 후드 생산을 최초로 상용화한 회사로, 퓸 후드는 현재 가장 중요한 제품 사업부 중 하나입니다. 퓸 후드는 대규모 화학, 제약 또는 농업 벤처에 없어서는 안 될 필수 요소입니다.

사용자가 지정된 지점을 지나서 후드 새시를 열지 못하게 하는(따라서 에너지 비용을 절감하는) 기계식 새시 스톱 역할을 하는 한 구성 요소는 이전에는 사출 성형으로 제작했습니다. 단일 도구로 대량 주문을 진행하다 보니 대규모 고객을 위해 주문을 변경하거나 맞춤화할 수 있는 기능이 제한적이었습니다. 도구가 마모되면 공급업체는 교체 신뢰도가 떨어지기도 합니다. 그리피스 씨는 공급망 문제에 대응하기 위해 Fuse 1+ 30W로 이러한 새시 스톱을 프린팅하기 시작했고, 현재는 매주 50~100개의 부품을 Nylon 12 Powder로 생산하고 있습니다.

그리피스 씨는 “해당 부품을 성형하면 쉽게 수정할 수 없습니다. 흔한 일은 아니지만, 과거에 사출 성형 방식으로 부품을 만들었는데, 부품을 다시 가져와서 사용해보니 파손되거나 의도한 대로 작동하지 않아서 속이 상한 적이 있었습니다. 엔지니어들은 이제 일부 부품을 3D 프린팅으로 전환하면 필요 시 재설계하는 수고를 훨씬 덜 수 있고, 변경할 수 있는 옵션이 더 많아진다는 점을 염두에 두고 있습니다. 항상 달러 가치를 매길 수는 없지만, 적층 제조에는 종종 간과되는 '무형의' 이점이 상당히 많다고 생각합니다."라고 그리피스는 말합니다.”라고 합니다.

3D 프린팅 기술을 사내에 도입했을 대 얻을 수 있는 또 다른 이점은 이제 막 경력을 쌓기 시작한 젊은 직원들에게 자신감을 심어줄 수 있다는 점입니다. 새로운 도구를 주문할 때 필요한 절대적인 완벽함이 없어도 되기 때문에 새로운 것을 시도하거나 새로운 아이디어를 내놓을 의향이 더 많습니다. 그리피스 씨는 “젊은 엔지니어들은 부품을 보고 '이거면 되겠다'고 말할 수 있는 20년 경력의 엔지니어가 아닙니다 3D 프린팅을 통해 무언가, 심지어 많은 것을 시도해보고 실패하더라도 크게 상처받지 않고 오히려 힘을 얻을 수 있습니다."라고 합니다. “주어진 문제를 가장 창의적으로 해결할 수 있는 최선의 해결책을 찾는 데 집중하는 것이 우리가 원하는 인재상이며, 3D 프린팅은 이를 실현하는 데 큰 역할을 합니다.”