3D 프린팅처럼 빠르게 진행되고 경쟁적인 산업 분야에 관해서라면 때때로 눈 앞에 펼쳐지는 광경을 믿지 않을 도리란 없습니다. Formlabs Manufacturing Services Bureau(MSB)는 체감할 수 있는 증거를 제공하기 위해 수십만 개의 샘플 파트와 당사 프린터용 최종 사용 구성품을 3D 프린팅했습니다. 물량이 그 정도 되어서야 당사의 에코시스템으로 처리할 수 있는 생산 수량을 증명하기에 충분했습니다. 이제 저희는 한 걸음 더 나아가 Formlabs 자동화 에코시스템으로 생산 물량에 동력을 더하려고 합니다.
Formlabs MSB는 대량 생산에 3D 프린팅을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 자동화 에코시스템을 이용하면 간단하고 비용 효율적일 수 있음을 입증했습니다. 프린터 하드웨어 익스텐션인 Form Auto와 소프트웨어 기능 스위트인 Fleet Control, High Volume Resin System이 조화롭게 작동하여 인건비와 공간을 배가하지 않고도 생산 규모를 확장할 수 있습니다. Formlabs 오하이오 MSB의 책임자인 크리스 퍼웰스는 "Formlabs MSB의 파트 대량 생산은 당사의 장비 사용을 실지로 보여줄 가장 효과적인 방법이며 다른 제조업체 또한 그렇게 할 수 있기를 바랍니다."라며 자신감을 드러냈습니다.
파트와 최종 사용 생산 구성품
Formlabs MSB는 오하이오주 털리도에 있는 생산 시설로 Form 3 시리즈 광경화성 수지 조형 방식(SLA) 프린터 140대와 Fuse 시리즈 선택적 레이저 소결 방식(SLS) 프린터 30대 이상을 보유하고 있습니다. 퍼웰스는 "고객이 새 프린터 구매 평가의 하나로 요청하는 샘플 파트를 프린팅하지만, Form Wash L, Form Cure L, Form 3L 및 Fuse 시리즈 같은 Formlabs 장비를 생산하는 데 사용하는 부품도 프린팅합니다."하고 합니다.
Formlabs의 엔지니어는 차세대 장비의 시제품을 제작하고 생산하는 데 자체 SLA 및 SLS 프린터를 사용합니다. 일부 부품은 팬데믹 기간에 공급망이 폐쇄되었을 때 임시방편으로 3D 프린팅을 시작했고 일부 부품은 사출 성형으로 제작하는 것보다 저렴하므로 3D 프린팅으로 제작합니다. Formlabs은 이렇게 광범위한 SLA 및 SLS 프린터 제품군의 성능을 활용하여 최종 사용 부품을 대량으로 생산하고 제품 출시 시간을 단축할 수 있습니다.
40여 종이 넘는 Formlabs의 소재 하나하나를 이미 표준 프린팅 샘플 파트로 제작해두었으므로 Formlabs 프린터 소유 여부와 무관하게 누구나 샘플 파트를 요청할 수 있습니다. 샘플 파트는 Surgical Guide Resin으로 프린팅한 의료용 드릴 가이드에서 Durable Resin으로 프린팅한 기능성 기어에 이르기까지 각 소재의 용도를 알 수 있는 지표가 됩니다.
도전: 대량 생산, 다양한 접촉
140대의 SLA 프린터와 40종이 넘는 SLA 소재를 사용하며 프린팅 시설을 관리하려면 세심한 감독과 지속적인 모니터링이 필요합니다. 이 시설에서는 프린팅과 후처리 워크플로를 최적화하여 결정된 일정을 엄격하게 준수하고 직원의 근무일과 최대한 맞춥니다. Formlabs Operations Excellence 팀원인 앤드류 크레인(Andrew Crane)은 해당 일정과 프린트 팜의 흐름을 최적화하려고 애썼습니다. 크레인은 "4개의 팀이 있는데, 프린팅 대기열이 서로 다른 두 개의 Form 3+ 프린터 그룹을 담당하는 팀, Form 3L 프린터 그룹을 담당하는 팀, Fuse 1+ 30W 프린터 그룹을 담당하는 팀, 공정 테스트 팀으로 구성되어 있습니다. 우리 프린팅 대기열은 때때로 한 번에 500개의 프린트물을 처리합니다."라고 합니다.
자동화 에코시스템이 출현하기 전에는 일반적으로 하루에 여러 번 접점이 필요했습니다. 즉, 빌드 플랫폼을 로드하고 적절한 카트리지와 탱크가 삽입되었는지 확인해야 하며 프린팅이 완료되면 Form Wash로 옮기기 위해 빌드 플랫폼을 꺼내 프린터를 프라이밍해야 했습니다. 각 작업에 1분도 채 걸리지 않지만 140대의 SLA 프린터가 있는 생산 시설이라면 하루 시간 대부분을 노동 집약적이지만 복잡성은 낮은 작업에만 소비하게 됩니다.
프린터 다섯 대 몫에 달하는 처리량
Form Auto와 자동화 에코시스템을 사용하면 이렇게 짧지만 반복적인 작업이 크게 줄어듭니다. Form Auto는 빌드 플랫폼 2의 신속 분리 기능을 활용하여 파트를 꺼낸 다음 플랫폼을 다시 삽입하고 프린터를 새 작업에 맞게 준비하여 이전에는 완료하는 데 작업자가 필요했던 두 개의 접점이 사라집니다. 퍼웰스는 "프린터 한 대가 다섯 대의 일을 처리하게 하는 것과 같습니다"라고 합니다. 빌드 플랫폼 2와 Form Auto를 사용하면 빌드 플랫폼에서 파트를 긁어내고 할당된 분량을 한 번에 하나씩 세척하는 작업을 하지 않아도 됩니다.
"이제 아침에 출근했을 때 여러 작업에서 생성된 파트가 가득한 바구니 하나만 Form Wash L에 넣으면 됩니다. 프린터는 근무 외 시간에도 작업을 마치고 다른 작업을 시작할 수 있으므로 어떤 작업은 생산성이 더 좋습니다."
Chris Pauwels, Manager of the Formlabs Ohio MSB
Formlabs MSB 직원은 부품 제거, 프린터 프라이밍 및 단일 배치 세척에 들이는 시간을 훨씬 많이 줄일 수 있고 매우 복잡한 작업을 더 자유롭게 수행할 수 있게 되었습니다. 하룻밤 사이에나 직원의 수작업 없이도 파트가 완성되고 자동으로 새 프린팅을 시작할 수 있습니다. Form Auto를 갖추고 있는 Formlabs MSB에서는 밤이나 주말에 조명이 꺼져도 프린팅을 중단할 필요가 없습니다.
Formlabs MSB 직원은 아침에 출근한 후 밤새 완료된 여러 빌드 볼륨의 대량 배치 파트를 후처리할 수 있습니다.
Fleet Control로 완성하는 운영 탁월성
Fleet Control은 Dashboard 내 기능 스위트로 프린트 대기열 할당과 프린터 여러 대로 구성된 환경에서 일정 관리를 최적화합니다. Formlabs MSB에는 140대의 SLA 프린터와 40종의 레진이 있으므로 작업을 구성하고 최적화할 기회가 생긴다면 어떤 것이라도 재빨리 포착해야 합니다.
크레인은 "Fleet Control은 프린팅 작업에서 관리에 필요한 입력을 크게 줄였습니다. 맞춤형 작업을 프린팅 대기열에 쉽게 끼워 넣을 수 있으며 테크니션이 올바른 프린터에 올바른 올바른 프린터에 올바른 프린터에 올바른 프린터에 할당하는 것에 관해 덜 염려해도 됩니다.”라며 신뢰를 드러냅니다.
Formlabs MSB 내 140대에 달하는 SLA 프린터로 구성된 그룹에는 소재 유형에 따라 결정되는 더 작은 프린터 그룹이 있습니다. 이들 그룹은 유연하며 새로운 소재가 출시되고 수요가 새로운 샘플 제작으로 이동하는 경우와 같은 일이 발생할 때 쉽게 변경할 수 있습니다. Fleet Control을 사용하면 사용자가 특정 장치를 선택하는 것과는 달리 프린터 그룹으로 프린팅 작업을 보내고 그룹 내에서 대기열을 관리할 수 있습니다. 또한, 전체 생산 장치가 어떻게 작동하는지를 한눈에 확인할 수 있어 테크니션이 문제가 발생하기도 전에 문제점을 파악할 수 있습니다.
크레인은 "Fleet Control 덕분에 프린트 팜의 생산 관리가 아주 쉬워졌습니다. 스크린을 몇 번 터치하는 것 만으로 관리할 수 있어 테크니션이 문제를 빠르게 인식하고 처리할 수 있습니다.”라고 강조했습니다.
Fleet Control의 조직 및 감독 기능을 Form Auto의 생산 능력과 결합하자 Formlabs MSB의 생산성은 크게 향상되었습니다. 크레인은 “Fleet Control과 Form Auto를 함께 사용하면 파트 생산량이 대량으로 증가하지만 더 중요한 것은 파트에 대한 물리적 접촉이 적기 때문에 Form Auto와 기존 방법을 비교할 때 동일한 파트에 대한 수율이 증가한다는 점이 입증되었습니다. ”라고 합니다.
새로운 레진 솔루션이 필요한 대량 프린팅
수년간 샘플 파트를 프린팅해온 Formlabs MSB의 팀은 레진 리필에 도가 튼 조직입니다. 이들은 단일 레진 카트리지로 각 파트의 배치 수와 새 카트리지로 전환해야 할 때를 정확히 알고 있는 분들입니다. 이러한 교체 작업은 빠르고 쉽게 완료할 수 있지만 파트 회수와 마찬가지로 140대의 프린터 수 만큼 곱해지면 작업자가 시간을 상당 부분을 절약할 수 있습니다. 퍼웰스는 “프린터 작업자가 해야 할 주요 부분 중 하나는 레진 카트리지를 교체하는 일입니다. 하루에 440개의 파트를 프린팅할 때는 레진 카트리지를 꽤 자주 교체해야 합니다.”라고 알려줍니다.
작업 시간 외에도 빈 카트리지의 수가 이 프린트량에 합산되기 시작하면 보관해야 할 양이 늘어나고 폐기 전략을 세워야 합니다.
당사는 자동 펌핑 시스템을 통해 5ℓ의 수지를 원활하게 전달하는 고용량 수지 시스템을 개발하여 Form Auto가 장착된 프린터에서 작업자의 상호 작용 없이도 프린팅 배치를 여러 회차 진행할 수 있게 했습니다. 퍼웰스는 "고용량 레진 시스템은 레진 용량이 5배이므로 레진 용기와의 상호 작용이 5배 적어집니다. 이렇게 하면 카트리지 리필 횟수가 1/5로 줄어들고 액체를 쏟을 가능성도 1/5로 줄어듭니다.”라고 합니다.
대량 생산이 가능해지는 자동화 에코시스템
3D 프린팅은 수년 동안 맞춤형 제품에 사용된 기술이며 3D 프린팅 신속 툴링을 채택하는 사례가 증가함에 따라 이제는 대량 생산 공정의 일부로 사용하고 있는 모습을 더 흔하게 찾아볼 수 있습니다. 지금까지 3D 프린팅의 맞춤화 능력과 대량 생산의 처리량을 결합할 수 있는 기술 플랫폼은 없었습니다. 자동화 에코시스템은 인건비를 줄임으로써 맞춤화 비용을 훨씬 저렴하게 낮추고 평균 작업자의 시간 제약을 없애는 대신 대량 생산을 보다 효율적으로 만들어 간극을 메워줍니다.
현재까지 Formlabs MSB는 수십만 개의 파트를 생산하여 Form 3 시리즈 프린터의 생산 능력과 Formlabs 소재의 일관성을 입증했습니다. Formlabs 고객의 3D 프린터 및 부품에 대한 수요가 증가함에 따라 내부적으로는 Formlabs에 대한 수요도 증가했습니다. 자동화 에코시스템은 생산 확장에 대한 요구에 효율적으로 부응하며 그 능력을 입증하기에 당사 자체 시설보다 더 좋은 곳은 없습니다.
"자동화 에코시스템은 MSB가 인력 추가 없이 처리량을 증가시켜 파트당 필요 인력을 50% 이상 줄이는 데 도움이 되었습니다.”
Andrew Crane, Operational Excellence Team
이런 규모의 일관성 있는 프린팅 능력은 Formlabs의 운영과 공급망을 간소화하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 자체 제품을 생산에 사용함으로써 이를 학습, 개발 및 반복하여 비즈니스 모델과 기반이 되는 기술을 최적화하여 피드백 루프도 끊임 없이 생성합니다.
