Formlabs의 신규 Clear Cast Resin 산업용 인베스트먼트 주조의 정확도 향상과 인건비 절감

Formlabs은 산업용 인베스트먼트 주조 작업을 목적으로 특별히 개발한 신소재를 발표하게 되어 무척 기쁩니다. Clear Cast Resin과 더불어 Formlabs 광경화성 수지 조형(SLA) 3D 프린팅 워크플로를 이용하면 인하우스 방식으로 주조용 패턴을 제작하여 비용 절감, 처리 시간 단축, 반복 설계와 생산의 유연성 개선 효과를 가져올 수 있습니다.

Clear Cast Resin으로 프린팅한 패턴을 이용하면 패턴의 회분 함량이 적어 번아웃 결과가 깔끔하고 미량 금속이 남지 않는데다, 동종 소재 중 가장 낮은 열팽창률 덕분에 설계와의 오차가 0.25mm 이내로 치수가 정확합니다. 주조 공장이라면 기존 슬러리 소재나 번아웃 공정을 변경하지 않고도 자사의 워크플로에서 Clear Cast Resin을 바로 활용할 수 있습니다.

인베스트먼트 주조용 패턴을 직접 3D 프린팅하는 데 SLA 3D 프린팅이용하는 방법은 대형 산업용 SLA 프린터의 주요 응용 분야 중 하나로 성장했습니다 1990년대와 2000년대에 3D 프린팅 제조 기업도 소재 분사와 바인더 분사 같은 새로운 기술을 도입했고 그 결과 PMMA와 왁스 기반 소재로 패턴을 제작할 수 있었습니다. 이들 소재는 주조 전 공정에서 지금껏 사용했던 주조용 트리에 쉽게 부착할 수 있습니다.

3D 프린팅 패턴을 이용하면, 툴링에 드는 거액의 초기 비용을 절약하여 전반적인 파트당 비용을 절약할 수 있습니다. 중소 물량을 일괄적으로 생산할 수도 있고 아예 제작이 불가능하거나 다른 방법으로 제작하려면 비용이 너무 많이 드는, 형상이 복잡한 파트도 제작할 수 있습니다. 산업용 인베스트먼트 주조 워크플로에서 3D 프린팅의 장점을 즉각적으로 확인한 주조 공장이 많았지만 그런 기술을 인하우스에 도입하지 못 했습니다.

기술적으로 인상적이기는 했지만 정작 인베스트먼트 주조용 패턴을 생산하는 데 사용했던 전통적인 대형 프린터는 가격이 수백에서 수천 달러에 이르는 데다 이런 장비의 작동과 관리에는 대개 전담 기술 인력이 필요 했습니다. 이런 시스템의 비용과 복잡성 때문에 기술 도입을 포기하는 중소형 주조 업체가 많았습니다. 대신 3D 프린팅 패턴을 대행업체에 외주제작하는 기업이 많았고 따라서 패턴당 비용은 상승하고 리드 타임을 길어졌습니다.

Formlabs은 열팽창계수(CTE)가 작고 번아웃이 깔끔한 포토폴리머를 생산한 경험이 있습니다. 당사의 소재 제조 시설인 Spectra에서는 10년이 넘도록 인베스트먼트 주조 산업에 특화된 레진을 제작해 왔습니다.

Formlabs은 수년 간 주얼리 산업에 특화된 소재를 여러 가지 출시해 왔으며 이들 소재는 왁스로 충전되어 플라스크 안에서 주조 작업을 진행할 수 있도록 설계했습니다. Castable Wax Resin과 Castable Wax 40 Resin 같은 이들 소재는 기존 왁스 카빙과 비교했을 때 번아웃 상태가 우수하고 워크플로도 더 효율적입니다.

그렇지만 대형 주조 업체인 고객사 입장에서 보면 산업용 금속 주물에 사용할 더 크고 더 두껍고 구조적으로 견고한 파트를 제작하기에는 이런 소재가 너무 취약했습니다. 이런 고객사의 문제를 해결하려면 Formlabs SLA 3D 프린터의 동급 최강의 정확도, 해상도, 안정성과 Formlabs 소재 라이브러리의 기술적 성능을 통합해야 했습니다.

주조 공장의 규모가 크던 작던 Clear Cast Resin을 이용하면 3D 프린팅 패턴 자체 생산을 경제적인 비용으로 손쉽게 도입할 수 있습니다. 산업용 주조 공장용으로 특별히 개발된 Clear Cast Resin은 성능을 최우선으로 두었고 극도로 적은 회분 함량으로 깔끔한 번아웃을 염두에 두었으며 탁월한 표면 마감과 설계와의 오차가 0.25 mm 이내인 완벽에 가까운 정확도를 얻을 수 있는 소재입니다.

Clear Cast Resin을 이용하면 기술적 성능 외에도 3D 프린팅에서 가장 쉽고 사용자 친화적인 워크플로를 활용할 수 있습니다. 기술 교육이나 3D 프린팅 경험이 없는 주조 공장도 첫 번째 프린트 작업을 몇 분만에 시작할 수 있고, 프린터가 작동하는 동안 자리를 비우고 고부가가치 작업에 시간을 할애할 수 있으며 돌아오면 극도로 정확한 패턴이 완성되어 있는 것입니다. .작업 시간이 단축되면 파트당 비용을 전체적으로 절감할 수 있고, 이런 혜택을 고객에게 전달할 수 있습니다.

일반적으로 용융 적층 모델링 방식(FDM)인 취미용 프린터로 프린팅한 파트는 표면 마감이 거칠고 이 파트로 제작한 금형은 정확도가 떨어지게 되어 준비와 후처리작업량이 늘어납니다.. 막대한 초기 비용이나 완성도가 떨어지는 품질을 경험해 보면 새 프린터나 소재 도입을 주저할 수 있습니다. Formlabs Clear Cast Resin와 Form 시리즈 SLA 프린터의 손쉬운 워크플로를 접목하면 기존 대형 SLA 3D 프린터의 제작 품질과 FDM 프린터의 우수한 접근성을 한 번에 얻을 수 있습니다. 산업용 주조 공장이라면 초기 비용을 많이 들이지 않고도 기술을 도입할 수 있습니다. 교육받아야 할 내용이 극히 적어 짧은 시간 안에 패턴 생산에 착수할 수 있습니다.

Formlabs은 고객사가 갖가지 산업에 산재한 문제를 해결할 수 있는 제품을 생산하는 과정에서 협업합니다. 산업용 인베스트먼트 주조의 경우, 협업은 깔끔하게 번아웃되고 공차값이 최소인, 회분 함량이 적고 미량 금속이 전혀 없는 레진을 개발하는 것이었고 이 레진을 프린트할 경제적인 프린터와 경제적인 워크플로도 필요했습니다. 기준이 아주 높지만, 저희는 Form 3+, Form 3L, Form 4에서 Clear Cast Resin을 프린팅하면 모두 만족시킬 수 있다는 점을 알 수 있었습니다.

.저희는 몇몇 베타 테스터와 일 년이 넘도록 작업해 오며 산업용 인베스트먼트 주조 공장이 바로 사용할 수 있고 기존 공정은 거의 변경하지 않아도 되는 워크플로를 개발했습니다.

Diversified Metalsmiths는 앨라배마에 있는 산업용 주조 공장이며, 항공우주, 배관, 자동차, 순수 미술 산업에 잡샵(중소 규모 고객 주문이나 배치 작업 등 맞춤형/맞춤형 또는 반맞춤형/맞춤형 제조 프로세스를 처리하는 제조 시스템)형태로 대형 금속 파트를 공급합니다. 지금까지 거의 30년 동안 왁스 3D 프린터를 사용해 왔지만 최근에는 Formlabs 레진 프린터를 추가했습니다. Diversified사의 경험은 저희 신규 Clear Cast Resin과 산업용 인베스트먼트 주조 워크플로를 테스트하는 데 중요한 역할을 했습니다.

Diversified사는 몇 가지 구체적인 사항을 새로운 3D 프린팅 솔루션에 요구했는데 이들은 번아웃이 깔끔하게 되는 소재, 안정적이고 사용하기 쉬운 에코시스템, 자사의 임펠러 프로젝트에 필요한 크기였습니다. 솔루션을 평가할 때, 그들은 Formlabs 워크플로에 드는 비용이 자사와 같은 소규모 주조소에 적합하며 별다른 교육이나 준비 없이 바로 사용할 수 있어 워크플로를 통합하기 쉽다는 점을 발견했습니다.

테스트 파트를 요청한 후, Farr 부사장은 Form 3L과 Clear Cast Resin을 즉시 자사의 워크플로에 도입할 수 있음을 알 수 있었습니다. 즉, 기존의 번아웃 온도, 슬러리 배합, 파트 설계를 변경할 필요가 없었던 것입니다. Formlabs 워크플로를 이용하자 파트에 게이팅 시스템을 직접 추가할 수 있게 되어 공정은 살짝 개선되기까지 했습니다. Farr 부사장은 “Clear Cast Resin으로 제작된 파트를 워크플로에 바로 도입했습니다. 좋은 점 하나는 게이팅 시스템을 파트에 직접 프린팅하여 정렬할 수 있다는 것입니다. PMMA로는 할 수 없었던 것이죠."라며 만족감을 드러냈습니다.

워크플로 변경이 쉽다는 점이 증명되어 가장 마지막에 검증할 것은 번아웃 공정이었습니다. 여기서도 마찬가지로, Clear Cast Resin은 아웃소싱하던 PMMA 패턴을 효율적으로 대체할 수 있음이 증명되었고 심지어 비용은 그 일부에 불과했습니다. Farr 부사장은 “번아웃 공정은 PMMA를 사용할 때와 정확히 동일합니다. PMMA를 다루듯 하는 데 문제가 전혀 없어요.”라며 설명합니다.

Diversified사에서는 Clear Cast Resin을 Form 3L 3D 프린팅으로 제작한 단일 임펠러 개당 소재비와 인건비로 $80을 지출하고 있습니다. 아웃소싱 비용인 $300와 비교하면 가격이 저렵하여 빠르게 프린터의 ROI에 도달하는 한편 사용 사례는 확장하고 신규 응용 분야도 개척했습니다.

Form 시리즈 SLA 3D 프린터와 Clear Cast Resin 3D 프린팅 패턴을 이용하면 프린트전 공정의 작업량을 축소하고 제작 후 파트를 연삭하거나 손수 기계 가공할 필요성을 경감하는 방식으로 전반적인 파트당 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라 워크플로의 변경 없이 새로운 기술을 도입할 수 있습니다.

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