타의 추종을 불허하는 속도와 안정성, 정확도로 대형 포맷 SLA 3D 프린팅을 재정의하는 Form 4L

세계 5대 가족 소유 자동차 파트 공급업체에 속하는 Brose에서 적층 제조는 설계와 최종 사용 제조 모두에서 중요한 역할을 합니다. 북미 Brose North America 공장에서는 고품질 프로토타입 대량 생산과 주문형 지그와 고정 장치 제작, BMW 같은 OEM 파트너에게 공급할 수십만 개의 최종 사용 자동차 구성품 생산에도 SLS 프린팅을 이용합니다. 

Brose North America에서는 용접 부서가 프로젝트 사이를 빈번하게 이동해야 하며, 용접 로봇이 새로운 제품 라인으로 옮겨 갈 때마다 새로운 프로젝트의 파라미터에 맞춰 사전 프로그래밍을 해야 합니다. 
용접 로봇을 프로그래밍하는 데 금속으로 제작된 최종 사용 파트로 사용하려면 비용이 많이 들고, 용접 스테이션이 장비를 교육할 준비가 되었을 때는 사용할 수 없는 경우가 많습니다. 3D 프린팅은 빠르고 저렴한 솔루션이 될 수 있지만 특별한 요구 사항이 있습니다. 이러한 크기의 시트 레일을 제작하려면 치수 정확도와 정밀도가 우수하고 용접 고정구에 고정할 수 있을 만큼 튼튼한 파트를 빠르게 생산할 수 있는 대형 포맷 3D 프린터가 필요합니다.

Brose 팀은 화요일 아침에 새로 도착한 대형 SLA 3D 프린터인 Form 4L을 개봉했습니다. 설치에 걸린 시간은 불과 30분이었고, 곧 Fast Model Resin을 사용하여 대형 용접 설치 파트를 프린팅하기 시작했습니다. 4개의 조각으로 나뉜 파트는 빌드 볼륨 전체를 거의 다 채웠습니다. 크지만, Form 4L로 2시간도 안 걸려 프린트했고, 간단한 세척과 후경화 과정을 거친 후 불과 45분 만에 용접 로봇에 고정물을 장착했습니다.

Brose는 촉박한 일정에 맞춰 일하는 데 익숙합니다. 어떤 OEM 파트너는 파트를 주문한 후 24시간 이내에 배송을 요청합니다. Form 4L의 프린트 속도와 파트 품질은 Brose 적층 제조 팀이 이렇게 촉박한 마감일을 맞추는 데 의지가 됩니다. Brose의 3D 프린트 이니셔티브를 자세히 알아보려면 전체 스토리를 읽거나 주문형 웨비나를 시청해 보세요.

Microsoft는 수십 년 동안 기술 제조 분야의 최상위를 차지해 왔으며, Microsoft의 APL(Advanced Prototyping Lab)에서는 상상할 수 있는 제조 방법을 거의 모두, 놀라울 정도로 자세하게 보여줍니다. APL은 Xbox, Surface 태블릿 등을 포함하여 전체 Microsoft 에코시스템의 주문을 처리합니다. 

최근 한 동료가 연구실의 Form 4 프린터의 빌드 볼륨보다 크기가 크고 빠르게 완료해야 하는 태블릿 케이스를 요청했습니다. 적층 제조 연구소 책임자인 Mark Honschke는 “Form 4L를 사용하기 전에는 할 수 없었던 작업입니다. 처리 시간이 너무 길었을 테니까요. 3D 프린팅은 선택지가 아니었을 것입니다. 그러면 반복적인 프로세스가 더 느려졌을 것이기 때문입니다.”라고 설명합니다. 3D 프린팅 팀이 Form 4L로 프로토타입 작업을 개시하자 당일 오후에 작업물을 받아볼 수 있었습니다. Honschke는 “4시간만이라니, 게임 체인저가 될 것입니다.”라며 기대에 찬 모습을 보였습니다.

하지만 프린트 시간이 전부는 아닙니다. 사전 처리 및 사후 처리 시간도 팀의 생산성과 효율성에 영향을 미칠 수 있습니다. Form 4L을 도입한 APL은 레진 3D 프린팅 워크플로를 단순화하여 준비 작업과 마무리 작업을 모두 단축하고, 파트를 컨셉트에서 납품까지 더욱 빠르게 완료할 수 있었습니다. 

Form 4L의 빌드 볼륨 덕분에 파트를 반으로 나누는 일은 과거의 일이 되었으며, 낮에는 빠르게 파트를 제작할 수 있을 뿐만 아니라 밤에는 더 많은 양을 제작할 수도 있게 되었습니다. 후처리에서는 서포트의 접점 팁이 작아 파트를 완성하는 데 걸리는 시간이 단축되었습니다. 

APC는 Xbox부터 Surface 태블릿, 헤드셋 등에 이르기까지 다양한 개념 증명(POC) 조립 빌드에 대한 요청을 종종 이행합니다. 하지만 구성 요소를 동시에 제조할 수 없기 때문에 3D 프린팅이 필요하게 되었습니다. Honschke는 “회로판은 1주일 안에 회로판을 받을 수 있을지 몰라도, 중간 프레임은 3주가 지나야 받을 수 있을 겁니다. 그리고 우리는 '아, 회로 기판이 0.5mm 정도 너무 두껍구나. 그러면 이 케이스 커버를 닫을 수 없구나'를 알아내야 합니다. 그래서 이런 빌드를 할 때는 한두 개씩 하는 게 아니라 50~100개씩 해야 합니다."라며 어려움을 토로합니다.

최근에는 Xbox 미드프레임에 대한 POC 요청이 50개 들어왔는데, 일부 내부 컴포넌트를 아웃소싱하는 데 문제가 있었기 때문입니다. “저는 '예, 우리는 파트 50개를 공급할 수 있지만, 클리닝까지는 할 수 없습니다'라고 했습니다. 하지만 Form 4L을 사용하자 서포트 제거가 훨씬 쉬워져 실제로 큰 문제가 되지 않았죠. 그리고 우리는 일주일 반이 아닌, 3일 만에 풀 빌드 분량 3개를 완료할 수 있었습니다. 그 빌드만으로도 이미 Form 4L 비용을 회수한 셈입니다."라며 회상합니다. 

Form 4와 Form 4L은 함께 APC에 새로운 기회를 열었습니다. 이렇게 품질이 우수한 파트를 이렇게 빠른 속도로 얻을 수 있다면 대규모 POC 빌드를 위해 사내에서 더 많은 서비스를 제공할 수 있을 것입니다. “Xbox는 매년 1~2회의 POC 빌드를 수행하고 Surface는 2~3회의 POC 빌드를 수행하는데, 그 서비스를 사내에서 제공할 수 있다면 A) 보안 측면에서 더 좋고 B) 속도가 더 빠르다면 문제를 더 빨리 찾을 수 있습니다. Form 4와 Form 4L 덕분에 훌륭한 비즈니스 기회가 열렸다고 생각합니다. 직원을 데려와서 운영만 하는 게 합리적이라는 게 증명될 것 같습니다."라고 합니다.

100년 이상 가정에서 신뢰하고 사랑해온 라디오 플라이어는 상징성 짙은 Original Little Red Wagon®의 제작사이며 해당 제품은 미국 장난감 명예의 전당에 오른 유명한 제품입니다. 라디오 플라이어는 세계 최고의 승용 장난감 생산업체로서 대중문화의 선두 주자이자 모든 어린이의 크리스마스 선물 목록에서 일 순위를 차지해온 기업으로 이들이 생산해 온 웨건, 스쿠터, 세발자전거, 고카트, 전기 자전거를 비롯한 혁신적인 제품은 가족이 가는 곳이라면 어디서든 빠지지 않고 따라다닙니다. 
 
라디오 플라이어의 개발 과정에서 3D 프린팅은 대단히 중요한 부분을 차지하고 있으며, 설계 엔지니어인 Agostino LoBello 씨는 Formlabs Fuse 시리즈 선택적 레이저 소결 방식(SLS) 3D 프린터 2대, Form 3L과 Form 4L 대형 포맷 SLA 프린터와 FDM 및 PolyJet 프린터를 보유하고 연구실을 운용하고 있습니다. 장비 플릿에 Form 4L을 도입하기 전까지는 SLA 프린트물 요청이 그다지 않지 않았습니다. 설계팀과 엔지니어링 팀이 Fuse 시리즈로 제작한 SLS 파트를 선호했기 때문입니다. 그렇지만 LoBello 씨는 Form 4L로 프린팅한 지 불과 몇 주가 지나지 않아 이 대형 포맷 SLA 프린터를 이용한 당일 제작 파트가 늘어났다는 사실을 눈치챘습니다. 

LoBello 씨는 “Form 4L이 간극을 메워주었다고 생각합니다. 전에는 SLA 방식을 많이 사용했습니다. 프린트물의 편차가 적고 치수 정확도가 우수했기 때문이죠. 그렇지만 지금은 Form 4L 프린트물을 요청하는 사람들이 확연히 눈에 띕니다. 정확도 면에서 탁월하고 결과물을 정말 빠르게 얻을 수 있으니까요.”라고 설명합니다. 

SLA 워크플로를 거치는 파트는 대부분 라디오 플라이어에서 ‘로드쇼 모델’이라고 부르는 것들입니다. 이러한 파트는 샌딩, 도장을 거친 후 사출 성형 수준의 표면 마감을 위해 마감 처리된 후 Target, Wal-Mart, Amazon과 같은 전자 상거래 사이트에 보내 사진을 촬영합니다. LoBello 씨는 "공급업체는 제품을 출시하기 전에 검토를 위해 제품을 받기 때문에 실생산 파트와 기본적으로 구별이 불가능해야 합니다. 그런 일이라면 우리는 SLA로 합니다."라고 합니다. 

'공급업체에서 바로 사용할 수 있는' 파트는 LoBello 씨의 요청 상자를 통해 들어오는 파트의 일부에 불과하고 나머지 요청은 일반적으로 Fuse로 제작했습니다. 그렇지만 이것은 어디까지나 Form 4L 도입 전의 이야기입니다.

LoBello 씨는 Form 4L 덕분에 설계 및 엔지니어링 팀의 요청을 수용할 수 있는 여지를 더 많이 확보할 수 있었습니다. 프린터는 여전히 쉴 새 없이 작동하지만 프린트 속도가 빨라져 더 많은 작업을 처리하고 있습니다. Radio Flyer와 Form 4L에 대해 자세히 알아보려면 전체 기사를 읽어보세요.