SLS 3D 프린팅으로 단일 부품 흐름 제조를 간소화한 Eaton의 사례

Formlabs Fuse 시리즈, 뉴욕 올린에 위치한 Eaton의 제조 공장은 1년 만에 운영 비용을 크게 절감하여 이전에 가공하던 델린 픽스처의 90%를 교체하고 공장 현장에서의 대응력과 효율성을 개선했습니다.

제조 측면에서 '일체형 흐름'은 수많은 움직이는 파트가 필요합니다. 올린에서는 매일 15,000개의 금속 산화물 배리스터(MOV)가 원자재를 압축, 도장, 평행 연마, 용접, 테스트, 최종 제품인 전주 및 역용 서지 피뢰기로 조립하는 복잡한 기계의 안내를 받으며 단일 부품 흐름을 통과합니다.

수많은 기계, 로봇, 움직이는 부품이 있는 올린의 팀은 지그, 픽스처, 엔드 오브 암 툴링(EOAT)부터 자동화 보조 도구, 교체 파트 등에 이르기까지 새로운 생산 소모품과 제조 보조 도구를 지속적으로 공급받아야 합니다. 이러한 파트는 필수적이지만 전통적으로 리드 타임이 길거나 가공 비용이 과도하게 많이 들거나 투박하고 사용하기 어렵습니다.

제조업체가 SLS 3D 프린팅을를 통해 비용을 절감하고 효율성을 개선하며 창의적인 사고와 구매를 장려하고 공급망을 보호하는 방법을 알아보기 위해 올린의 수석 제조 엔지니어인 TJ Zurell과 Eaton의 적층 제조 우수 센터(AMCoE)와 이야기를 나눴습니다.

35개국 209개 이상의 제조 시설과 약 93,000명의 직원을 통해 새로운 방법, 프로세스 및 제품이 항상 개발되고 있습니다. 제조 및 기타 산업의 지속적인 디지털화인 인더스트리 4.0을 구현하기 위한 Eaton의 전략에는 3D 프린팅을 사용하여 조립 라인의 일상적인 문제를 해결하고 작업자 안전을 개선하며 생산성을 높이고 비용을 절감하는 등의 작업이 포함됩니다.

AMCoE는 Eaton의 항공우주 부문을 위한 3D 프린팅 전문 연구 프로젝트로 2016년에 설립되었습니다. Eaton의 209개 분산된 제조 현장을 위한 3D 프린팅 지식 허브이자 3D 프린팅 리소스가 되었습니다. "적층 제조 우수 센터는 제조 공장 내에서 발생하는 몇 가지 문제를 지원하기 위해 마련된 곳입니다."라고 AMCoE 적층 제조 애플리케이션 매니저인 캐슬린 추는 말합니다.

Eaton의 인더스트리 4.0 글로벌 적층 제조 전략 매니저인 Cameron Peahl은 모든 Eaton 지사에서 최고의 기술과 최신 지식을 활용할 수 있도록 회사 전체의 리더들로 구성된 글로벌 감독 위원회를 이끌고 있습니다. "Eaton은 다양한 제조 영역과 다양한 제품 포트폴리오를 보유하고 있기 때문에 적층 가공에 있어 매우 흥미로운 곳입니다... 따라서 많은 기회가 있지만, 이는 또한 우리가 추구해야 할 것이 많다는 것을 의미하며 많은 집중이 필요합니다."라고 Peahl은 말합니다.

3D 프린팅 산업은 빠르게 변화하고 있으며 새로운 재료, 새로운 프린터, 새로운 애플리케이션이 하루가 멀다 하고 출시되고 있습니다. Eaton의 글로벌 협의회는 플랜트가 고유한 워크플로에 집중할 수 있도록 분야를 좁히고 평가 및 통합에 대한 무거운 작업을 일부 처리하기 위해 구성되었습니다. "저희는 사이트가 채택하고 투자 및 성장을 위해 선택할 수 있는 모든 다양한 방식에 걸친 표준 포트폴리오를 마련했습니다."라고 Peahl은 말합니다.

글로벌 협의회에서 정한 표준을 준수하기 위해 AMCoE는 새로운 기술을 엄격하게 평가하여 다양한 Eaton 사이트에 대한 적합성을 결정합니다. "시스템을 제대로 검사하는 데는 보통 6~9개월이 걸립니다. 그리고 우리가 진정으로 원하는 것은 사용 편의성, 신뢰성, 반복성입니다."라고 Peahl은 말합니다.

제조 현장에서 기계를 만지작거리는 시간은 생산 시간 낭비이며, 모든 국내 제조업체의 생산성에 대한 압박이 가중되는 상황에서 3D 프린터는 믿을 수 없을 정도로 안정적이고 직관적이어야 합니다. "우리는 신뢰할 수 있고 활용할 수 있는 산업용 기계를 원합니다... 서비스 요청을 기다릴 시간도 없고 설정을 손볼 시간도 없습니다. 우리가 프린팅하고 싶은 것을 프린팅하고 싶을 때 프린팅해야 합니다... 매일 기계가 바닥에 놓여 있고 플러그가 꽂혀 있지 않고 작동하지 않는 것은 우리에게 돈과 기회를 잃는 일입니다."라고 Peahl은 말합니다.

2021년 AMCoE 팀은 여러 광경화성 수지 조형 방식 장비를 평가했지만 사용 편의성, 신뢰성, 반복성이라는 세 가지 주요 원칙을 충족하는 단일 제조업체를 찾지 못했습니다.

"그 무렵 Formlabs를 도입한 후 사용 편의성 측면에서 즉시 차이를 발견했습니다."라고 Peahl은 말합니다. Form 3 세대로 광경화성 수지 조형 방식의 워크플로를 표준화한 후, 2024년 Eaton 팀은 Form 4 및 Form 4L 로 업그레이드했습니다.

Formlabs 광경화성 수지 조형 방식 프린터를 처음 검증한 지 수년이 지난 지금, 생산 및 조립 라인에서 사용할 고정밀 파트를 찾고 있는 제조 공장에 Eaton이 추천하는 프린터는 Form 4 및 Form 4L입니다. 또는 현장에서 사출 성형 플라스틱 컴포넌트의 특정 교체 파트가 필요한 경우 AMCoE에서 단 몇 달러에 일주일 이내에 프린팅하여 배송할 수 있습니다. 대형 제조 장비 시스템의 컴포넌트를 교체하려면 OEM에서 사출 성형된 고유 컴포넌트를 몇 달 동안 기다리는 것 외에 다른 해결책이 없는 경우가 많습니다. 3D 프린팅은 이러한 일회성 케이스에 대해 빠르고 저렴한 대안을 제공합니다.

"미크론 이하의 정확도, 매우 우수한 표면 마감, 픽스처나 공구의 높은 반복성이 필요하다고 말하는 공장을 만나면 바로 '흠, 여기서 SLA에 대해 이야기하고 있는 것 같다'라는 생각이 들곤 합니다."라고 Peahl은 말합니다.

공장에서는 다양한 온도와 다양한 환경에서 냉각제, 절연체, 코팅 용액 등의 화학 물질을 다루는 경우가 많기 때문에 재료의 가변성도 Formlabs 광경화성 수지 조형 방식을 추천하는 데 중요한 역할을 합니다. 하나의 시스템 내에서 다양한 자료( )에 액세스할 수 있다는 것은 사이트가 매일 새로운 내용을 업데이트할 때 매우 유용할 수 있습니다.

"SLA은 경도, 강도, 뒤틀림 없고 내열성 측면에서 독특한 재료 특성을 제공할 수 있으며, 우리가 마음에 들어하는 다른 하나는 Formlabs Color Resin입니다. 맞춤형 컬러링이나 매우 특정한 컬러가 필요할 때 다른 시스템에서는 할 수 없는 실제 컬러로 프로토타입을 제작할 수 있습니다."라고 Peahl은 말합니다.

Eaton의 AMCOE는 Formlabs Fuse 시스템을 검토하기 전에 수년 동안 선택적 레이저 소결(SLS) 기술을 보유하고 있었습니다. "SLS는 지지대 없이 프린팅할 수 있어 파트 청소가 효율적이고 기하학적 공차가 우수하며 나일론과 같은 엔지니어링 등급 소재를 사용할 수 있는 등 많은 장점이 있습니다. 이는 프로토타이핑 작업이나 추가적인 강성이 필요한 툴링 작업을 할 때 큰 장점입니다."라고 Chou는 말합니다.

AMCoE의 이전 SLS 프린터는 50만 달러에 가까운 가격표와 복잡한 워크플로, 전담 운영자와 많은 기술 지원이 필요한 대형 산업용 파우더 베드 융합 장비였습니다. 이러한 기계는 AMCoE의 숙련된 직원이 요청을 완료하는 데 사용되었지만 일반적으로 제조 현장에 신뢰할 수 있고 사용하기 쉬운 옵션으로 추천하는 '손대지 않아도 되는' 기계는 아니었습니다. "이러한 기계의 문제점은 지저분하고, 크고, 번거롭고, 엄청나게 비싸다는 점입니다."라고 Peahl은 말합니다.

AMCoE는 엔지니어링 등급의 재료와 지원 없는 SLS 프린팅을 제공하면서도 다양한 제조 환경의 현장에서 프린터가 작동하는 데 필요한 사용 편의성과 안정성을 갖춘 프린터가 필요했습니다. 2022년, 그들은 Fuse 프린터를 도입하여 성능을 시험해 보았습니다.

Fuse 1+ 30W, Fuse Sift, Fuse Blast 등 Fuse 시리즈 에코시스템을 평가한 후 AMCoE는 공장 현장에서 빠르고 저렴하며 복잡한 제조 보조 도구를 위한 솔루션으로 이 제품을 추천하기 시작했습니다. "공장에서, 산업 환경에서 적층 제조의 진정한 장점은 속도라고 생각합니다. 속도, 탄력성, 창의성"이라고 Peahl은 말합니다.

산업 제조업체에게 다운타임은 적입니다. 50개의 서로 다른 중장비로 구성된 복잡한 안무가 하나의 흐름 안에서 모두 작동하기 때문에 작동 불량, 고장 또는 약간의 지연이 발생하면 처리량에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. "작업 현장에서 문제가 발생하면 통합업체가 현장에 와서 부품 교체를 도와주기를 기다리거나 기계 공장으로 부품을 보내야 합니다. 그리고 파트가 복구될 때까지 8주에서 12주의 다운타임이 발생할 수 있습니다. 이는 공장을 거의 마비시키는 수준입니다."라고 Peahl은 말합니다.

이러한 다운타임을 줄일 수 있는 새롭고 효율적인 방법을 찾는 것은 공장 현장의 책임입니다. SLS 3D 프린팅을 통한 주문형 제작을 이해하면서 새로운 것을 시도하고, 해결 방법을 제안하고, 일상에서 비효율적인 부분을 지적할 수 있게 되었습니다. 올린의 모든 직원이 Fuse 시리즈를 사용할 수 있게 되면서 새로운 아이디어와 더 효율적인 프로세스가 실제로 구현되고 있습니다.

지금은 Fuse 시리즈 프린터로 수천 개의 파트를 프린트하고 있지만, 엔지니어링 팀이 3D 프린트를 접한 것은 집에서 데스크톱 거치형 3D 프린터로 일찍부터 시작되었습니다. "우리는 모두 집에서 소형 프린터를 가지고 있는 취미 생활가입니다. 초기 프로토타입을 제작할 때는 여전히 용융 적층 모델링 방식을 선호하지만, 몇 개를 제작할지, 얼마나 자주 필요할지 항상 고민하고 있습니다. 그리고 1년에 한 번 이상 발생하는 일이라면 SLS에 넣을 것입니다."라고 Zurell은 말합니다.

SLS 3D 프린팅이 올린과 같은 공장에서 발생할 수 있는 모든 문제를 해결할 수 있는 마법 같은 해결책은 아닙니다. 하지만 인하우스 Fuse 시리즈 SLS 에코시스템을 통해 Zurell과 올린 팀은 작은 변화를 통해 시간과 비용을 크게 절약할 수 있는 방법을 얻게 되었습니다.

제품, 위치, 언어, 워크플로가 매우 다양하기 때문에 3D 프린팅에 대한 획일적인 접근 방식은 존재하지 않지만, AMCoE는 올린과 같은 공장을 위해 분야를 좁히고 매우 일반적인 것부터 매우 구체적인 것까지 맞춤화된 조언과 솔루션을 제공할 수 있었습니다(올린의 바닥에 있는 로봇처럼).

"적층 제조는 엔지니어들이 빠르게 반복하고, 즉각적인 피드백을 받고, 빠르게 학습하고, 빠르게 실패할 수 있는 기능을 제공합니다. 이를 통해 우리는 제조업에서 벗어나 진정한 첨단 제조업으로 나아갈 수 있게 되었습니다."라고 Peahl은 말합니다. 올린은 Fuse를 도입했을 때 9개월의 ROI를 예상했습니다. 하지만 프린팅을 시작한 후에도 워크플로의 일상적인 어려움을 지적하는 현장 직원들의 새로운 아이디어가 계속해서 제시되었습니다.

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