제조 보조 도구는 생산 보조 도구 또는 생산 소모품이라고도 하며, 검증 시험에서 생산 및 유지 관리에 이르기까지 제조 작업을 지원하고 촉진하는 모든 도구 또는 장치입니다. 제조 보조 도구는 기업 내부에서 제조 및 조립 프로세스를 더 간단하고 안정적으로 만들어 사이클 시간 단축과 작업자 안전 개선, 생산 비용 절감에 사용됩니다. 지그, 픽스처, 엔드 오브 암 툴링(EOAT), 가이드와 같은 워크홀딩 장치부터 정렬 핀, 마스킹 마스터 등에 이르기까지 다양합니다. 이들은 생산 워크플로를 간소화하고 공장 현장에서 발생하는 일반적인 문제를 해결하는 데 필수적인 도구입니다.

일반적으로 제조업체는 (간혹 POM(델린) 또는 기타 플라스틱으로 제작하기도 하지만) 금속 공작 기계를 제작하는 데 자체 제작 또는 외주 공급 업체를 이용합니다. 기계 가공에 필요한 CAM 설정 및 기계 작동에는 고가의 장비와 숙련된 인력이 필요합니다. 게다가 도구는 대부분 부품 여러 개로 구성된 어셈블리로 만들어져 작업의 복잡도가 증가합니다. 아웃소싱에는 몇 주에 걸친 리드타임과 높은 비용이 수반됩니다. 따라서 이러한 도구를 맞춤형으로 적시에 제작하는 것은 어려울 수 있습니다. 그렇지만 파트가 받는 힘은 사용 분야에 따라 달라지므로 이러한 도구를 항상 금속으로 제작해야 하는 것은 아닙니다.

3D 프린팅이라고도 하는 적층 제조(AM)는 기업 내부에서 저렴한 비용으로 신속하게 공구를 제작할 수 있는 강력한 솔루션입니다. 툴리스(toolless, 공구 없이 진행하는) 제작 프로세스를 선택하면 속도, 비용 절감, 디자인 자유, 재료 선택 및 유연성과 같은 이점을 꽤 많이 얻을 수 있습니다.

3D 프린팅을 사용하면 필요에 따라 인하우스 도구를 재빨리 제작하고, 공급업체 아웃소싱 시 몇 주나 걸리던 리드 타임을 며칠로 단축하며 일상적인 생산 문제도 바로바로 해결할 수 있습니다.

기업은 대부분 종래의 프로세스로 지그와 고정구를 제작합니다. 지그 또는 고정구를 이미 사용한 후에 문제가 발견되면 공정을 다시 시작하거나 부품을 재작업해야 합니다.

적층 워크플로는 훨씬 더 짧습니다. 일반적으로 DFM(Design For Manufacturing, 제조를 고려한 디자인) 작업이 거의 또는 전혀 필요하지 않으며, 인하우스에서 생산할 경우 견적과 협상에 드는 시간이나 운송 시간이 필요하지 않습니다.

제조업체는 재료, 인건비, 장비 비용을 절감할 수 있습니다. 벤치톱 프린터는 장비와 유지보수가 아주 간헐적으로 필요하므로 CNC 작업자의 작업 시간을 절약하여 다른 고부가가치 작업에 집중할 수 있습니다.

디자이너가 3D 프린팅을 이용하면 특정 작업에 맞는 사용자 지정 기능을 도입하고 맞춤형 보조 도구를 프린팅할 수 있을 뿐만 아니라 복잡한 형상을 추가 비용 없이 자유롭게 제작할 수 있습니다.

첨단 설계 도구를 이용하는 엔지니어는 최종 용도에 최적화된 제품을 만들 수 있지만, 이렇게 설계가 자유로워질수록 부품의 복합도는 증가하므로 지그와 고정구 제작이 더 어려워졌습니다. 바이스나 클램프같은 기존의 워크홀딩 시스템으로는 비정형 형상이나 디테일이 아주 미세한 부품을 고정하고 지지할 수 없습니다. 3D 프린팅을 이용하면 기계 가공 시 발생하는 공구 접근의 제약이나 마모의 위험 없이 도구를 제작할 수 있습니다. 다른 방법으로는 제조하기 어려웠을 인체공학적 형상, 격자형, 정교한 형상으로 형상을 최적화할 수 있습니다. 이러한 방법을 사용하면 이동해야 하는 무게가 줄어들어 시스템 수명을 연장하는 경량 설계도 가능합니다.

또한 3D 프린팅을 이용하면 다양한 설계가 가능하여 제조업체는 CAD 모델을 간소화하고 부품 수를 줄이며 툴링에 필요한 조립을 줄일 수 있습니다.

지그와 고정구를 3D 프린팅하면 제한된 형태의 금속 공구를 가볍고 인체공학적인 3D 프린팅 폴리머 공구로 대체할 수 있으며, 연성부터 강성 또는 ESD 안전까지 선택의 폭이 넓은 3D 프린팅 소재를 선택할 수 있어 응용 분야를 다양화할 수 있습니다. Formlabs SLS Nylon 12 Powder와 같은 소재는 Delrin과 같은 친숙한 산업용 플라스틱의 물성을 모방하여 일대일로 쉽게 교체할 수 있습니다.

인하우스 3D 프린팅은 그 특유의 유연성으로 솔루션을 쉽게 생성, 수정, 반복하므로 다음과 같이 품질을 보장함은 물론, 운영 민첩성도 향상할 수 있습니다. 이 기술로 가능한 것:

• 프로세스의 변형을 허용하고 툴링 구성을 간소화합니다.

• 생산 변경 사항에 맞게 공구를 조정하고 예비 부품, 교체 부품 또는 임시 부품을 주문형으로 3D 프린팅하여 장비 가동 중단 시간을 최소화합니다.

• 지속적인 개선, 실제 재고에서 디지털 재고로 전환, 공장 현장 조직 방식 변경에 동인이 됩니다.

• 제조 보조 도구의 고장이나 결함으로 인한 생산 중단에 신속하게 대응하고 이를 바로잡을 수 있습니다. 

3D 프린팅은 수십 년간 프로토타이핑과 제품 개발 어디에서나 흔히 찾아볼 수 있었던 기술입니다. 이제 기술은 성숙 단계에 접어들어 제조 분야에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 최근 기계, 재료, 소프트웨어의 발전으로 금속 공구의 대체품과 최종 사용 부품을 대신할 수 있는 고정밀 기능성 파트를 3D 프린팅으로 제작할 수 있는 기회가 열렸습니다. 기업들은 이미 신속 툴링에 3D 프린팅의 유연성을 활용하고 있습니다. Formlabs의 가이드에서 SLA로 3D 프린팅한 폴리머 공구가 수백 번의 가공을 거친 금속 사출 금형을 대체할 수 있었던 이유를 알아보세요.

혁신은 툴링에서 멈추지 않습니다. Formlabs의 고객사는 맞춤형 제조와 소량 생산을 실현하기 위해 SLA 및 SLS 3D 프린팅 에코시스템을 모두 활용하여 최종 사용품을 생산하고 있습니다. 항공기용 맞춤형 기내 부품을 프린팅하는 항공우주 공급업체에서 15년간의 극한 날씨에 노출된 프린팅 부품을 테스트하는 수도 계량 장치 제조업체에 이르기까지 Formlabs 사용자가 SLS 3D 프린팅 부품의 성능을 검증하기 위해 실시한 응력 테스트 결과를 읽어 보세요. 전 세계 제조업체가 자동화된 기계 가공 작업, 전자 또는 수동 조립 라인, 성형 셀, 파운드리와 기타 생산 시설에서 3D 프린팅으로 제작된 폴리머 공구로 금속 공구를 대체하거나 결함이 있는 장비를 수리하고 있습니다.

마지막에는 검증, 제작, 마감, 조립 및 검사 활동에 사용되는 3D 프린팅 보조기구에 대한 다양한 사용자 사례 연구를 수록했습니다.

고정구는 가장 기본적으로 부품을 특정 위치에 고정하는 동시에 2차 작업으로 가해지는 힘을 견디며, 고정된 부품에 허용할 수 없는 정도의 변형, 움직임 또는 회전이 생기지 않도록 합니다. 이를 이해하려면 먼저 자유도를 이해해야 합니다. 공간에서 강체는 위/아래 이동, 왼쪽/오른쪽 이동, 앞/뒤 이동, 하나 이상의 축을 따라 회전할 수 있는 피치, 롤, 요의 6가지 자유도를 가집니다.

목적에 부합하는 고정구 설계의 원칙은 정확한 위치와 보조 작업의 안전을 위해 이러한 자유도를 최대한 제한하는 것입니다. 자유도를 최대한 제한해야 하지만 과도하게 제한하지 않는 것도 마찬가지로 중요합니다. 고정구 또는 지그의 움직임을 과도하게 제약하면 요소 전체를 통틀어 정밀도가 상승해야 해서 불필요한 힘과 정확도 문제가 발생합니다. 이 원리를 설명하기 위해 스툴(등받이가 없는 의자)을 예로 들어보겠습니다. 다리가 3개인 스툴은 윗면에 무게가 실릴 때 의자가 수직으로 움직일 수 없을 정도로 적당한 제약이 발생합니다. 마찰력이 생겨 스툴이 어떤 방향으로도 미끄러지는 것을 방지하고, 각 다리는 다른 다리에 의해 제약을 받아 개별 다리 또는 스툴 전체가 회전하는 것을 방지하는 것입니다.

• 각 자유도마다 하나의 구속 조건이 있어 올바르게 작동할 수 있는 상태를 완전 구속(Exact constraint)이라고 합니다.

• 과소 구속(Underconstraint)은 부품이 하나 이상의 방향 또는 하나 이상의 축을 따라 자유롭게 회전, 이동 또는 미끄러질 때 발생합니다. 고정구에서 부품의 구속력이 부족하면 제대로 작동하지 않아 기계 작업자와 장비에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 그러나 응용 분야에 따라 일부 작업에는 과소 구속이 필요할 수도 있습니다. 예를 들면 플레이너(평면 절삭용 공작기계)를 자유롭게 통과할 수 있는 나무 판자 같은 것입니다.

• 지지가 부족한 부품은 물체의 이동과 회전을 방지할 수 있는 충분하게 구속하지만 밀링 및 드릴링과 같은 2차 작업 중에 부품이 크게 휘어지는 것을 방지할 수 있을 정도의 지지력은 없습니다.

• 과다구속(Overconstraint)은 구조에 중복된 구속이 있을 때 발생합니다. 어떻게 생각하면, 여러 방향의 힘이 똑같은 일을 하려고 할 때 그 힘이 충돌하게 되고, 그 중 하나의 힘은 항상 "승리"하여 의도한 일을 하게 되는 것입니다. 힘이 중복되면 최선의 경우 아무 일도 하지 않으며 최악의 경우 구조물의 의도된 기능을 훼손하여 부품 품질이 저하되고 작업자의 위험이 증가합니다. 

현실에는 구속을 "과다하게" 사용해야 하는 경우가 있습니다. 다리가 4개인 의자는 과다구속 디자인의 예입니다. 네 번째 다리는 잉여분이며 약간이라도 고르지 않은 표면에 놓여 있을 경우 흔들림이라는 새로운 문제가 발생합니다. 전반적인 안정성이 향상되는 대신 바닥이 평평하지 않을 때 흔들리게 되는 것입니다. 이를 제조 맥락에 대입하면, 주물처럼 변형이 많은 부품을 처리할 때는 보다 여유로운(구속이 덜한) 고정구 설계가 유용하고, 표면이 보다 정밀한 부품(기계 가공 또는 사출 성형 부품)을 처리할 때는 더 엄격한 고정구가 더 효과적일 수 있습니다.

첨단 설계 도구를 이용하는 엔지니어는 최종 용도에 최적화된 제품을 만들 수 있지만, 이렇게 설계가 자유로워질수록 부품의 복합도는 증가하므로 2차 작업용 지그와 고정구 제작이 더 어려워졌습니다. 바이스나 클램프같은 기존의 워크홀딩 시스템으로는 비정형 형상이나 디테일이 아주 미세한 부품을 고정하고 지지할 수 없습니다. 3D 프린팅을 이용하면 기계 가공 시 발생하는 공구 접근의 제약이나 마모의 위험 없이 도구를 제작할 수 있습니다.

기하학적 복잡도 증가

3D 프린팅은 추가 비용 없이 복잡한 형상을 만들 수 있으므로 이 원리를 활용하기 위해 설계 단계에서 지그나 고정구에 어떤 추가 기능을 내장할 수 있는지 생각해 보세요.

• 가공하기 어려운 작은 피처, 곡면이나 복잡한 표면을 가진 부품, 밀링 또는 선삭 시 공구 간극으로 인해 가공이 불가능하다고 여겨지는 형상도 모두 적층 가공으로 해결할 수 있습니다.

• 일련 번호, 제조 날짜 및 기타 관련 데이터를 한 번에 프린팅할 수 있어 2차 각인 단계 없이도 부품을 제작하고 디지털 재고 관리와 제품 추적이 손쉬워집니다. 

부품 수 줄이기

일반적으로 기계 가공으로 제작할 때는 두 개의 부품으로 구성되었던 고정구를 단일 부품으로 제작할 수 있으므로 틈새 공간을 제거하여 먼지나 부스러기가 쌓이는 것을 방지할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 위치에 직선형 다월이나 실린더를 삽입하는 대신 구형 또는 다이아몬드 모양의 구조물을 틈이 없는 단일 부품에 내장합니다. 다이아몬드 또는 구형 로케이터를 사용하면 접촉 면적을 최소화하여 적재 및 분리 시 부품이 결합되는 비율을 줄이거나 완전히 결합되지 못하게 할 수 있습니다.

지그와 고정구에 데이텀 피처를 구축하여 검사 용이성 향상

어셈블리 또는 제조 환경에서 지그와 고정구를 사용하는 프로세스 중 에는 고정구의 치수 정확도 검증이 있습니다. 3D 프린팅으로 비정형 구조의 고정구를 제작하면 종종 고정구 자체가 더 난해한 형태를 띠게 되는 경향이 생깁니다. 이러한 설계는 캘리퍼나 마이크로미터와 같은 표준 계측 도구로는 쉽게 검사하기 어려울 수 있습니다. 프린팅된 지그와 고정구에 데이텀 피처를 구축하면 검사를 더 쉽고 정확하게 수행할 수 있습니다.

• 데이텀은 완전히 평평한 평면, 원통형 구멍의 축 등 이론적으로도 기하학적으로도 완벽한 기준 선과 면이 될 수 있습니다. 데이텀 피처는 부품의 맥락에서 데이텀의 개념을 실현한 것으로 지그와 고정구의 치수 정확도 측정의 기준점으로 사용됩니다. 데이텀 피처는 2차 작업의 요구 사항 및 최종 사용 중인 부품의 기능 요구 사항과 밀접한 관련이 있습니다. 

• 가능하면 고정구 내에 평평한 면이나 직각 형상을 포함시켜 검사를 돕고 전반적인 정확도를 파악하세요. 어떤 지그나 고정구를 사용하더라도 가공 후 부품을 검사할 때 부품이나 공구의 휨과 같은 작동 조건으로 인해 고정구 설계를 변경해야 하는 오류가 발생할 수 있으므로 정확성이 입증되어야 합니다. 

• 정밀도가 가장 중요한 응용 분야에서 형상이 극도로 유기적이라면 3D 스캐너나 터치 프로브와 같은 디지털 계측 도구로 검사할 수 있습니다. 

리브 보강을 이용한 강성 향상

가공된 고정구의 강성을 높이는데 사용할 수 있는 방법은 일반적으로 하중을 받으면 구부러지기 쉬운 위치에 여분의 재료를 남겨두는 것입니다. 적층 공정에서 재료 소비를 최소화하면 부품 비용을 낮추고 프린팅 공정 속도를 높일 수 있습니다. 보강용 리브와 필렛을 사용하면 부품의 비용이나 제작 시간을 크게 늘리지 않고도 추가 구조를 만들 수 있습니다.

나사산 인서트를 이용한 기계적 연결의 내구성 향상

고정용 부품을 결합하려고 3D 프린팅 플라스틱 부품에 탭 구멍을 만드는 것은 비효율적인 방법이며, 이러한 부품은 반복 사용 시 금속보다 파손되거나 마모되기 쉽습니다. 대신 볼트를 조일 때 나사산 인서트나 포켓 같은 것으로 너트를 고정하는 것이 좋고, 보다 탄력적인 조립 방법이라 할 수 있습니다. 또는 3D 프린팅된 고정구에 볼트를 아래의 T-너트 또는 고정구 플레이트에 통과시킬 수 있는 클리어런스 홀(여유구)을 만들 수 있습니다. 작업 표면에 볼트로 고정할 때 부품의 탄성 변형을 방지하려면 관통 구멍에 헐거운 끼워 맞춤(clearance-fit) 공차를 사용해야 합니다.

도구 설계 시 사용자 경험 고려

제조 공정을 성공으로 이끌려면 지그와 고정구로 부품을 가공하는 방식뿐만 아니라 작업자가 사용하는 도구를 정신적, 육체적으로 경험하는 방식도 고려해야 합니다. 응용 분야마다 고려해야 할 사항과 장단점이 다르지만, 몇 가지 공통된 개념으로 노동력을 줄이고 성능을 개선할 수 있습니다.

• 가능하면 한 손으로 조작할 수 있는 지그와 고정구를 설계하여 전환 중에 다른 손으로 부품을 배치하거나 안정적으로 고정하고, 아니면 휴식을 취할 수 있도록 하세요. 

• 고정구 또는 지그를 설계할 때 2차 작업 시 사람의 도움 없이도 부품을 안전하게 고정할 수 있게 설계합니다. 

• 배치 오류를 자세히 관찰할 수 있는 지오메트리를 사용하여 오정렬을 명확하게 표시합니다. 

• 고정구의 맥락에서 공작물뿐만 아니라 공작물을 적재하고 보조 작업을 수행하는 것에서 공작물을 제거하여 다음 스테이션으로 보내는 것까지 전반적인 작업 흐름을 고려해야 합니다. 항상 지그 또는 고정구를 작동하는 데 필요한 단계를 최소화하여 사이클 시간과 작업자의 동작 피로를 최소화하기 위해 노력합니다. 설계하는 동안 관련된 단계를 무언극(판토마임)으로 표현해 보며 필요한 동작과 공간의 행동 유도성(affordances)을 고려합니다. 

허용치 지정을 이용한 기계 가공 부스러기의 영향 관리

예를 들어 구멍을 뚫을 때는 작은 버(burr, 금속 등을 가공할 때 생기는 얇은 지느러미 모양의 잉여 부분)가 생성됩니다. 지그 내에 틈새 공간을 남겨두면 버가 형성될 수 있는 공간이 생겨 부품 또는 공구 작동을 방해하지 않게 됩니다. 마찬가지로 밀링 작업에서는 작은 재료 조각이 지그나 고정구에 쌓일 수 있습니다. 가능하면 부스러기가 끼일 수 있는 작은 틈, 홈, 포켓을 최소화하거나 제거하세요. 오목한 채널을 생성하면 로딩 및 언로딩 중에 부품 경로에서 이탈된 칩이 수집되어 고정구 또는 지그의 기능을 향상할 수 있습니다. 모서리와 홈을 둥글게 처리하면 경사진 표면이 만들어져 작업 공간에서 이물질을 쓸거나 날리거나 씻어내기 쉬워집니다. 표면 필렛을 밀링하는 작업은 시간과 비용이 많이 소요되며, 광범위한 재료 제거 또는 새로운 이음새를 도입하는 부품 조립이 필요합니다.

지난 몇 년간 고해상도 3D 프린터는 가격이 낮아지고 사용성이 개선되었으며 신뢰성이 높아졌습니다. 그 결과 이제 더 많은 기업에서 3D 프린팅 기술을 이용할 수 있지만 서로 경쟁하고 있는 다양한 3D 프린팅 솔루션 중에서 올바른 기술을 선택하기가 어려울 수 있습니다. 기술 가이드에서 가장 널리 알려진 세 가지 3D 프린팅 기술인 용융 적층 모델링 방식(FDM), 광경화성 수지 조형 방식(SLA), 선택적 레이저 소결 방식(SLS)을 비교해 보세요.

3D 프린팅 지그와 고정구는 빠르고 사용하기 쉬우며 비용이 저렴하기 때문에 FDM 방식으로 제작하는 경우가 많습니다. 그러나 다음 조건에 맞는 제조 보조 도구를 제작하기에는 SLA 및 SLS 방식이 더 적합합니다.

• 더 높은 해상도, 더 나은 정확도, 더 매끄러운 표면 처리

• 강도 및 내구성과 같은 우수한 기계적 특성

• 복잡한 디자인

• 더 많은 생산 물량

SLA 레진 3D 프린터는 레이저를 사용하여 광중합(photopolymerization)이라는 프로세스를 통해 액체 레진을 경화 플라스틱으로 경화합니다. SLA 파트는 등방성이 있고 해상도와 정확도가 우수합니다. 이 기술을 선택하면 선명한 디테일, 매끄러운 표면 마감, 다양한 소재를 선택할 수 있습니다.

Formlabs은 연성부터 강성, ESD 안전, 내열성까지 까다로운 환경에서도 응용할 수 있는 고급 특성을 갖춘 엔지니어링 레진 포트폴리오를 제공합니다. Tough Resin과 Durable Resin 제품군은 3D 프린팅 지그, 고정구 및 기타 보조 장치에 특히 인기가 있습니다.

Formlabs SLA 3D 프린터는 설정, 작동 및 유지 관리가 쉽습니다. 최소한의 장비로 모든 생산 워크플로에 투입할 수 있습니다. 그렇지만 SLA 파트는 강도와 내구성에 한계가 있습니다. 오래 가는 도구를 프린팅하는 데는 SLS 기술을 권장합니다. 

선택적 레이저 소결 방식(SLS)은 산업 응용 분야에서 가장 널리 사용되는 적층 제조 기술이며 일반적으로 최종 사용 파트 생산에 사용됩니다. 형상이 복잡하고 기능적이며 내구성 있는 공구를 대량으로 생산하려면 SLS 기술을 선택하세요.

SLA는 레진 기반 프로세스인 반면, SLS 3D 프린터는 고출력 레이저를 사용하여 작은 입자의 폴리머 분말을 융합합니다. 프린트를 진행하는 동안 용융되지 않은 분말이 파트를 지지하므로 전용 서포트 구조가 필요하지 않습니다. 따라서 SLS는 인터로킹 링크, 기능 어셈블리, 리빙 힌지 등 복잡한 형상을 제작하기에 이상적인 기술입니다.

SLS의 주요 장점 중에는 소재가 있습니다. 나일론과 같은 SLS 3D 프린트 소재는 이미 사출 성형, 기계 가공, 적층 제조 등 디자인, 엔지니어링, 제조 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 나일론으로 제작된 파트는 강하고 내구성이 뛰어나며 열에 강하고 오래 가므로 제조 보조기구를 제작하기에 이상적입니다. 최종 파트가 충격에 강하고 일상적인 생산 활동으로 인한 반복적인 마모를 견디며 공장의 혹독한 과정을 거뜬히 견뎌낼 수 있습니다.

Formlabs의 Fuse 시리즈 에코시스템은 기존 SLS 3D 프린터보다 훨씬 저렴한 비용으로 성능이 산업 수준인 컴팩트한 일체형 솔루션입니다. SLS 기술을 사내에 도입하면 기업은 제조 공정에서 더 많은 부분을 제어할 수 있습니다.

다음 표에는 3D 프린트 제조 보조 도구로 광경화성 수지 조형 방식을 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 주요 사항이 요약되어 있습니다. Formlabs의 심층 기술 비교에서 자세한 내용을 확인해 보세요.

프린팅한 도구 유효성 검사

• 프린팅된 파트를 원본 CAD 모델과 비교하여 검사합니다. 캘리퍼스, 마이크로미터 또는 기타 계측 장비를 사용하여 프린트물의 치수를 이론값과 비교하여 확인합니다.

• 고정구의 기능적 성능을 테스트합니다. 파트를 고정구에 로드할 때는 해당 표면과 지지대에 얼마나 잘 고정되는지 세심한 주의를 기울이십시오. 제대로 설계하여 제작한 고정구는 파트를 지지하여 조이는 힘이 가해진 후에도 파트가 움직이지 않습니다. 

• 밀링 또는 드릴링과 같이 작동력이 높은 공정의 경우 운반 및 속도, 기계의 동력, 선택한 재료, 안전성을 기반으로 클램핑 요구 사항을 계산합니다.

   

SLA 방식으로 프린팅 시 크립 고려

일부 3D 프린팅 재료, 특히 SLA 레진은 작업 테이블에 장시간 고정해야 하는 프린트 고정구의 경우처럼 지속적으로 하중을 가할 경우 크립(영구적인 탄성 변형)이 발생합니다. 지속적인 하중으로 인한 부품의 뒤틀림을 방지하려면 2차 작업을 완료한 후 볼트를 풀고 체결력을 완화하는 것이 가장 좋습니다. 부품에 지속적으로 부하가 걸리는 경우 SLS 기술로 프린팅하는 것이 좋습니다.

일반 재고 부품으로 3D 프린팅 도구 보강하기

이 접근 방식은 일부 구성 요소에 3D 프린팅의 특수성과 설계 유연성이 필요하지만 전체 작업 범위 또는 강성이나 전도성과 같은 기타 요구 사항을 적층 공정으로 충족할 수 없는 경우에 적합합니다. 프린팅된 지그와 고정구에 기능을 더 추가할 수 있는 일반적인 재고 부품에는 금속 샤프트 또는 와셔가 있습니다. 금속 샤프트는 강성을 유지하면서 지그와 고정구의 간격을 더 벌려 둘 수 있고 와셔는 나사 클램핑 하중을 더 넓은 설치 공간에 분산할 수 있습니다. 적층 가공 재고 부품을 결합하면 전체 공구를 가공하는 것보다 훨씬 저렴한 비용으로 선형 또는 회전 인덱싱과 같은 기계적 기능을 빠르게 추가할 수 있습니다.

도구 배출 지원

스프링, 경사로 슬라이드, 레버를 사용하면 고정구 표면에서 부품을 들어 올릴 수 있습니다. 고정구에 스프링을 배치하면 고정력이 사라될 때 부품이 고정구 표면에서 멀어지므로 작업자가 부품을 쉽게 분리할 수 있습니다. 이동식 슬라이더나 레버로도 동일한 작업을 수행할 수 있지만, 작업자가 추가 단계를 수행해야 합니다. 올바른 접근 방식을 결정하는 것은 응용 분야, 툴링 장비 및 사이클 시간 요구 사항에 따라 달라집니다. 

마모 부품의 주문형 교체

정상적인 사용 조건에서도 고정구, 조립 도구, 지그는 더 이상 사용할 수 없을 정도로 파손되거나 마모되는 경우가 많습니다. 적층 가공으로 지그와 고정구를 제작하면 제조 현장에서 최소 주문 수량으로 자체 생산을 제어하고 필요에 따라 공구를 교체할 수 있는 역량을 확보할 수 있습니다. 외부 공급업체에 의존하지 않아도 됩니다. 낡은 설비를 인하우스 장비로 교체하면 공급망이 단축되고 다운타임 위험이 줄어듭니다.

3D 프린팅으로 제작한 후처리 도구로 소재 물성 향상

SLS 소재를 고급 후처리 방법과 함께 사용하면 성능과 외관을 더욱 향상시킬 수 있습니다. SLS 가이드에서 SLS 3D 프린트 파트 후처리의 기본 사항과 미디어 블라스팅, 스무딩, 코팅, 컬러링 등의 고급 처리법을 알아보세요. 전기 도금이나 코팅과 같은 후처리 및 마감 방법을 SLA 파트에 적용해도 강도와 내구성을 높일 수 있습니다.

이 섹션에서는 검증 시험에서 검사에 이르기까지 제조 공정의 각 단계별로 Formlabs SLA 및 SLS 3D 프린터 사용자가 개발한 다양한 제조 보조 도구의 사례를 설명합니다.

3D 프린팅 게이지와 테스트 고정구는 생산에 들어가기 전에도 검증 프로세스에 사용할 수 있습니다. 검증은 하드웨어가 정해진 요구 사항을 준수하고 생산할 준비가 되었는지 여부를 결정하는 프로세스입니다. 검증 단계의 목표는 제품을 대규모로 일관되게 제조할 수 있도록 하는 것입니다. 검증 단계는 프로토타입 및 생산 전 부품을 광범위하게 테스트 하는 제품 개발의 마지막 단계입니다. 

테스트 방법에는 환경 챔버 테스트, 열 주기, 진동, ESD, 생체 적합성, 내화학성, FDA, FCC, UL, CE, EC, RoHS 등의 인증, 노화, 방사선, 화장품, 마모 및 낙하 테스트 등이 있습니다.  테스트 도구의 주문형 3D 프린트를 통해 제조업체는 테스트 절차를 가속화하고 프로토타입과 사전 생산 파트에 대한 반복 작업을 빠르게 진행할 수 있습니다. 
 

제조는 원재료를 상품으로 성형하는 과정입니다. 제조 기술에는 성형, 몰딩, 주조, 기계 가공 또는 용접이 포함됩니다. 일반적으로 컴퓨터 수치 제어(CNC) 밀링, 툴링, 숙련된 노동력과 같은 고가의 특정 설비가 필요합니다. 설비의 처리량을 최적화하면 기본적으로 생산 비용을 회수하고 투자 수익률(ROI)을 높일 수 있습니다. 제조업체는 인하우스 3D 프린팅을 통해 특정 제작 방식과 워크플로에 적합한 맞춤형 지그, 고정구, 소프트 죠, 정렬 핀 및 기타 보조 장치를 저렴한 비용으로 제작할 수 있습니다.

조립은 개별 구성 요소를 결합하여 최종 제품으로 만드는 제조 공정입니다 조립 라인에서는 워크스테이션에서 워크스테이션으로 이동하면서 부품이 순차적으로 결합되어 반제품으로 완성됩니다. 라인에서 자동, 수동 또는 두 가지를 조합하여 사용할 수 있습니다. 공장 현장에서는 많은 단계와 상당한 장비, 노동력이 필요합니다. 효율성을 위해 조립 라인을 최적화하는 것은 사이클 타임을 줄이고 생산 비용을 절감하는 데 매우 중요합니다. 3D 프린팅 어셈블리 도구는 카이젠이라고도 하는 인하우스의 지속적인 개선을 촉진하여 공장 현장을 최적화하고 운영 민첩성을 높일 수 있습니다:

• 많은 제품에서 조립은 생산 과정에서 가장 노동 집약적인 단계입니다. 부피가 큰 금속 도구를 가볍고 인체공학적인 3D 프린팅 조립 지그로 대체하면 작업자의 안전과 워크플로 효율성이 향상됩니다.
• 3D 프린팅을 이용하는 제조업체는 다양한 SKU에 맞는 복잡한 부품별 툴을 제작할 수 있습니다. 이를 통해 물리적 인벤토리에서 디지털 인벤토리로 전환하고 각각의 고유한 제품에 따라 맞춤형 솔루션을 제공할 수 있습니다.

표면 마감은 제작 후 완제품에 속성을 추가하기 위해 수행되는 광범위한 기술입니다. 외관을 개선하고, 화학적 및 전기적 특성이나 경도를 수정하고, 요소를 추가하거나 결함을 제거하는 등의 작업에 사용됩니다. 일반적인 마감 방법에는 블라스팅, 코팅, 염색, 도장, 전기 도금 또는 연마 등이 있습니다.

3D 프린팅 마감 도구를 이용하면 공정으로 정확하게 반복 할 수 있으며 동시에 노동력과 오류의 위험을 줄일 수 있습니다. 코팅, 염색 또는 도장과 같은 다양한 마감 기술에서 작업자는 적용된 처리로부터 제품의 일부 요소를 보호하고자 합니다. 이 과정을 마스킹이라고 합니다. 전통적으로 테이프, 플러그, 덮개, 마스터, 비닐 절단 또는 가공 부품으로 만들어집니다. 3D 프린팅 마스킹 장치는 테이핑을 보완하거나 단순히 테이핑을 대체할 수 있으며, 부품의 무결성을 보존하는 견고하고 유연한 다양한 재료로 제작할 수 있습니다. 
 

검사는 품질 관리(QC) 프로세스의 중요한 측면이며 배송 전 마지막 제조 단계입니다. 제품이 지정된 요구 사항을 충족하는지 확인하는 일련의 절차입니다. 여기에는 검사, 측정 또는 테스트가 포함됩니다. 일반적인 검사 방법에는 최종 제품을 허용 공차와 비교하여 검사하는 치수 분석이 포함됩니다. 검사는 직접 3D 프린팅할 수 있는 간단한 재료부터 워크홀딩 장치가 필요한 좌표 측정기(CMM)와 같은 복잡한 기계까지 다양한 측정 게이지 또는 검사 고정구를 사용하여 수행합니다.

제조업체는 3D 프린팅의 설계 자유도를 활용하여 부품 및 품질 관리 절차에 맞는 맞춤형 검사 고정구와 게이지를 사내에서 생성할 수 있습니다. 복잡하고 정확한 검사 툴을 온디맨드 방식으로 구축하여 생산 속도를 높이는 동시에 제품이 고객의 기대치를 충족하도록 보장할 수 있습니다.

현대의 공장은 변화하는 고객 요구 사항에 지속적으로 적응하고 효율적이고 민첩하며 경쟁력을 유지할 수 있는 새로운 방법을 찾아야 합니다. 제품을 시장에 출시하려면 다양한 프로세스, 기계, 노동력을 제조 체인을 통해 최적화해야 합니다. 지금은 전 세계 기업에서 인하우스 3D 프린팅 보조 도구를 사용하여 작업 현장의 문제를 해결하고 모든 제조 단계의 효율성을 높이고 간소화합니다.

기계 가공 워크홀딩 장치부터 조립 지그, 검사 고정구 또는 엔드 오브 암 툴링용 예비 부품에 이르기까지 금속 공구를 3D 프린팅으로 제작된 제조 보조 장치로 교체하면 생산 속도, 품질 및 효율성이 향상됩니다.