금속 가공은 금속 제품을 제작하기 위해 금속을 깎고 성형하는 과정입니다. 금속 컴포넌트는 내구성, 강도, 신뢰성, 마모 및 고온에 대한 저항성으로 높은 평가를 받고 있으며, 금속 가공은 글로벌 제조업에서 중요한 요소로 자리 잡고 있습니다. 자동차, 항공우주, 건설, 에너지, 소비재와 같은 최종 사용 산업은 자동차 프레임부터 항공기 컴포넌트, 중장비, 의료 기기에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 금속 부품에 크게 의존하기 때문에 중추적인 역할을 담당하고 있습니다. 이러한 분야가 성장함에 따라 고품질 금속 파트를 빠르고 비용 효율적으로 생산해야 한다는 압박이 커지고 있습니다. 정밀성, 효율성 및 확장성에 대한 요구로 인해 도구와 기술이 발전하여 금속 가공 공정의 필수 요소가 되었습니다.

가장 일반적인 금속 가공 기술로는 가공, 용접, 성형, 주조 등이 있습니다. 이러한 공정에는 종종 강한 힘, 열 또는 화학 물질 노출이 수반되므로 각 공정에는 금속 파트를 제자리에 고정하고 공구를 안내하며 생산의 정밀성, 안전성 및 반복성을 보장하는 특수 공구가 필요합니다. 예를 들어 지그는 절삭 공구를 안내하여 일관되고 정밀하게 절단할 수 있게 하고, 고정 장치는 가공 또는 용접 중에 공작물을 제자리에 단단히 고정하여 오류를 초래할 수 있는 움직임을 방지합니다. CNC 가공, 주조 또는 수동 조립과 같은 기존의 툴링 방식은 시간과 비용이 많이 듭니다. 맞춤형 툴을 제작하는 데 필요한 시간은 파트의 복잡성에 따라 며칠에서 몇 주까지 다양하며, 비용은 일반적으로 툴당 수백에서 수천 달러에 이릅니다.

특정 파트 형상에 맞춰 공구를 맞춤형으로 제작해야 하는 경우가 많기 때문에 기존 방식으로 이러한 맞춤형 툴을 제작하면 리드 타임이 길어지고 비용이 많이 듭니다. 또한 파트 설계나 공정이 변경되면 완전히 새로운 도구를 만들어야 하므로 비용이 증가하고 생산이 지연될 수 있습니다. 이러한 비효율성은 잦은 프로토타이핑, 소량 생산 또는 신속한 설계 반복이 필요한 산업에서 문제가 되며, 툴링 제작에 드는 비용은 설계 반복을 방해하고 유연성을 제한합니다. 기존 툴링과 관련된 문제는 금속 가공 공정에서 정밀한 정렬, 반복성 및 뒤틀림 없는 정밀도가 필요하기 때문에 고품질 지그와 고정구를 경제적으로 생산하기 어렵다는 점으로 인해 더욱 복잡해집니다.

3D 프린팅 기술, 특히 광경화성 수지 조형(SLA) 및 선택적 레이저 소결 방식(SLS)은 금속 가공에서 지그, 고정구 및 툴링 제조를 위한 강력한 대안을 제시합니다. 기존 제조 방식에 비해 3D 프린팅은 특히 맞춤형 또는 복잡한 디자인의 경우 훨씬 빠르고 비용 효율적입니다. 제작에 2~3주가 소요되고 비용이 1,000달러 이상 드는 맞춤형 지그를 SLA 또는 SLS 프린터로 제작하면 적은 비용으로 몇 시간 안에 프린트할 수 있습니다.

Formlabs 프린터는 정확하고 반복 가능한 지그 및 고정구 생산에 필요한 정밀도를 제공하며, 광경화성 수지 조형 방식 및 SLS 프린팅에 사용되는 재료는 금속 가공 응용 분야의 열악한 환경을 견딜 수 있을 만큼 견고합니다. 금속 가공의 툴링에 3D 프린트를 사용하면 기존 제조 방식에서 제기되는 많은 문제를 해결할 수 있는 다양한 이점을 얻을 수 있습니다:

리드 타임 단축: 3D 프린트는 기존 제조 방식보다 훨씬 빠르게 지그와 고정구를 생산할 수 있어 리드 타임을 최대 90~95%까지 단축할 수 있습니다.

비용 절감: 기존 툴링과 관련된 고가의 장비와 수작업이 필요하지 않아 비용을 크게 절감할 수 있으며, 툴링 비용을 최대 90~95%까지 줄일 수 있습니다.

주문형 생산 및 디지털 인벤토리: 3D 프린트를 사용하면 주문형 생산이 가능하므로 대규모 물리적 재고의 필요성을 최소화하고 신속하게 조정하거나 교체할 수 있습니다.

자유로운 디자인 및 맞춤형 제작: 기존 방식과 달리 3D 프린팅은 복잡한 형상을 지원하고 맞춤형 제작이 용이하여 다양한 파트나 프로젝트에 맞게 빠르게 수정할 수 있습니다.

정밀도와 반복성: 수동 방식이나 용융 적층 모델링(FDM) 3D 프린팅 방식에 비해 SLA 및 SLS 기술은 높은 수준의 정확도를 제공합니다. 이를 통해 반복 작업에서 정확한 치수와 일관된 품질로 지그와 고정구를 제작할 수 있습니다.

가볍고 인체공학적인 결과물: 3D 프린트를 사용하면 강도는 그대로 유지하면서 가벼운 공구를 만들 수 있어 작업자의 인체공학성을 개선하고 재료비를 절감할 수 있습니다.

Formlabs는 산업용 기계를 합리적인 가격으로 제공함으로써 금속 가공 업계의 요구를 충족시킬 수 있는 위치에 있습니다. 고해상도 SLS 및 SLA 프린터, 강력한 재료 옵션, 직관적인 소프트웨어를 통해 기업은 3D 프린트를 인하우스에 도입하여 공급업체에 대한 의존도를 낮추고 생산 속도를 높일 수 있습니다. Formlabs는 디자인부터 완성된 도구까지 전체 프로세스를 간소화할 수 있는 자동화된 후처리 솔루션도 제공합니다.

이 백서에서는 기업이 Formlabs의 3D 프린터를 활용하여 주문형 맞춤형 지그와 고정구를 제작하여 툴링 프로세스를 간소화하는 방법과 사례 연구에 대해 설명합니다.

기계 가공은 선반과 밀과 같은 도구를 사용하여 공작물에서 재료를 제거하는 절삭 제조 공정입니다. 정밀 컴포넌트 생산에 필수적인 요소입니다. 지그와 고정구는 가공 중에 공작물을 안전하게 고정하고 정확한 정렬을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 지그의 기술적 요구 사항에는 절삭력을 견딜 수 있는 높은 강성, 정렬을 유지하기 위한 정밀한 치수, 가공 중 발생하는 열로 인한 왜곡을 방지하는 열안전성, 진동 감쇠, 기계 내부에서 흐르는 냉각수, 절삭유 및 세척제에 대한 내성 등이 포함됩니다.

용접은 열과 압력을 가하여 재료를 결합하여 강력한 결합을 만드는 제작 공정입니다. 일반적인 기술로는 내구성 있는 연결을 위해 건설 및 제조 분야에서 널리 사용되는 아크 용접, MIG 및 TIG가 있습니다. 지그와 고정구는 용접 중에 공작물을 정확하게 배치하고 정렬을 유지하는 데 필수적입니다. 이러한 도구는 반복되는 사이클을 뒤틀림 없이 견딜 수 있도록 내열성, 내구성, 내구성이 뛰어나야 합니다. 정확하고 반복 가능한 용접을 위해서는 정밀한 정렬과 간편한 클램핑이 필수적이며, 작업자 보호를 위해서는 안전 기능과 접근성이 중요합니다.

이 백서는 금속 파트 작업, 특히 용접 및 기계 가공을 위한 3D 프린트 지그와 고정구에 초점을 맞춥니다. 사례 연구에는 로봇 그리퍼와 조립 설비의 사례도 포함되어 있습니다. Formlabs 사용자는 이미 공장 현장에서 제조 보조 도구를 3D 프린트로 제작하여 작업을 간소화하고 소량 생산을 위한 신속한 툴링을 활용하고 있습니다. 3D 프린트 도구에 대해 자세히 알아보려면 다음 문서를 참조하세요:

• 조립, 검사, 교체 파트 등을 위한 제조 보조 도구...
• 판금 성형용 다이
인베스트먼트 주조용 패턴
• 사출 성형, 실리콘 성형, 블로우 성형 및 열성형용 금형

각 기술에 대해 자세히 알아보려면 Formlabs SLS 및 SLA 가이드 를 참조하세요. 두 제품 모두 지그와 고정구 제작을 위한 강력한 솔루션이지만 재료 특성, 워크플로 및 생산 능력이 다르므로 다양한 금속 가공 작업의 상호 보완적인 도구가 될 수 있습니다.

Formlabs SLS를 선택하세요:

• 강력하고 내구성 있는 전동 공구: 내충격성 가공 설비와 같이 강한 힘과 반복적인 스트레스를 견뎌야 하는 파트.
• 다용도, 내화학성, 환경적으로 안정적이여야 하는 공구: Nylon 12 Powder는 일반적인 용도의 3D 프린팅에 널리 사용되는 소재입니다. 나일론으로 제작된 3D 프린트 파트는 수분을 거의 흡수하지 않으며 빛, 열, 화학 물질에 강합니다. 이는 냉각 용매에 노출되는 가공 공구의 경우 특히 중요합니다. Formlabs는 기본 재료로 Nylon 12 Powder를 선택할 것을 권장합니다. 보다 구체적인 사용 사례는 SLS 자료 카탈로그를 참조하세요.
• 복잡한 디자인 및 경량 기능: SLS는 지지 구조가 필요하지 않으므로 복잡하거나 속이 빈 형상을 만들 때 더 많은 설계 자유도를 제공합니다. 강도는 유지하면서 재료 사용량을 줄이는 격자 구조로 설계할 수 있어 판금 성형이나 기계 교체 파트에 사용되는 크고 가벼운 지그에 탁월합니다.
• 높은 처리량: SLS는 중간 규모의 생산에 적합합니다. 서포트가 없기 때문에 파트를 쌓을 수 있고 후처리 시간을 줄일 수 있습니다. Formlabs Fuse 1+ 30W 조형 공간을 사용하면 작업자가 전체 빌드 볼륨 내에서 조밀하게 중첩할 수 있으므로 처리량을 극대화하고 효율성을 높일 수 있습니다. Formlabs의 Fuse 시프트와 Fuse Blast는 분말 회수를 간소화하고 파트 세척 및 마감을 자동화합니다.

Formlabs의 SLA 방식이 적합한 분야:

• 높은 정밀도, 섬세한 디테일, 매끄러운 표면 마감: 가공 정렬 도구, 위치 지그, 측정 장치 또는 인체공학적 고정 장치와 같은 애플리케이션에 적합합니다. 사용자 편의를 위한 맞춤형 그립과 같은 기능을 쉽게 통합할 수 있습니다.
• 레진를 쉽게 교체할 수 있는 다양한 재료 특성: 탄성, ESD 안전, 난연성 등 다양한 사양의 도구를 제작하여 특수한 용도에 맞게 사용할 수 있습니다. 자세한 내용은 SLA 재료 카탈로그 를 참조하세요. Rigid 10K Resin은 금속 가공 환경, 특히 용접 설비에 자주 사용되며 열변형 온도(HDT)가 0.45MPa 하중에서 218°C, 인장 탄성 계수가 10,000MPa인 강성 및 내온성 소재입니다.
• 접근 가능한 에코시스템으로 빠른 단기 생산: SLA는 레진 취급 절차만 이해하면 쉽게 사용할 수 있습니다. Formlabs의 SLA 에코시스템은 가격대가 저렴하고 최소한의 장비만 필요하며 모든 생산 워크플로에 원활하게 통합할 수 있습니다. 극한의 내구성이 필요하지 않은 공구의 소량 생산을 위한 빠르고 쉬운 솔루션입니다.

다음 표에는 3D 프린트 제조 보조 도구로 SLA와 SLS 방식을 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 주요 사항이 요약되어 있습니다. Formlabs의 심층 기술 비교에서 자세한 내용을 확인해 보세요. 두 기술은 기계 공장에서 상호 보완적인 역할을 수행하여 다양한 금속 가공 응용 분야를 위한 정밀하고 내구성 있는 맞춤형 지그와 고정구를 제작할 수 있습니다.

리버스 엔지니어링을 통해 기존 툴링 설계를 디지털화하여 디지털 인벤토리로 전환하거나 툴링 요구 사항을 파악하고 새로운 툴링 파일을 설계하세요. 3D 프린트로 제작된 지그 또는 고정구를 설계할 때는 기존 금속 가공 공구와 다른 몇 가지 주요 설계 고려 사항을 고려해야 적층 가공으로만 가능한 고유한 기능을 구현할 수 있습니다:

복잡한 형상 활용: 3D 프린트를 사용하여 금속으로 가공하기 어렵고 비용이 많이 드는 채널, 언더컷, 중공 구조와 같은 복잡한 내부 형상을 제작할 수 있습니다. SLA는 섬세한 디테일과 매끄러운 표면에 가장 적합하며, SLS는 기계적 응력을 견딜 수 있는 내구성 있고 복잡한 형태에 탁월합니다.

경량 구조 최적화: SLS를 활용하여 격자 또는 벌집 구조의 경량 지그를 제작하세요. 기존 방식으로 가공한 솔리드 메탈 파트에서는 달성하기 어려운 강도를 유지하면서 무게를 줄였습니다.

벽 두께 정밀 설계: 광경화성 수지 조형 방식을 사용하면 벽 두께가 2~3mm 내외인 정밀하고 복잡한 디자인이 가능합니다. 광경화성 수지 조형 방식은 금속보다 얇지는 않지만 추가 가공 없이 더 복잡한 모양과 매끄러운 마감이 가능하여 성능을 개선하고 비용을 절감할 수 있습니다.

여러 기능 통합: 3D 프린트를 사용하면 클램프, 로케이터, 가이드와 같은 기능을 하나의 파트에 통합할 수 있습니다. 이를 통해 설계가 간소화되고 여러 컴포넌트를 조립할 필요가 줄어듭니다.

강도를 위해 부드러운 필렛 통합: 광경화성 수지 조형 방식을 사용하여 응력 지점에 매끄러운 필렛(반경 1~2mm)을 추가하여 균열 및 응력 집중의 위험을 줄입니다. 가공된 금속으로 필렛을 만들 수 있지만, 3D 프린트를 사용하면 제조 단계를 줄이면서 더 효율적이고 응력에 강한 디자인을 구현할 수 있습니다.

인체공학 향상: 맞춤형 그립이나 윤곽이 있는 모서리와 같은 인체공학적 기능을 광경화성 수지 조형 방식 디자인에 바로 추가할 수 있습니다. 이러한 디테일은 사용성을 개선하고 기존의 기계 가공 금속 도구보다 더 쉽고 저렴하게 통합할 수 있습니다.

모듈식 및 맞춤형 설계: SLS를 사용하여 쉽게 맞춤화하거나 업데이트할 수 있는 모듈식 지그와 고정구를 만들 수 있습니다. 이러한 유연성 덕분에 전체 금속 도구를 재제조하는 것보다 더 빠르게 조정하고 교체할 수 있어 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

단일 파트 설계로 조립 조립 단계 축소: 복잡한 어셈블리를 단일 3D 프린트 파트로 통합하여 조립 시간을 최소화하고 오정렬 위험을 줄입니다. 광경화성 수지 조형 방식과 SLS는 여러 파트로 구성된 금속 고정구에 비해 관리 및 정렬할 파트 수가 적어 생산 워크플로우를 간소화할 수 있습니다.

Formlabs 광경화성 수지 조형 방식 및 SLS 파트는 고급 후처리 방법을 통해 부품의 미관, 기계적 물성 및 전반적인 성능을 개선할 수 있습니다. 이소프로필 알코올로 광경화성 수지 조형 방식 파트를 세척한 후 샌딩, 도장 또는 코팅과 같은 기술을 적용하여 원하는 마감 처리를 할 수 있습니다. SLS 파트는 미디어 블라스팅 또는 화학적 스무딩을 통해 표면 질감을 개선할 수 있습니다. 자세한 내용은 Formlabs 후처리 가이드 를 참조하세요.

다음 사례 연구에서는 용접 고정구, 가공 공구 및 가열(80°C) 금속 인서트를 픽업하는 경량 로봇 그리퍼에 Formlabs SLA 및 SLS 프린팅 파트를 사용한 사례를 소개합니다. Formlabs Rigid 10K Resin 및 Nylon 12 Powder 파트는 고온에서 금속 가공에 적합하며 대체 방법에 비해 공구당 100~10,000달러를 절약할 수 있다는 것을 보여줍니다.

매사추세츠주 서머빌에 위치한 Formlabs 본사에는 R&D 팀을 위해 프로토타입을 제작하는 3,000평방피트(278평방미터) 규모의 기계 공장이 있습니다. 다품종 소량 생산 환경으로 여러 대의 CNC 밀링 머신, CNC 선반, 수동 브리지포트 스테이션, 워터젯, 레이저 커터, 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접 스테이션, 검사 및 계측을 위한 전용 공간 등이 갖춰져 있습니다. 이 팀은 바이스 죠, 가공 지그, 판금 벤딩 다이, 용접 고정구 등 모든 종류의 금속 가공 작업에 3D 프린트로 제작된 지그와 고정구를 사용합니다.

팀이 처리해야 하는 대부분의 요청은 일회성 또는 수십 개 단위의 소량 시리즈입니다. 이를 위해 보통 속도가 빠른 Form 4에서 Rigid 10K Resin을 프린팅한 3D 프린트 도구를 사용합니다. 하지만 CNC 기계 내부로 들어가는 3D 프린트 워크홀딩에는 광경화성 수지 조형 방식과 달리 절삭유에 강한 Nylon 12 Powder 가 포함된 Fuse 시리즈를 사용합니다.

Red Oak Fabrication은 아이오와주 남서부에 본사를 둔 다면 제작 기업으로 강철, 스테인리스 스틸 및 알루미늄으로 제품을 제조합니다. 최첨단 기술을 갖추고 있어 모든 업계 표준 기술을 활용하여 처음부터 끝까지 금속 제품을 생산할 수 있습니다. 정밀 플라즈마, 레이저 및 워터젯 절단, CNC 작업, 강철 블라스팅, 분말 코팅, 판금 성형 및 고급 로봇 용접을 전문으로 합니다. 주로 금속 불활성 가스(MIG) 용접을 비롯한 용접이 큰 부분을 차지하고 있으며, 약 15개의 수동 용접 스테이션과 3개의 자동 로봇 용접 셀이 있습니다.

도구 제작은 일상적인 용접 작업을 지원하고 효율성을 개선하는 데 매우 중요합니다. 인하우스에서 용접 지그를 만드는 데는 두 가지 방법이 있었습니다. 한 가지 옵션은 판금 파트를 함께 장착하는 것이었는데, 이는 다소 쉽고 저렴하지만 정확한 툴을 제작할 수 없습니다. 또는 CNC 가공을 사용하여 고품질 금속 지그를 제작할 수도 있지만, 이는 높은 비용과 긴 리드 타임을 수반합니다. 그러나 이러한 방법 중 어느 것도 리드 타임과 높은 비용 없이 중소규모의 시리즈 주문에 대응할 수 없습니다.

이 격차를 해소하기 위해 그들은 Form 3L 광경화성 수지 조형 방식 3D 프린터를 구입하여 CNC 가공의 10분의 1 가격으로 정확하고 견고한 지그와 고정구를 하루 만에 3D 프린트할 수 있게 되었습니다. 3D 프린트를 통해 비용과 시간을 절감(최대 90%)하면서 고품질 지그를 프린트할 수 있을 뿐만 아니라 다른 방식으로는 생산하기 어려운 복잡한 형상과 유기적인 모양을 제작할 수 있게 되었습니다. 이 팀은 일반적으로 지그당 수천 개의 파트를 용접하여 고객에게 중소규모 주문을 납품합니다. "3D 프린트는 쉬운 중간 지대를 열어주었습니다. 설계에서 완성된 지그까지 몇 달이 아닌 며칠 만에 완성할 수 있습니다."라고 Red Oak Fabrication의 제도 및 엔지니어링 매니저인 Taylor Smith는 말합니다.

용접 지그 비용 분석:

용접 작업은 일반적으로 섭씨 수천 도의 온도에 도달하기 때문에 폴리머 툴링에는 까다로운 환경입니다. 따라서 팀은 뻣뻣하고 온도에 강한 소재인 Rigid 10K Resin으로 프린트하기로 결정했습니다. 지그가 용접부와 직접 접촉하지 않고 처리 시간이 약 10초에 불과하기 때문에 공구가 과도하게 가열되지 않습니다.

더 팩토리 암스테르담(The Factory Amsterdam, TFA)은 뉴욕주에 위치한 금속 및 플라스틱 계약 제조업체로 자동화 및 조명 제조에 주력하고 있습니다. 양극산화 알루미늄, 강철, 스테인리스 및 다양한 플라스틱에 대한 CNC 선반, 적층 가공, 레이저 마킹, 마감 기술 등 다양한 서비스를 제공합니다. 이 팀은 가스터빈 파트에서 소비자 가전제품에 이르기까지 다양한 시장에 10대에서 10,000대까지 주문량을 납품하고 있습니다. Formlabs SLS 프린터를 통해 3D 프린팅 서비스 제공업체로 활동할 뿐만 아니라 CNC 가공용 워크홀딩, 조립 고정구, 판금 성형 금형 및 기계 교체 파트와 같은 3D 프린팅 툴로 금속 가공 활동을 지원하고 있습니다.

CNC 터닝용 콜릿 패드: 선삭 작업에서 팀은 일반적으로 두 선반 스핀들 각각에 압축된 파트를 고정하기 위해 교체 가능한 패드가 있는 강철 콜릿을 사용합니다. 하지만 터닝은 까다로운 애플리케이션입니다. 워크홀딩은 최대 수천 RPM까지 고속으로 회전하면서 반경 방향의 힘을 받습니다. 일반적으로 이러한 콜릿 패드는 경화 공구강이지만, 더 복잡한 파트 특징을 수용하기 위해 기계 가공이 가능한 워크홀딩이 필요한 응용 분야가 많습니다. 이 가공 가능한 패드는 연강, 알루미늄 또는 나일론으로 제공되는 특별 주문 품목으로 배송까지 최대 3~4주가 소요될 수 있습니다. 이제 Fuse 시리즈에 Nylon 12 Powder를 사용하면 단 7달러로 하루 만에 3D 프린트를 할 수 있습니다.

Nylon 12 Powder는 이 애플리케이션에 매우 중요한 높은 정확도와 정밀도를 제공합니다. 3D 프린트로 제작된 콜릿 패드는 고정밀 인터페이스를 갖춘 강철 마스터 콜릿 안에 삽입됩니다. "마스터 콜릿에 끼워야 하는 작은 도브테일 인터페이스가 있는데, 다른 3D 프린팅 공정으로는 정확하게 제작하기 매우 어려운 부분입니다. 바로 이 부분에서 Fuse 프린터의 진가가 빛을 발합니다."라고 브래들리 마테우스는 말합니다. 한 세트의 프린트 패드는 3,000개 이상의 파트를 프린트할 수 있으며, 이는 100시간 이상 연속 생산할 수 있는 양입니다. 또한 강철 콜릿이 마감 표면에 자국을 남길 수 있는 섬세한 파트의 미세한 표면 마감을 보존하는 데 도움이 됩니다.

CNC 터닝 고정구 비용 분석:

"스틸이나 알루미늄 세트와 수명이 같지는 않지만, 비용 차이가 있기 때문에 그 이상의 가치가 있습니다. 금속 패드 세트는 가격이 비싸기 때문에 훨씬 더 신중하게 사용해야 합니다. 제가 하는 대부분의 작업은 매우 빠르게 처리되기 때문에 고민할 필요조차 없습니다. 기존 도구로 잡을 수 없는 이상한 부분이 있으면 이 도구 몇 개만 집어넣으면 끝입니다. 정말 문제 해결사입니다. 물론 모든 제조 과제에 완벽한 솔루션은 아니지만, 다양한 까다로운 애플리케이션에서 그 성능이 입증되었습니다."라고 브래들리 마테우스는 말합니다.

자석 조립 도구: TFA는 또한 2차 공정을 지원하기 위해 Fuse 시리즈 SLS 파트를 사용하고 있습니다. 가공 후 파트는 후가공되고 두 개의 자석이 설치됩니다. 일반적인 주문에는 매우 강력하고 손으로 조작하기 어려울 수 있는 N52 등급의 자석 6,000개를 조립해야 합니다. "어떤 도구가 없으면 운영자에게는 비참한 일입니다. 하지만 이에 대한 기성 솔루션을 찾지 못했습니다. Fuse 시리즈를 사용하면 다른 방법보다 훨씬 더 견고한 조립 툴링을 비용 효율적인 방식으로 제작할 수 있습니다. 이를 통해 많은 노력 없이도 더 빠르게 반복하고 매우 정확한 파트를 제작할 수 있습니다."라고 브래들리 마테우스는 말합니다.

“조립 공정을 말하자면 모든 것을 입맛대로 조정할 수 있습니다. 그냥 판매점에서 흔히 살 수 있는 것들이 아니죠. 그러니 인하우스에 유연성이 큰 제조 옵션을 갖추는 것은 정말 가치 있는 일이죠.”

에티엔 라크루아 그룹은 국방, 보안, 물류, 산업 및 이벤트를 위한 종합 솔루션을 제공하는 불꽃 분야의 글로벌 기업입니다. 그룹 내 MPM사는 중소규모 생산(최대 10,000대)을 위한 복잡한 열가소성 플라스틱 부품 사출 성형 전문 기업입니다. 이 시설에는 23대의 사출 성형기와 CNC 가공, 용접, 마킹, 코팅, 조립 스테이션이 설치되어 있어 고객에게 하위 조립 제품을 납품할 수 있습니다.

MPM 팀은 다양한 적층 기술도 갖추고 있습니다. 개념 증명에는 FDM 프린팅을, 기능성 프로토타입과 단기 사출 금형에는 Formlabs의 광경화성 수지 조형 방식 프린터를 사용합니다. 2년 전에는 프린트 고정 장치, 기계 교체 파트 및 소량의 최종 사용 부품을 위한 Nylon 12 Powder이 포함된 Fuse 시리즈를 인수했습니다. 현재는 플라스틱 가공 고정구부터 용접 고정구, 로봇 팔 끝 툴링에 이르기까지 Fuse 시리즈를 사용하여 매주 약 60개의 내부용 파트를 3D 프린트하고 있습니다. 고객의 프로토타입 주문까지 포함하면 지금까지 Fuse 시리즈에서 약 4,000개의 파트를 프린트했습니다. 다음은 몇 가지 주목할 만한 내부 도구의 예입니다:

초음파 용접 고정구: 이 도구는 초음파 용접기 내부에 배치되어 용접 중에 사출 성형된 파트에 황동 인서트를 고정합니다. 열, 압력, 진동에 노출되었음에도 불구하고 프린트된 고정구는 3,000회 이상 용접을 실행한 후에도 여전히 작동합니다. 이 공구는 가공하기 어려운 얇은 리브와 정렬 기능이 있는 복잡한 형상을 가지고 있어 5축 CNC 가공 서비스에 작업을 아웃소싱해야 합니다. 3D 프린트를 통해 시간과 비용을 90% 이상 절감하는 동시에 정밀도와 디자인 복잡성을 개선했습니다. 또한 Nylon 12 Powder 로 프린트된 공구는 금속 고정구보다 부드러워 용접 파트가 긁히지 않도록 보호합니다.

초음파 용접 설비 비용 분석:

로봇 팔 끝 툴링(EOAT)용 교체 파트: 팀은 Fuse 시리즈로 맞춤형 EOAT를 3D 프린트하여 기존 마모된 부품을 교체하고 다양한 이점을 누리고 있습니다.

• 마모된 그리퍼를 원래 방법보다 빠르고 저렴하게 교체하세요.
• 로봇의 무게를 최대 3배까지 줄이고 로봇의 수명을 연장합니다.
• Nylon 12 Powder 그리퍼가 유연하여 금속 파트의 긁힘 위험 감소
• 파트의 형상에 맞게 그리퍼를 맞춤형으로 제작합니다.

매월 한 대의 특정 로봇 EOAT를 사용하여 5,000개의 오버몰딩 파트 생산 시리즈를 납품합니다. 로봇은 32개의 그리퍼가 뜨거운 금속 인서트(80°C 또는 176°F에서)를 집어 사출 금형 내부에 배치하는 방식으로 만들어집니다. 그리퍼는 원래 공급업체에서 아웃소싱한 플라스틱으로 제작되었습니다. 빠르게 마모되어 두 시리즈(약 10,000대)를 사용한 후 교체해야 했습니다. 각 그리퍼의 가격은 €55, 로봇당 €1760 이며 리드 타임은 3주입니다.

Fuse 시리즈를 사용하면 개당 1유로에 하루 만에 프린트할 수 있습니다. Nylon 12 Powder 그립퍼는 기존 그립퍼보다 가볍고 인서트의 고온에 훨씬 더 잘 견딥니다. 1년 동안 약 60,000개의 파트를 사용한 후에도 여전히 작동합니다. 이 파트에서만 연간 10,500유로 이상의 비용을 절감하고 있습니다.

로봇 EOAT 비용 분석:

브로세는 자동자 부품 공급 분야로는 세계에서 다섯 손가락 안에 드는 가족 경영 기업입니다. Form 4L을 사용하면 Fast Model Resin으로 프린트된 이 용접 맞춤 장치처럼 당일 대형 파트 생산이 가능합니다. 당연히 용접은 조립 과정에서 매우 큰 부분을 차지합니다. Brose의 Additive Technology 팀이 SLA 및 SLS 프린터를 운영하는 Brose North America에서 용접 로봇은 다양한 제품 라인 간에 지속적으로 전환해야 합니다. 프로토타입 금속 레일을 사용하여 용접 로봇을 프로그래밍하는 작업은 비용이 많이 들고, 용접 스테이션이 장비를 교육할 준비가 되었을 때 이러한 레일을 사용할 수 없는 경우가 많습니다. 3D 프린팅은 설치 파트에 속도와 치수 정확성이 필요하므로 빠르고 저렴한 솔루션을 제공합니다. 이 팀은 Form 4L 프린터에서 Fast Model Resin로 대형 용접 설치 파트를 3D 프린트합니다. 자세한 내용은 전체 사례 연구를 참조하세요.

3D 프린팅 지그와 고정구는 금속 가공에서 기존 툴링의 문제점에 대한 실용적인 솔루션을 제공합니다. 이를 통해 더 빠른 제작, 비용 절감, 설계 유연성을 높일 수 있습니다. 이는 정밀도와 내구성이 중요한 가공 및 용접과 같은 공정에서 맞춤형 공구에 특히 유용합니다. 기존 방식과 달리 3D 프린트는 주문형 제조가 가능하고 디지털 스토리지를 통해 물리적 재고를 최소화합니다.

이 백서는 고품질 금속 가공 지그와 고정구를 제작하는 데 Formlabs의 광경화성 수지 조형 방식 및 SLS 프린터를 사용할 수 있는 가능성을 보여줍니다. 사례 연구에서는 내화학성 및 내열성 소재를 사용하는 CNC 가공 고정구와 용접 지그의 비용과 리드 타임을 90% 이상 절감하고 로봇 그리퍼로 연간 10,000달러를 절감하는 등 상당한 성과를 거두었습니다. 이러한 사례는 Formlabs의 기술이 산업 환경의 엄격한 요구 사항을 충족할 수 있는 능력을 보여줍니다.

툴링에 3D 프린트를 통합할 준비가 된 기업을 위해 이 백서는 올바른 재료와 프린터 선택부터 설계 최적화, 유연성과 효율성을 극대화하기 위한 디지털 재고 전략 개발까지 시작을 위한 실질적인 가이드를 제공합니다.

무료 샘플 파트를 요청하여 Formlabs의 3D 프린팅 소재를 직접 확인하고 3D 프린팅 전문가에게 문의하여 응용 분야에 적합한 솔루션을 찾아보세요.