부품 로켓 과학
오리건 소재의 Metal Technology (MTI)는 금속 제조 부문의 40년 넘는 경험을 보유하고, 자사의 광범위한 역량과 우수한 품질 결과를 통해 고객들로부터 뛰어난 명성을 얻고 있습니다. MTI는 항공우주, 국방, 원자력 및 의료 응용분야에서 다양한 고객들에게 서비스를 제공하고 있으며, 대량 및 소량 생산 모두 독점적인 딥-드로잉(deep-draw) 형성, 단조, 회전, CNC 가공, 및 적층 제조 부가적인 방법에 의존하여 운영됩니다.
NASA를 포함한 고객 목록과 더불어, 실제로 MTI를 두드러지게 하는 것은 매우 복잡한 설계를 관리하고 니켈 초합금, 탄탈룸 및 티타늄과 같은 특수 소재를 다루는 작업의 엄격한 요건에 부응할 수 있는 능력입니다.
적층 제조: 새로운 가능성의 세계
금속 부품이 제조되는 방식을 재편하려는 노력의 근간이 이루어져감에 따라 MTI는 적층 제조로 도약했습니다. 곧바로 Metal Technology(MTI)는 태평양 북서 방위 연합(Pacific Northwest Defense Coalition)으로부터 미국 해군 미사일 추진 시스템용 내화성 금속 구성품을 위한 적층 제조 기술을 개발하기 위한 작업에 대해 2016 혁신상 수상자로 선정되면서 그 공로를 인정받았습니다.
"우리는 고객의 어려움을 이해하고, 복잡한 요구 사항에 대한 해결책을 식별한 다음, 특별한 요구에 맞는 구성품을 제작하기 위해 고객들과 긴밀히 협력했습니다."라고 Metal Technology의 엔지니어링 이사 Jason Stitzel은 설명합니다. “고객과 함께 추가된 기능으로 부품을 개발하는 특별한 기회를 제공하는 전략적 역량으로 적층 제조—이 경우에는 DMP(Direct Metal Printing)— 방법을 검토했습니다.”
금속 부품의 적층 제조 시 이점을 보여주는 최근 사례는 몇 개의 복잡한 내부 관이 있는 밸브 구성품과 관련된 것이었습니다. 전통적으로, 밸브는 함께 용접되거나 달구어질 수 있는 조각으로 제조됩니다. 3D 프린팅을 사용하면서 MTI는 동일한 디자인을 단일 조각으로 만들기 위해 고객의 팀과 함께 작업했습니다. 시간과 노동력을 절약할 뿐만 아니라, 단일 조각 프린트 개발을 통해 MTI는 유지 보수는 덜 필요하면서 수명은 더 긴 더 좋은 품질의 제품을 제공할 수 있게 되었습니다."라고 Stitzel은 말합니다.
비용 절감 및 복잡한 기하형상 외에도, 적층 제조는 주요 소재로 혁신적인 빌드를 가능하게 합니다. "대부분의 프로젝트에는 니켈 초합금 및 탄탈륨과 같은 소재가 필요한데, 적층 기술을 사용하면 고객들에게 이러한 소재 및 수반된 극한의 온도에서의 작업과 관련된 고유한 과제의 보다 나은 솔루션을 제공할 수 있을 것이라 생각했습니다."
전략적 파트너
MTI는 현재 우수한 프린터를 제공할 뿐만 아니라 앞으로 나아가며 기술의 선두에 유지할 수 있는 공급업체와 제휴하기를 원했습니다.
“3D Systems의 선택에 있어 중요한 요인은 공정에 대한 더 많은 제어력이었습니다.”라고 Stitzel은 말했습니다. “우리는 사용 가능한 것을 조정하고 확장할 수 있는 능력을 갖기를 원하며, 3D Systems는 다른 공급업체보다 그것을 더 잘 할 수 있게 해준다고 느꼈습니다. 3D Systems는 또한 제품에 엄청난 양의 R&D를 투입합니다.”
현재, MTI는 두 대의 3D 프린터—3D Systems ProX® DMP 320 및 ProX DMP 200을 보유하고 있습니다. “ProX DMP 시리즈는 최종 사용 제품을 그 어느 때보다도 빠르면서(일부 경우에는 10배 더 빠름) 경제적으로 생산할 수 있도록 합니다. 이렇게 만들어진 부품 중 일부는 상상할 수 있는 가장 까다로운 환경에서도 사용할 수 있습니다.”라고 Metal Technology CEO, Gary Cosmer는 말했습니다. “부품을 프린트 방식으로 제작하니까 기존의 방식으로는 불가능했던 기능과 설계 파라미터를 반영할 수 있게 되었습니다."
워크플로 효율성 및 최적화된 프린팅을 위한 3DXpert
항상 최첨단을 모색해 온 MTI는 금속 적층 제조를 위한 업계 최초의 종합 솔루션인 3DXpert™ 소프트웨어를 통합하기를 간절히 원했습니다.
"최종 제품을 얻는 데 최소 3가지의 서로 다른 소프트웨어 시스템을 사용하던 것을 단 하나로 통합시켰죠."라고 Stitzel은 말했습니다. "3DXpert는 생산 시 당사의 3D 프린터가 이해하고 사용할 수 있는 파일과 기하 형상 제작에 필요한 모든 도구를 하나의 패키지로 제공합니다. 이렇게 하면 솔리드 모델에서 문제와 오류를 본질적으로 유발하는 공정인 STL로 변환하지 않아도 됩니다. 대신 기본 CAD 모델을 3DXpert로 바로 가져와서, 필요한 경우 CAD 공구로 수정한 다음 지지 구조물을 적용하면 됩니다.”
단일 소프트웨어 패키지를 사용한 작업 효율성을 넘어 3DXpert의 특허 출원 중인 3D Zoning 기능으로 MTI는 생산성을 40%까지 높일 수 있습니다. “우리는 3DXpert의 Zoning 기능을 사용하여 여러 다른 영역에 대해 각각 다른 프린팅 전략을 쉽게 정의할 수 있습니다.”라고 Stitzel은 설명합니다. “이제 정말로 좋은 표면 마감 처리를 위해 미세한 30-미크론 레이어의 매우 얇은 쉘을 제작할 수 있는데요, 그러면 60-미크론 또는 90-미크론 레이어로 그 정도 수준의 마감이 필요하지 않는 부품의 나머지 부분을 제작할 수 있고 거의 동일한 기계적 특성을 달성할 수 있습니다. 다른 소프트웨어로도 가능할 수는 있겠지만 많은 노력을 들여야 할 것입니다. 그러나 3DXpert를 사용하면 빠르고 쉽습니다. 3DXpert를 사용하면 또한 부품을 더 잘 분석하고 계획할 수 있으므로, 지지물과 소재가 적게 들어 비용과 시간을 추가로 줄일 수 있습니다.”
프린트 파일 준비의 병목현상 제거
3D 프린터가 계속 실행되도록 유지하는 것이 MTI의 비즈니스에는 매우 중요합니다. “실행할 제작 파일이 없기 때문에 장비가 유휴 상태일 때는 돈을 잃고 있는 것이나 마찬가지입니다.”라고 Stitzel은 말했습니다. “3DXpert를 사용하면 훨씬 더 빠르게 작업을 수행할 수 있습니다. 이는 우리와 고객에게 중요합니다.”
3DXpert는 파일 처리 시간을 최고 75%까지 줄여 MTI에 즉각적인 차이를 가져왔습니다. "3DXpert를 사용하기 전에는 슬라이싱 엔진을 통해 복잡한 파트를 실행하는 경우 공정, 슬라이스, 매개변수 실행 및 제작 파일 생성에 약 20시간이 걸렸습니다. 3DXpert로 이제 동일한 작업을 단 4시간 만에 진행할 수 있게 되었습니다. 이제는 금요일에 파일을 받아 그 다음주까지 기다리는 대신 주말에 바로 작업을 시작할 수 있게 된 것이죠. 이전 워크플로로는 절대 불가능했을 겁니다."
디자인 수정의 고충 제거
제작하고 있는 부품이 매우 중요하고 필수적인 소재가 비싼 경우, 처음부터 일을 제대로 하기를 원합니다. "공정의 어떤 지점에서 뭔가를 알아차리고 다시 돌아가서 부품을 더 잘 만들기 위해 디자인의 세부 사항을 변경하기를 원하는 경우가 상당히 많습니다. 아니면 더 빠르고 저렴하게 부품을 생산할 수 있는 방법이 있습니다. 과거에는 모델에 어떤 변경 사항이 생기면 처음부터 다시 시작해야 했습니다. 3DXpert는 디자인 및 방향 수정에 대해 훨씬 더 관대합니다. 어떤 것을 수정해야 하는 경우도 있을 수 있겠지만, 수행했던 모든 작업을 잃는 것은 아닙니다. 이는 3DXpert의 정말로 두드러진 이점인데, 이제 프로젝트의 상당한 지연 또는 비용 초과의 위험을 무릅쓰지 않고도 다시 돌아가서 부품을 더 잘 만들 수 있기 때문입니다."라고 Stitzel은 말했습니다.
도전 과제에 직면
“우리는 극도로 어려운 요구 사항을 가진 매우 독특하고 까다로운 고객층을 상대로 일하는 것에 스스로 자부심을 느낍니다.”라고 Cosmer는 말했습니다. "우리는 적층 제조를 통해 고객이 꿈꿀 수 있는 기하형상을 생산할 수 있어 과거에는 접근할 수 없었던 솔루션을 고객들에게 제공할 수 있게 되었습니다."
“3D Systems의 프린터 및 3DXpert 소프트웨어는 보다 나은 부품을 더 빠르게 생산하고 첫 번째 시도에서 부품이 작동할 수 있게 해주므로, 우리의 성공에 큰 역할을 합니다.”라고 Stitzel은 말했습니다. “우리는 기대하는 바와 같이, 완벽한 원스톱 생산 솔루션에 기여할 검사 및 프린트 후 작업과 같은 추가 솔루션을 위해서도 3D Systems로 전환할 수 있음을 알고 있습니다.”
