3D Systems 솔루션으로 앤틱카 부품을 10분의 1 비용으로 교체한 제리 레노의 차고

오래된 자동차를 구매한다고 해서 구식 기술까지 채택할 필요는 없다고 말하는 사람은 제이 레노가 처음일 것입니다. 사실 레는 오래된 자동차에 애착을 갖고 있어 자신의 귀중한 자동차 컬렉션을 온전한 상태로 유지하기 위해 신기술을 찾았습니다. 최근에 복원한 1916년 Owen Magnetic도 이에 해당합니다. 하이브리드 앤틱카의 밸브 커버가 1세기 이상 부식되었기 때문에 투나잇 쇼(The Tonight Show)를 진행했고 현재는 CNBC에서 제이 레노의 차고(Jay Leno's Garage)를 진행하고 있는 제이 레노는 큰 비용을 들이지 않고 원래 부품에 준한 성능을 발휘할 교체 부품이 필요했습니다. 3D Systems의 단골 고객이면서 협업 작업자인 레노의 팀은 디지털 워크플로를 이용해 개선된 새 밸브 커버를 역설계한 후 3D로 프린트한 매몰 주조 패턴을 만들기 위해 이 부품을 3D Systems On Demand Manufacturing으로 보냈습니다. 결국 3D Systems의 완벽한 제조 솔루션 덕분에 레노의 팀은 훼손된 밸브 커버를 기존 방식의 10분의 1 비용으로 교체할 수 있었습니다.

100년이나 된 오래된 자동차를 유지관리하는 일 자체도 쉬운 일은 아닙니다. 몇 십 년이 지나면 교체 부품을 구하기가 어려워져 그만큼 부품 가격이 올라갑니다. 수리가 어렵고 비용이 많이 든다는 점에서 1세기를 넘긴 자동차는 일반적으로 박물관이나 개인 소장품의 움직이지 않는 전시물이 되기 마련입니다. 그러나 열렬한 자동차 애호가인 제이 레노는 최초의 가솔린-전기 하이브리드 상용차 중 하나인 이 1916년 Owen Magnetic이 이런 길을 가게 하지 않기로 했습니다.

Owen Magnetic의 휠이 계속 움직일 수 있게 하기 위해서는 레노와 그의 팀이 극복해야 할 과제가 있었습니다. 레노는 “복원 수리를 시작했을 때 엔진 냉각수용 통로가 있는 밸브 커버가 스위스 치즈 조각 같았습니다. 이런 것은 고물상에서도 찾을 수 없어요. 원래 부품을 보면 엘머스 글루(Elmer’s Glue)에서 제이비 웰드(JB Weld)까지 모든 것을 동원해 수리하려다 실패한 것을 알 수 있습니다”라고 말했습니다.

밸브 커버 수리를 위한 더 나은 해법을 찾는 일은 레노의 수석 엔지니어인 Jim Hall에게 맡겨졌습니다. 까다로운 주문 제작 자동차 수리 작업에 익숙한 Hall은 최신 기술에 정통해 몇 시간이면 해법을 찾아냈습니다. Hall은 “원래 밸브 커버를 고치는 것이 우리에겐 비현실적이었기 때문에 몇 가지 신기술의 도움을 받아 원래 부품을 강화하기로 했습니다”라고 말했습니다.

역설계 워크플로는 FARO® Design ScanArm을 사용해 Geomagic Design X™ 역설계 소프트웨어로 원래 밸브 커버를 3D로 스캔하는 것으로 시작했습니다. 적색 레이저 라인 스캐너와 달리 청색 레이저 라인 스캐너는 원래 부품의 검은색 표면과 유광 표면을 한 번에 스캔할 수 있습니다. 그런 다음 포인트 클라우드 데이터를 3D Systems의 3D Modeling Services 팀으로 보내 3D 스캔 데이터를 최종 CAD 모형으로 바꾸었습니다.

3D Systems의 기술자들이 Hall과 함께 작업하며 원래 부품의 성능과 외관을 개선하면서 백 년 된 주물의 핸드메이드 특성은 유지했습니다. Geomagic Design X 특유의 도구 집합은 최종 업데이트가 여러 번 가능했기 때문에 3D Systems기술자들이 원래 부품에서 부식으로 구멍이 난 부분을 매끈한 표면으로 바꾸고 디자인 요소를 명확하게 끌어내 최종 외관을 향상시킬 수 있었습니다.

예를 들어, 텍스트 위쪽과 아래쪽 테두리 안에 들어가도록 글자 크기를 줄여 “Owen Magnetic” 이름이 밸브 커버 외장에서 눈에 띄게 만들었습니다. 원래 디자인에서는 왁스 시트에서 글자를 손으로 잘라내 마스터 왁스 패턴에 붙여 만들었을 것입니다. 따라서 원래 부품의 텍스트는 개별 글자는 물론 테두리 안쪽의 전반적인 글자 배열에서 완벽하지 않았습니다. Hall은 3D Systems에 완벽하지 않은 글자는 그대로 살리면서 배열만 교정해달라고 요청했습니다. 3D Systems 기술자들은 새로 개선한 테두리를 따라 핸드메이드의 불완전한 점을 그대로 재현하여 최종 부품이 원래 부품보다 더 빛이 나게 만들어 주었습니다.  

기능적 측면에서도 3D Systems 팀은 Hall과 함께 작업하며 부식이 심했던 부품 안쪽의 특징을 다시 디자인했습니다. Hall의 요청에 따라 3D Systems 기술자들은 여러 구조적 특징의 내식성을 높이기 위해 두껍게 만들고 그 연결부를 넓혔습니다. 마지막으로 기술자들은 밀봉을 통해 냉각수 누출을 막기 위해 개스킷의 표면을 매끈하게 하는 추후 전면 밀링 작업을 고려해 매니폴드 장착면을 몇 밀리미터 더 두껍게 만들었습니다.

밸브 커버 디자인이 준비되자, 3D Systems’ On Demand Manufacturing 팀은 Geomagic Design X에서 고체 모형을 내보낸 후 3D Systems 3D Sprint™ 적층 제조 소프트웨어에서 열었습니다. 3D Sprint의 고급 메쉬 생성 및 편집 도구 세트를 사용해 고체 모형을 섬세한 메쉬로 변환한 후 주조할 금속 합금의 축소율을 고려해 확대했습니다. 이후 3D Systems 기술자들은 이 프린트물이 광조형(SLA) QuickCast® 패턴으로 빌드되도록 설정했습니다. QuickCast 패턴은 매몰 주조용으로 설계되어 육각형 지지 구조물로 이루어진 내부 구조를 갖는 중공 빌드입니다. 중공 빌드는 재료 소요량을 줄여주며 QuickCast 패턴의 내부 기하 구조는 배출과 번아웃이 용이합니다. 최종 프린팅은 3D Systems ProX® SLA 800 프린트에서 Accura® CastPro™ 레진을 사용해 진행했습니다.

3D Systems의 지역 영업 책임자인 Cyle Caplinger는 “우리 SLA 3D 프린팅은 모든 3D 프린팅 공정에서 최고의 정확도를 구현합니다. “우리 SLA 지지 구조물은 녹이는 것이 아니라 벗겨낼 수 있기 때문에, 3D Systems SLA는 후처리가 최소화되고 표면 마감 처리가 탁월해 주조 패턴이 완벽하게 나옵니다”라고 말했습니다. 실제로 Caplinger는 매몰 주조 파운드리에서 3D Systems의 QuickCast 패턴 품질에 놀라 Owen Magnetic용 최종 매니폴드 제공 후 국제 주조 대회에 제출할 패턴을 하나 더 요청했다고 말합니다.

3D로 프린트한 QuickCast 매몰 주조 패턴을 태평양 연안 북서부에 있는 파운드리인 SeaCast, Inc.로 보냈습니다. SeaCast는 3D로 프린트한 주조 패턴을 사용해 알루미늄 주조용 금형을 만들었고 이후 이것을 주조하여 '제이 레노의 차고'로 보내 최종 마감 처리와 장착을 진행했습니다.

Hall은 전면 밀링, 드릴링, 도장, 연마 작업을 마친 후 Owen Magnetic의 부다 엔진 상단의 제 위치에 교체 밸브 커버를 장착했습니다.

레노에 따르면 완벽하게 작동한다고 합니다. "이런 종류의 기술이 대단한 이유가 바로 이것입니다. 시간이 지나도 부품이 잊혀질 염려가 없으니까요. 앞으로 100년이 지나도 문제 없습니다."

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