Figure 4® 기술을 통한 빠른 부품 교체
기술 연구, 개발 및 전환 분야에서 세계적으로 인정을 받고 있는 데이톤 대학 연구소(UDRI)는 중요도가 낮은 부품군에 적합한 신규 프로세스 기술(Emerging Process Technology for Low Criticality Part Families)이라는 주제로 수상 경력을 가진 세 가지 America Makes MAMLS 프로젝트 중에서 한 가지를 진행 중입니다. 특히 3D Systems의 Figure 기술로 구현된 적층 제조 프로세스인 "DLP를 통한 빠른 부품 교체"에 대해 연구하고 있습니다. 이번 연구의 목적에 따라 중요도가 낮은 부품으로는 전기 커넥터, 노브, 탄성 그로밋, 스페이서 등이 있으며 각각 항공기에서 기능적 용도로 사용되고 있습니다.
UDRI와 3D Systems는 MAMLS 프로그램 1단계와 2단계에도 참여했습니다. 두 단계가 지속성에 초점을 맞추는 것은 비슷하지만 핵심 주제는 서로 달랐습니다. 각 프로젝트마다 서로 독립된 것은 사실이지만 이전 두 단계가 3단계를 지체없이 시작할 수 있는 기초를 마련하였을 뿐만 아니라 UDRI와 3D Systems가 ALC의 작업 방식과 요건을 실질적으로 이해하는 데 큰 역할을 했습니다. 그 밖에도 1단계와 2단계는 다양한 부품마다 적층 제조 비즈니스 사례를 찾는 데 도움이 되어 어떤 부품을 쉽게 공급하거나 공급할 수 없는지, 그리고 어떤 경우에 적층 제조를 사용하는 것이 좋은지 밝혀내는 데 기여했습니다.
기존 항공기라면 제조 장비의 노후화, 높은 제작 비용, 소량 요구, 정품 툴링의 단종, 부실한 설명서, 그 밖에 가용성 관련 문제 등으로 생산이 중단된 부품에서 적층 제조 비즈니스 사례가 해답이 될 수 있습니다. Figure 4 같은 새로운 기술에서 구현되는 부품 교체 속도는 미공군 같이 전략적 지속성 이니셔티브를 추진하는 기관에게 기회가 될 수 있습니다. UDRI와 협업 기업들은 앞으로 2년간 이번 연구 프로젝트를 진행하면서 Figure 4가 항공기 지속성이라는 큰 그림에 얼마나 적합한지 밝혀내기 위해 노력할 것입니다.
속도의 필요성
3D Systems의 Figure 4는 비접촉식 멤브레인을 프로젝터 기반 이미지와 함께 사용하는 모듈식 제조 프로세스입니다. Figure 4는 툴패스 기반 적층 제조 기술과 달리 정밀한 해상도, 평활한 표면, 생산 소재의 화학 반응, 빠른 프린트 속도를 유지하면서 단일 투사를 통해 전체 부품 단면을 제조합니다. 또한 Figure 4는 모든 Figure 4 소재마다 6시그마 반복성(Cpk > 2)을 구현하여 대부분 제조 과정에서 언제든지 3D 프린팅 기술 사용이 가능합니다.
기하형상 정확도와 함께 프린트 속도와 소재 적합성도 중요합니다. 1일 맞춤형 정비 작업에 대한 전망은 항공기 준비 상태와 가용성을 개선하여 당일에 사용할 수 있다는 점에서 매우 밝습니다. 하지만 UDRI는 이러한 역량을 기념하기 앞서 잠재적 문제를 체계적으로 찾아 해결하여 USAF를 비롯한 기타 DoD(국방부) 기관 등에서 Figure 4 기술을 도입할 수 있는 기틀을 마련하는 데 박차를 가하고 있습니다.
다양한 분야의 전문가
UDRI는 무엇보다 첨단 소재, 엔지니어링, 항공우주 기술, 구조 물리학 분야에서 뛰어난 능력을 발휘할 뿐만 아니라 이번 프로젝트의 범위를 최대한 넓혀 효과적으로 진행하기 위해 외부 전문 기업들과 협업도 진행하고 있습니다. UDRI는 협업에 참여한 3D Systems와 함께 소재 개발, 특성 분석 및 후처리 규격을 만들면서 항공 분야에 적합한 소재의 요건에 맞춰 소재 성능을 조정해 기록하고 있습니다. 이러한 규격으로는 기계 및 환경 속성부터 난연성 같은 안전 표준에 이르기까지 다양합니다. 여기에서 3D Systems는 기존 상용화 광폴리머와 비교하거나 새로운 광폴리머를 배합하는 등 이번 프로젝트에서 연구 중인 응용 분야에 소재를 공급하여 UDRI를 지원하는 역할을 맡고 있습니다.
Lockheed Martin과 Northrop Grumman 역시 중요한 협업 기업으로서 UDRI의 테스트 부품에 대해 엄격한 조사를 진행하여 결과를 검증할 예정입니다. UDRI는 모든 국방 규격 및 ALC를 비롯해 산업 표준과 비교해 부품을 테스트할 OEM 파트너의 자격 검증까지 진행하고 있습니다. UDRI에서 적층 제조 기술 개발 팀을 이끌고 있는 Timothy Osborn 박사에 따르면, 이렇게 여러 기업들이 모여 협업한다는 것은 정확한 테스팅 매트릭스를 바탕으로 다른 어떤 프로그램보다 빠르게 연구 결과를 응용 분야에 적용할 수 있다는 점을 의미합니다.
DLP 전환을 위한 과학적 접근 방식
프로그램에서 가장 먼저 하는 일은 테스트할 부품을 찾아 각 부품에서 필요한 소재 사양을 간략히 나타내는 작업입니다. UDRI는 스캐닝 역설계 소프트웨어인 Creaform HandyScan을 사용해 3D 스캔에서 CAD에 이르는 워크플로를 따라 부품을 디지털화하여 프린팅 파일을 준비합니다. 이후 프린트를 마치면 소재 테스트가 시작됩니다. Osborn 박사의 예상에 따르면, 이번 연구는 6개월이 지나면 유용한 데이터를 쏟아내기 시작해 프로젝트를 마치는 대로 미공군에게 최종 보고서와 추천서를 제출하면서 종료됩니다.
현재 이러한 응용 분야에서는 Figure 4 기술과 관련하여 알려진 것이 많지 않지만 이 기술의 속도와 기하형상 공차는 엄청난 비전을 제시하고 있습니다. UDRI와 협업 기업은 이번 프로그램에서 과학의 힘을 활용해 빠른 부품 교체를 실현할 계획입니다.
일반 공개 승인됨. 사례 번호: 88ABW-2018-5721
미공군(USAF)의 지속성 임무는 기존 항공기, 시스템, 장비들이 대부분 계속해서 노후화되면서 점차 어려워지고 있습니다. 이러한 문제를 해결하려면 빠르고, 안정적이고, 지속적인 유지보수 솔루션이 필요합니다. 업계를 앞서가는 선두 기업들과 연구 기관들은 기존 지속성 솔루션을 넘어 새로운 기술에서 기회를 엿보고 있습니다. 이러한 상황에서 3D Systems의 적층 제조를 이용한 빠른 부품 교체는 진지하게 평가했을 때 필요할 경우에 제조하여 재고를 관리한다는 점에서 매력적인 솔루션일 수 밖에 없습니다.
적층 제조(AM)를 비롯한 3D 프린팅 기술 연구, 탐구, 개발 및 혁신 분야에서 미국의 최고 협업 파트너인 America Makes는 전환이 필요한 초기 지속성 옵션을 찾아 심사하는 이니셔티브를 이끌고 있습니다. America Makes는 현재 “저비용 지속성을 위한 첨단 제조 기술의 성숙화(MAMLS)" 프로그램에 따라 공장 효율 개선을 위한 응용 연구 및 개발 프로그램 부문과 USAF의 전략적 준비 태세를 유지하기 위한 공군 군수 단지(ALC) 부문에서 Project Call 3단계를 진행 중입니다.
