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적층제조, 제조 전반의 혁신 주기 단축빌딩시간 30%, 비용 50% 절감

[FA저널 SMART FACTORY 박규찬 기자] 아리안 그룹의 재료 및 프로세스 생산기술 책임자인 스테판 베이어(Dr. –Ing. Steffen Beyer) 박사는 “단일 부품의 인젝터 헤드의 생산은 오직 EOS의 기술을 통해 실현될 수 있었다”며, “오직 적층제조만이 하나의 부품 안에 통합된 기능, 경량구조, 단순한 설계, 짧은 리드타임을 동시에 가능하게 할 수 있다”고 산업용 3D 프린팅이 선택된 이유를 말했다. 

EOS의 NickelAlloy(IN718) 소재로 적층 제조된 122개 인젝션 구성요소를 갖춘 로켓 엔진의 인젝터 헤드 베이스 플레이트 [사진=EOS]

그는 또 “프로젝트 팀은 재료로 열 및 부식 방지에 뛰어난 니켈 합금(IN718)을 선택했다”며, “이 소재는 고온에서도 우수한 인장, 내구성, 크리프 및 파열 강도를 보이며 새로운 생산기술에서도 적용될 예정”이라고 말했다. 

아리안 그룹의 재료 및 프로세스 생산 기술 담당자인 파브리앙 리스(Fabian Riss) 박사는 “파트를 성공적으로 개발 한 후 우리는 비용 효율성에 대해 관심을 갖기 시작했다”고 강조했다. 

아리안 그룹의 핵심 요구 사항은 리드타임과 단가를 낮추는 것이었다. 초기에 생산은 EOS M290 장비를 사용해 증분적 프로세스로 수행됐으며 성공적인 파일럿 테스트를 거친 후 생산 규모는 EOS M400-4 장비를 통해 더욱 확장됐다. 특히 4개의 레이저가 장착된 시스템을 통해 추진 모듈 파트를 최대 4배 더 빠르게 생산할 수 있었다. 

스테판 박사는 “제조 프로세스를 생산성이 높은 EOS M400-4 시스템으로 확장시킨 것은 Ariane 6 프로젝트의 산업화와 경쟁력을 향상시키기 위한 매우 중요한 단계였다”며, “EOS의 풍부한 경험과 우수한 전문성 덕분에 협업이 매우 효율적으로 전개됐다”고 설명했다.

적층제조로 생산된 새로운 인젝터 헤드의 결과는 매우 인상적이다. 248개의 구성 부품 대신, 동일한 기능을 갖춘 단일 부품으로 구성돼 제조 전반에 소요되는 시간을 최소화했다. EOS의 Powder Bed 기반의 산업용 3D 프린팅 기술은 산소와 수소 연료 공급 파이프를 갖춘 배전돔, 베이스 및 프론트 플레이트, 122개의 노즐을 하나의 통합된 부품으로 제작해냈다. 

싱글 레이저 시스템과 비교할 때 EOS M400-4 멀티 레이저 시스템은 매우 높은 생산성을 보이며 파트 빌딩 시간을 30%, 비용을 50% 절감시켰다. 또한, 프로젝트 팀은 일련의 추가적인 성과를 거뒀다. 주조로 제작된 파트와 비교했을 때 적층제조 된 파트는 단순화된 디자인과 재료 물성면에서 우위를 보였고 강도의 감소 없이 파트 벽면 두께를 더 얇게 만들 수 있었다. 무게를 25% 감소시킬 수 있었던 것 역시 전체 제조시간과 비용을 줄일 수 있었던 것을 의미한다. 

마지막으로 중요한 것은 적층제조를 통해 제조 전반의 혁신 주기를 단축시킬 수 있었다는 것이다. 주조 생산방식의 경우 개발단계에서의 구조개선, 설계 수정, 테스트 파트 생산준비 시간이 장시간 소요됐나 적층제조는 이러한 과정 없이 CAD 데이터에서 바로 파트를 만들어 낼 수 있었다. 

따라서 산업용 3D 프린팅은 리드타임 면에서 비약적인 도약을 보여준다. 개발 단계 사이클은 기존의 6개월 정도에서 단 며칠로 감소했을 뿐만 아니라 이러한 아리안 그룹의 전제를 바탕으로 사내 전체 생산체인 상에서의 전환이 전개되고 있다.

[박규찬 기자 (editor@infothe.com)]

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