적층 제조와 로봇공학은 어떤 형태를 취하고 있나요?

산업 부문에서 점점 더 많이 사용되고 많은 제품이 만들어지는 방식을 근본적으로 변화시키는 적층 제조(AM)는 계속해서 고급 제조 프로토타입 제작 및 생산의 원동력이 되고 있습니다. 2030년까지 연평균 성장률(CAGR) 20.8%로 성장할 것으로 예상되는 이 프로세스는 디지털 디자인 데이터를 사용하여 여러 층의 재료를 융합하여 견고한 3차원 물체를 성공적으로 만드는 과정[3D 프린팅(3DP)]을 통해 많은 이점을 제공합니다. 생산 공정의 유연성을 높여 산업 환경에 지속적으로 영향을 미치고 있습니다.

복합재, 프로토타입 항공기 또는 자동차 부품을 위한 툴링 등 한때 너무 복잡하다고 여겨졌던 제품 디자인이 이제 더 정확하고 안정적인 3DP 기술 덕분에 현실이 되고 있습니다. 모션 제어, 전력 변환 및 로봇 공학의 발전은 AM의 범위를 확장하는 데 도움이 되며 선택적 레이저 용융(SLM), 융합 증착 모델링(FDM) 및 바인더 제트와 같은 방법을 통해 정교하고 내구성이 있는 물체를 빠르게 생성할 수 있게 해줍니다.

기본 데스크탑 3D 프린터와 계단형 스테퍼 모터가 있는 프린터는 고해상도 피드백을 갖춘 서보 제어 3D 프린터에 자리를 내주고 있으며 고속 위치, 속도 및 토크 제어가 가능합니다. 잠재적인 인쇄 각도에 대한 제한이 거의 없는 6축 로봇과 대형 구조물 인쇄를 위한 견고한 갠트리 시스템도 이 프로세스를 보완하기 위해 통합되어 제조업체는 이 프로세스와 기술이 가져올 수 있는 가능성을 다시 한번 살펴보게 됩니다.

AM은 오래된 부품을 수리하거나, 생산 부품을 맞춤화하거나, 일회용 부품이나 고정 장치가 필요한 제조업체를 위한 새로운 부품의 프로토타입 제작/모델링에 이상적입니다. 기업은 엔지니어링 설계 프로세스, 툴링 및 사내 고유 형상 제작의 일부로 3DP를 사용할 수 있습니다.

유연한 생산 – 소규모 제조는 설계의 자유를 적용하고 활용하는 데 성공합니다. 100개 이상의 다양한 재료를 통합하고 거의 모든 형태를 생산할 수 있는 3DP의 능력은 이를 팹샵의 필수품으로 만듭니다. 설계자는 어셈블리에 사용되는 개별 부품을 줄여 잠재적인 고장 지점을 제거하여 내구성을 높일 수 있습니다.

비용 절감 – 적층 공정은 노동 집약도가 낮고 사용되는 원자재를 줄여 귀중한 자원과 비용을 절약합니다. 예를 들어, 부품의 주요 부분만 프린팅하면 금속 빌렛에서 대부분의 불필요한 재료를 기계 가공하는 대신 소량의 원자재 가공으로 인한 낭비를 제거합니다. 일반적인 WAAM(와이어 아크 AM) 로봇 팔 시스템은 분말 기반 AM 프린터보다 저렴할 수도 있습니다. USC(University of Southern California) Viterbi 공과대학의 첨단 제조 센터(Center for Advanced Manufacturing, CAM)는 바로 이 연구에 WAAM을 사용하는 동시에 다양한 부품 및 툴링에 소요되는 시간과 비용을 절감해 왔습니다.

생산 효율성 – 공급망이 부진한 상황에서 3DP는 꼭 필요한 부품, 특히 수량 1 맞춤형 부품이 생산 현장에 도착할 때까지 몇 주를 기다리는 대신 저렴하고 시기적절한 대안을 제공합니다. AM은 가동 중지 시간을 훨씬 줄여 제조업체가 주문형 부품이나 툴링을 생산하고 정시 납품 및 프로젝트 기한에 대한 처리량을 유지할 수 있도록 지원합니다.

재료 고려 사항 - 3DP에 사용할 수 있는 다양한 호환 재료도 이 프로세스를 최적화하는 데 도움이 됩니다. 플라스틱부터 석고까지 고유한 적용 요구 사항을 충족할 수 있는 실행 가능한 옵션이 있습니다.

로봇 사용으로 인기가 높은 WAAM은 GMAW(가스 금속 아크 용접) 공정에서 금속 필러 와이어를 사용하여 등각 강철 구조물을 생산합니다. 기존 레이저 공정과 경쟁하는 새로운 방법은 금속 분말을 와이어로 대체하여 더 높은 해상도를 제공하고 더 적은 수의 라인으로 더 부드러운 최종 제품을 만들 수 있습니다. 강화된 고증착 정밀 프린팅 헤드는 마무리 및 연마가 거의 필요하지 않으며 고급 부품도 가능합니다.

혁신 솔루션 – 적층 프로세스를 지원하기 위해 3DP 소프트웨어가 포함된 오프라인 프로그래밍 플랫폼은 디지털 모델과 생성된 실제 모델 간의 연결 역할을 합니다. 3DP 슬라이서 소프트웨어로 알려진 이러한 플랫폼은 디지털 모델을 G 코드라고 하는 인쇄 지침으로 변환하는 데 도움이 됩니다.