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적층 가공의 확장, 대형 빌드 사이즈 – 스트라타시스의 대형 3D 프린터 F770™

제조 현장에서 대형 파트 또는 지그나 픽스쳐를 필요로 하는 경우가 많다. 하지만, 막상 소량의 대형 파트나 지그, 픽스쳐를 제작하려고 하면 고가의 제작 단가에 부딛치게 된다. 이 때문에 적층 제조로 눈을 돌리게 되는데, 이 경우에도 어려움은 있다. 제조 현장에서 길이 1m에 육박하는 대형 픽스쳐가 필요한 경우가 있다고 하자, 이를 적층 가공으로 제작할 경우 출력하는 동안 안정적이며 성공적인 프린팅을 보장할 수 있어야 합니다. 대형 제품 출력의 실패는 재료와 시간의 손실이 그만큼 크기 때문이다.
캡처
실제로 제조 소비자가 3D 프린터 선택 시 가장 중요시하는 것을 알아본 결과, 출력되는 파트의 품질을 가장 중요한 요소로 꼽았다. 3D 프린터의 신뢰성이 가장 중요함을 나타내주는 결과이다. 그 다음으로는 손쉬운 사용과 소비자가 원하는 물리적인 특성을 만족하는 재료, 프린터의 내구성, 그리고, 큰 빌드 즉, 작은 파트에서부터 대형 파트까지 출력할 수 있어야 하며, 마지막으로 프린터의 가격이 중요하다고 보는 것으로 조사되었다.

대형 부품 제작용 F770 FDM® 3D 프린터
스트라타시스는 앞서 말한 6가지 제조 소비자의 요구사항, 다시 말해 ‘우리는 크고, 복잡한 기능성 파트를 빠르고 쉽게 만들기를 원한다’라는 목소리를 담은 대형 3D 프린터 F770™을 출시했다. 이 장비는 뛰어난 반복성과 정확성으로 유명한 스트라타시스의 산업 등급 FDM(Fused Deposition Modeling) 기술을 바탕으로 제작되었다. 기존 대형 부품 제작용 3D프린터 대비 합리적인 가격의 F770은 열가소성 수지가 필요한 프로토타입 제품, 지그 및 픽스쳐, 툴링 애플리케이션에 적합하게 설계되었다. F770은 대형 부품 제작에 적합하며, 시중에서 가장 길고 큰 완전 가열형 챔버 기능으로 대형 파트의 제작 시 발생하는 제품의 휨이나 변형을 완전히 제거하였다. 빌드 용적은 1,000X610X610mm(약 372L)에 달한다.

산업에서 가장 많이 쓰이는 ABS, ASA 재료를 사용해 고밀도의 파트를 제작할 수 있고, 3,200cc의 대용량 재료 패키지로 장시간 무인 가동에도 재료의 교환 없이 프린팅이 가능하다. 다양한 슬라이스 높이 옵션은 고해상도 출력뿐만 아니라 대형 부품도 신속하게 제작할 수 있도록 한다. 최초로 적용한 리니어 모터는 기존 벨트라인 구간보다 빠르고 안정적인 출력 성능을 제공할 뿐만 아니라 벨트의 시간에 따른 마모나 장력 약화의 문제를 원천적으로 제거하였다.

수용성 서포트 재료를 사용하여 후처리를 단순화하고, 그랩캐드 프린트(GrabCAD Print™) 소프트웨어가 제공하는 디자인 투 프린트 (Design to Print) 기능과 플러그 앤드 프린트(Plug and Pring) 기능으로 처음 3D 프린팅을 접하는 사용자도 단시간 내에 쉽게 사용법을 숙달할 만큼 쉽고 직관적인 접근을 제공해 워크플로우를 간소화 했다. 

또한, 제조 현장과 스마트 공장에 최적화된 기능인 인더스트리4.0의 요구 사항에 부합하는 MTConnect 표준을 제공하여 제조 현장의 MES 및 ERP와 연동하여 장비를 관리할 수 있으며, 그랩캐드 소프트웨어 개발 키트(GrabCAD SDK)를 제공해 별도로 제조 현장의 시스템 요구 사항에 맞춰 개발할 수 있도록 하는 엔터프라이즈 연결성도 지원한다. 뿐만 아니라 제조 시스템과 연결된 포인트의 상태나 성능은 모바일 모니터링 기능을 통해 언제 어디서든 확인이 가능하다.

스트라타시스의 산업 등급 FDM 기술을 바탕으로 탄생한 F770™ 은 시중에서 가장 긴 가열식 빌드 챔버와 넉넉한 빌드 용량을 갖추고 있다.
스트라타시스의 산업 등급 FDM 기술을 바탕으로 탄생한 F770™ 은 시중에서 가장 긴 가열식 빌드 챔버와 넉넉한 빌드 용량을 갖추고 있다.

우리는 설계한 대로 제작되기를 원한다
또 다른 제조 소비자는 ‘우리는 설계한 형상을 수정하거나 변경하는 제한적인 방식이 아닌 설계한 부품 형상을 수정 없이 성공적으로 제작할 수 있어야 한다’라고 말한다. 이들이 겪는 어려움은 바로 제작하려는 파트의 크기가 매우 크고 형상의 복잡도 등으로 하나의 파트로 제작하여야 하는 제품을 여러 파트로 나눠 제작하여 조립하거나, 어쩔수 없이 가공 방식에 맞춰 설계를 수정할 수밖에 없다는 점이다. 디자이너와 엔지니어는 비슷한 형상의 파트로 제작하는 것이 아니라 디자인한 원본 형상대로 제작되어 설계 의도가 제대로 반영되기를 원하게 마련이다.

 F770을 사용하면 스트라타시스의 F123 시리즈를 통해 수 년 동안 검증된 수용성 서포트를 사용함으로써 복잡한 형상과 내부 채널 및 오버행을 상세히 구현하는데 더 이상의 제약 없이 디자이너가 설계한 원형 그대로 제작이 가능하며, 서포트를 제거하는 데 걸리는 시간과 여러 파트로 나눠 제작된 멀티 부품을 조립하는 수고를 덜어줌으로써 사용자는 더 생산적이고 효율적인 일에 매진할 수 있다. 

대형 부품 제작 사례
F770을 이용해 대형 부품을 제작한 사례를 알아본다. 사진은 의류 건조기를 구성하는 대형 부품으로 가로 600mm, 세로 600mm, 높이 250mm 정도로 크면서 의류 건조기의 풍향을 컨트롤하는 공기 채널을 가지고 있어 매우 복잡한 파트다. 이처럼 복잡한 형상과 내부 채널 및 얇은 살들을 가진 부품은 기존의 가공 방식뿐만 아니라 적층 제조로도 안정적으로 제작하기 어렵고 오랜 시간이 걸릴 수밖에 없다. 스트라타시스 F770™의 기술로 설계 형상을 전혀 수정하지 않은 그대로 단 수일 내에 제작함으로써 개발 기간과 비용을 절감하며, 코로나19로 불안정한 공급망과 제작 환경을 극복하여 다른 경쟁사보다 빠르게 개발을 진행하고 시장 진출을 선점할 수 있었다. 이제는 대형 파트 제작과 생산에 있어 유연성을 확보할 수 있다.

F770의 대형 빌드 공간은 대형 파트를 제작하거나, 제품 실험을 위한 다양한 소형 파트들을 공간 여유만큼 다량으로 제작하거나 금형 제작 기간 동안 시험 생산을 위한 양산 시험용 파트 제작으로 활용이 가능하다. 또한, 단종된 부품을 제작하거나 시장에서 구하기 어려운 파트를 제작하는 데도 사용할 수 있다.

이처럼 복잡한 형상과 내부 채널 및 얇은 살들을 가진 부품은 기존의 가공 방식뿐만 아니라 적층 제조로도 안정적으로 제작하기 어렵고 오랜 시간이 걸릴 수밖에 없다.
이처럼 복잡한 형상과 내부 채널 및 얇은 살들을 가진 부품은 기존의 가공 방식뿐만 아니라 적층 제조로도 안정적으로 제작하기 어렵고 오랜 시간이 걸릴 수밖에 없다.

우리는 대형 부품이 필요해!
건설 장비나 기계, 중공업 등의 산업 소비자는 ‘우리는 일관되고 정확하며 신뢰할 수 있는 대형 부품 생산이 필요하다’라고 말한다. 이런 산업에서는 매우 큰 부품들을 소량으로 다양하게 만들어 사용해야 하기 때문이다. 자동차 산업의 연구 및 제조 현장에는 매우 크고 무거운 형태의 외장, 내장 파트 및 지그와 픽스쳐 제작이 필요하다. 

사진의 지름 400mm에 달하는 파트를 고정하는 지그의 경우 기존 방식으로 만들 경우 무거우며 높은 비용과 긴 제작 시간이 소요되었다. 하지만, F770을 사용할 경우 이 지그를 쉽고 가볍게 수일 내로 제작할 뿐만 아니라, 인체공학적인 맞춤화 디자인이 가능해 작업자를 업무 피로와 부상으로부터 보호하고 작업의 효율을 높일 수 있다. 자동차 제조 라인에서 사용하는 대차 지그의 경우 파트를 보관하고 이동하는 용도로 사용되는데, 그 제작 비용만 1천만 원을 넘기는 경우가 많다. 이는 파트의 형상에 맞춰 맞춤 제작이 되어야 하기 때문인데, 적층 제조를 통해 해결하고자 하는 움직임이 많아지고 있다.

지름 400mm에 달하는 파트를 고정하는 지그의 경우 기존 방식으로 만들 경우 무거우며 높은 비용과 긴 제작 시간이 소요되었다. 하지만, F770을 사용할 경우 이 지그를 쉽고 가볍게 수일 내로 제작할 수 있었다.
지름 400mm에 달하는 파트를 고정하는 지그의 경우 기존 방식으로 만들 경우 무거우며 높은 비용과 긴 제작 시간이 소요되었다. 하지만, F770을 사용할 경우 이 지그를 쉽고 가볍게 수일 내로 제작할 수 있었다.

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.

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