Industry

ETC [Case Study] Fuse 1 X Brose 2022.08.31

1티어 차량 부품업체 Brose,

완제품 차량 부품 생산에 Fuse 1 도입

독일기업인 Brose는 우리 주변에서 광범위하게 사용되는 차량용 부품을 생산하는 업체이다. 가족 소유 대기업이자 1차(Tier 1)자동차 부품업체로 전 세계 24개국에 걸쳐 25,000명의 직원을 고용하고 있다. Brose 부품은 시트 프레임, 도어 부품, 다양한 전기 모터 및 구동장치와 같은 메커트로닉스 구성요소와 시스템에 광범위하게 사용된다.

단종 제품용 예비 부품 및 기타 부품

우선 Brose는 기능성 시제품 제작에 Fuse 1과 빠른 턴어라운드의 이점을 얻을 수 있는 재료인 Nylon 12 Powder를 사용할 계획입니다. Nylon 12 Powder는 현재 제작에 사용하는 재료와 유사한 특성을 갖고 있습니다. 그러나 클라이레인님이 이끄는 팀은 이미 첫 번째 최종 사용 응용 분야를 위한 부품 및 빌드 사례를 검증하고 있으며, 주요 후보로 단종 제품용 예비 부품 및 부품을 고려하고 있습니다.

자동차 모델의 경우, 단종되더라도 자동차 공급업체는 여전히 예비 부품을 제공해야 할 의무가 있습니다. 전통적으로 이는 단종된 모델의 예비 부품 수요를 예측하고 필요한 모든 부품을 사출 성형한 후 창고에 쌓아 두어야 함을 의미했습니다.

'예비 부품을 쌓아두면, 자원과 공간, 그리고 자금이 크게 낭비되죠. 하지만 3D 프린팅으로 필요한 부품만 제작하면, 향후 15년간 필요로 하는 부품과 해당하는 사출 금형을 보관할 필요가 없습니다. 예비 부품 및 단종 제품 부품에 대한 교체 수요는 많습니다. 부품 재고는 언젠가는 소모되기 마련이고, 플라스틱 사출 성형으로 제작한 부품 재고도 많이 있기 때문입니다. 만약 낭비되는 공간 없이 부품을 효율적으로 적재할 수 있다면, 비용 효율성이 높아질 것입니다'라고 클라이레인(Kleylein)님은 말합니다.

3D 프린터로 제작한 도어 핸들 모듈 예비 부품. (과거에는 사출 성형 방식으로 제작)

'자동차 제조업체에서는 항상 최상의 품질을 최적화된 가격에 납품해야 합니다.

현재 연간 1만 개 미만으로 생산하는 부품은 SLS(선택적 레이저 소결) 방식으로 해결할 수 있습니다'.
—크리스찬 클라이레인(Christian Kleylein)

적층 제조 기술은 Brose의 새로운 핵심 제작 역량 중 하나로 자리 잡았습니다. 독일에 자리한 Brose의 AM 센터는 시제품 제작, 공정/재료 개발 및 검증을 위한 원스톱 작업장으로, 이곳에서 생산된 부품은 전 세계로 공급됩니다.
Brose의 AM 센터는 약 10여 년 전 첫 번째 FDM(용융 적층 모델링) 방식의 3D 프린터를 도입하며 시작되었지만, 그 이후 SLA(광경화성 수지 조형) 방식에서 분사 공정, SLS(선택적 레이저 소결), 그리고 금속 3D 프린터 대형 머신 파크에 이르기까지 시중의 거의 모든 AM 공정을 아우르며 빠르게 역량을 확장해 왔습니다.
소형 데스크톱용 기기에서 전통적인 대형 산업용 프린터에 이르기까지 Brose의 AM 센터는 다양한 SLS 프린터 시스템을 갖추고 있습니다. 또한 Brose는 3D 프린팅 기술과 관련한 풍부한 경험을 지니고 있으며, 유럽에서 Fuse 1을 가장 먼저 도입한 기업 중 하나입니다.

대형 프린터의 경우, 설치 및 실행 작업에 일주일이 걸리곤 하지만, Fuse 1을 설치하는 과정은 정말 간단했다고 말합니다.

'설치 작업은 매우 쉬웠습니다. 에어컨이 있는 밀폐된 공간이 있다면 바로 준비할 수 있습니다. 공간이 많이 차지하지 않아서 아주 좋습니다. 사실상 별도의 보정 작업은 필요 없습니다. 수평만 유지하면 되거든요. 간단히 플러그를 꽂고 설정 프로세스를 시작한 후 납품일에 프린팅하면 됩니다.'라고 클레이레인(Kleylein)님은 설명합니다.

'저희는 Fuse 기기를 매우 집중적으로 테스트했습니다. 우리는 최소한의 두께로 많은 부품을 프린팅하고
있으며, 매우 긴 길이의 박막 [디자인]도 제작하고 있습니다. 부품을 테스트한 결과, 부품 치수에 오차가 있더라도, 항상 같은 방식으로 오차가 생기는 것을 확인했습니다. 따라서 공정을 최적화를 통해 결국 매우 정확한 부품을 얻을 수 있습니다.'

이 팀은 Fuse 1의 한계를 파악하기 위해 많은 테스트를 실행했습니다. 빌드 챔버에 일부 부품만 넣을 경우, 약 12시간의 야간 작업으로 제작을 완료할 수 있었으며, 1,000개 이상의 작은 부품을 가득 채울 경우, 제작에 4일이 걸렸습니다.

Formlabs는 Fuse 1을 통해 기존 산업용 SLS 시스템보다 훨씬 적은 비용으로 고품질, 설치 공간이 적게 필요하고, 완전하며 단순화된 워크플로를 제공함으로써 기존 산업용 SLS 프린터와 저가 소형 3D 프린터 사이의 격차를 해소하고자 합니다.

'Fuse 1은 데스크탑 기기라기 보다는 산업용 프린터에 더 가깝습니다. Formlabs는 각 광섬유 레이저에 맞춘 광학 스캐너 시스템을 자체적으로 개발했으며 덕분에 정확한 방향으로 레이저 빔이 조준됩니다'

'제품도 일종의 기계이기 때문에 장난감이 아닌, 제대로 된 작업 도구처럼 느껴지죠. 덮개를 열어 보면, 산업용 장비처럼 보이고, 모든 부품이 정교하게 작동합니다. 테스트 담당[팀]에서도 매우 만족해 합니다. 산업 환경에서 매우 쉽게 사용할 수 있습니다.'
—크리스찬 클라이레인(Christian Kleylein)

흔히 자동차 부품 제작에는 대형 프린터가 적합하다고 생각하기 쉽지만, 클라이레인님은 Fuse 1의 빌드 용량만으로도 대부분의 부품을 제작하기에 충분하다고 말합니다.

'저희가 프린팅하는 부품의 80%는 주먹 크기 정도입니다. 그 정도가 부품 최대 크기죠. 그러다 보니 모든 소형 부품은 Fuse 1으로 제작할 수 있습니다. 나머지는 정말 거대한 대형 부품이고, 중간 사이즈 부품이 몇 개 있죠. 프린팅 속도가 만족스러우며 최적화 후에는 더 빨라질 겁니다. 그러나 시작하려면, 빠른 프린팅 속도에 더해 정의된 애플리케이션에 적합한 빌드 공간을 마련해야 합니다'라고 클레이레인님은 덧붙입니다.

또한, Fuse 1은 부품 추출, 파우더 회수, 저장 및 혼합 기능을 하나의 독립형 기기에 결합한 후가공 스테이션인 Fuse Sift와 함께 제공됩니다.

'과거에는 일부 기기의 경우 후가공용 장비를 애드온 방식으로 추가해야 했습니다. 심지어 믹싱 작업까지 사용자들이 직접 설계해야 했죠. 이에 반해 [Fuse Sift]는 훌륭한 통합 시스템입니다. 팬을 통해 먼지를 추출하고, 개인 안전 장비를 최소한으로 유지할 수 있습니다. 기기에서 파우더를 체로 걸려 입자가 큰 파우더는 재활용을 위해 수거합니다. 여기서 파우더가 섞이게 되며, 재생 파우더 사용 비율을 원하는 대로 설정할 수 있습니다. 특정 특성이 필요한 경우, 100% 새 파우더를 프린팅하거나, 아니면 100% 재활용 파우더로 프린팅할 수 있습니다. 파우더를 믹서기에 넣으면, 믹서기가 파우더를 골고루 섞습니다' 라고 클라이레인님은 설명합니다.

클라이레인님은 Fuse 1을 통해 SLS 부품을 생산하는 것은 대부분 자동으로 이루어지며 신규 빌드를 준비하고 프린터를 유지 관리하고 부품을 후처리하는 데 제한된 시간과 노력만 필요하다는 것을 알 수 있었습니다.

'소규모 작업장에 설치할 경우, 한 사람이 근무 시간의 4분의 1만 투입하여 작업장을 운영할 수 있습니다. 무료 소프트웨어는 우수하고 프린팅 과정은 대형 프린터와 견줄 수 있습니다. 준비 속도도 빠릅니다. 사용자 입장에서 꼼꼼하게 고려하여 사용하기가 쉽습니다. 30분 이내에 프린터를 다시 시작할 수 있죠. 소위 '3D 프린팅 농사'를 지을 수 있는 기기 중 하나입니다. 생산 계획을 잡기가 매우 용이하고 지속적으로 가동할 수 있습니다. 24시간 연중무휴로 프린팅할 수 있다는 점이 큰 장점입니다. 여기서는 가동 중단 시간이 없습니다. 가동이 중단되는 때는 빌드 작업이 충분히 진행되지 않거나 주말에 쉬는 경우뿐입니다'

—크리스찬 클라이레인(Christian Kleylein)

사출 성형 부품과 유사한 특성을 가진 고품질 부품을 제작할 수 있습니다.
생산 환경에서 쉽게 구축이 가능합니다.
3D프린팅은 폐기물이 가장 적게 배출되며 깨끗한 AM프로세스 중 하나로서, 제조 분야에서 그 비중이 점점 더 커지고 있습니다.

'Brose의 일부 고객은 3D 프린팅 기술로 부품을 제작한다는 아이디어를 매우 좋아하며 이런 방식에 우호적입니다. 생산 과정에서 폐기물이 거의 나오지 않으니까요. 파우더를 재사용할 수 있어 버릴 필요가 없습니다. 재활용 처리해야 할 다른 화학물질도 없습니다. 내년 말까지 모든 SLS 프린터는 폐기물의 배출없이 작동하게 될 것으로 예상합니다'

—크리스찬 클라이레인(Christian Kleylein)

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