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산업용 세라믹에 필요한 맞춤형 내화성 금형 코어를 3D 프린팅하는 모습

산업용 제품제조 보조 장치

Průmyslová keramika는 세라믹 믹서와 맞춤형 내열 부품을 생산하는 중앙 유럽 최고의 공급업체 중 한 곳입니다. 이 체코 회사는 2016년에 기존 생산 방식에서 벗어나 Ultimaker 3D 프린터를 사용해 금형 인서트를 제작하기 시작했습니다. 이로써 내화성 금형 코어를 5배 빠르게 제작할 뿐만 아니라 기존 비용의 10%로 완벽하게 반복할 수 있게 되었습니다.

산업용 세라믹이라는 의미의 Průmyslová keramika는 1991년에 설립되었습니다. 현재는 75명의 직원들이 매년 9,500톤이 넘는 세라믹 믹스와 1,600톤에 이르는 형상 부품을 생산하면서 연매출 2억 2,000만CZK(980만 USD)을 기록하고 있습니다.

회사가 성공할 수 있는 이유는 고객 요구에 빠르게 대응하는 데 있습니다. 고객이 주문하는 세라믹 부품은 각각 고유성을 가지고 있기 때문에 고유한 금형 설계가 필요합니다. 이러한 맞춤 생산에 대한 수요가 끊임없이 발생하면서 회사의 생산 팀도 적층 제조 기술을 고려하지 않을 수 없게 되었습니다.

정밀한 맞춤형 산업 제조

일반적으로 금형을 제작할 때는 강재 쉘을 통해 외부 형상이 결정됩니다. 그런 다음 코어 인서트가 홈, 구멍, 곡선 등 세부적으로 중요한 내부 및 기능을 정의합니다. 이러한 피팅들은 형상이 복잡할 때가 많기 때문에 고객이 원하는 정밀 규격에 맞춰 설계하고 제작해야 합니다. 과거에는 이러한 내부 형상을 제작할 때 목재 또는 금속 인서트가 사용되었습니다. 하지만 이를 위해서는 수동 목공이나 CNC 기계 가공이 필요해서 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 비용도 만만치 않았습니다. 예를 들어 목재 인서트 하나를 제작하려면 최대 20,000CZK(895 USD)과 30시간이 넘는 목공 작업이 필요합니다.

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완제품: 강재 금형 쉘과 3D 프린트된 금형 코어를 사용해 제작된 내화성 세라믹 부품

경영진은 2013년에 금형 생산을 가속화할 목적으로 3D 프린팅 프로젝트를 시범 운영했지만 첫 번째 3D 프린터부터 문제에 부딪혔습니다. Průmyslová keramika의 상무 이사인 Jakub Cvilinek는 "우리는 프린터 작동에서 심각한 문제가 발생해 어려움을 겪었습니다. 프린트 성공률은 약 30%에 불과했고, 나머지는 모두 폐기해야 했습니다. 이러한 문제를 겪고도 우리는 3D 프린팅을 믿었습니다. 많은 것을 가르쳐주었으니까요. 우리가 잘못된 프린터를 선택했을 뿐 3D 프린팅 기술은 여전히 효과적이었습니다."라고 말했습니다.

Ultimaker 3D 프린터를 통한 금형 제작 워크플로우의 재조명

Průmyslová keramika는 2016년에 3D 프린터로 Ultimaker 3 Extended를 선택했고, 이 선택은 올바른 결정이었습니다. 마침내 회사는 안정적이고 전문적인 3D 프린팅 솔루션을 갖출 수 있게 되었습니다. Jakub Cvilinek는 2년이 지나 Ultimaker S5를 자사의 툴킷에 추가했습니다. Ultimaker S5는 변함없는 프린트 품질에 더욱 커진 빌드 볼륨과 손쉬운 사용자 인터페이스를 자랑합니다.

회사가 3D 프린팅을 이용해 코어와 금형 인서트를 제작하면서 정확성, 빠른 속도, 반복 가능한 생산 등 3D 프린팅 기술의 이점은 거의 완벽에 가까운 창의적 설계 자유도와 함께 분명하게 나타났습니다. 무엇보다 이전 프로세스와 비교해 크게 저렴하다는 이점이 가장 컸습니다.

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금형 코어를 더욱 빠르고 저렴하게 반복 제작할 수 있는 Ultimaker S5 옆에서 웃고 있는 상무 이사 Jakub Cvilinek

Průmyslová keramika는 금형 코어를 3D 프린팅할 때 사용이 쉽고 유리 전이 온도가 낮다는 이유로 PLA 재료만 사용합니다. 대부분 코어 부품과 인서트는 소성될 때까지 세라믹 재료에 그대로 남습니다. 이때 PLA는 900°C 이상에서도 금형에서 손쉽게 완전히 제거되기 때문입니다.

회사는 엔지니어링 부서에서 Autodesk Inventor와 AutoCAD를 사용해 설계한 생산 부품을 3D 프린팅할 때 프로세스를 감독할 오퍼레이터를 2명 고용했습니다.

3D 프린팅을 통한 생산 가속화 및 지원

Jakub Cvilinek는 "Ultimaker 3 Extended와 S5를 도입한 이후 우리는 생산 비용을 크게 절감하고 속도를 높였을 뿐만 아니라 이전에는 불가능했던 형상까지 제작할 수 있게 되었습니다."라면서 당시를 떠올렸습니다.

Průmyslová keramika에서 3D 프린팅은 제조 프로세스에서 빼놓을 수 없는 자산으로 입증되었습니다. 이제는 기존 방식과 비교했을 때 필요한 부품을 최대 5배 빠르게, 그리고 10배 저렴하게 제작할 수 있습니다. 예를 들어 산업용 버너의 에어 가스 믹서에 사용되는 금형 코어의 3D 프린팅 재료는 300체코 크라운(CZK, 13.43 USD)에 불과합니다. 이 말은 세라믹 전문 기업이 Ultimaker 3D 프린터의 초기 구매 비용을 투자한 후 불과 몇개월이면 ROI를 회수할 수 있다는 것을 의미합니다.

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3D 프린팅으로 설계 자유도를 높여 demolding까지 더욱 쉬워진 금형 인서트

회사는 CNC 밀링 머신에 대한 의존도를 줄여 고용 비용까지 절감했습니다. 이제는 현장 생산, 빠른 프로토타이핑, 높은 가동 시간, 그리고 필요한 경우 반복 가능한 생산 등으로 다양한 이점을 누리고 있습니다.

결론: 한층 새로운 설계 자유도를 제공하는 3D 프린팅

Průmyslová keramika는 Ultimaker 3와 Ultimaker S5를 추가하여 자사의 맞춤형 제작 워크플로우에 혁신을 일으켰습니다. 이제는 고객의 요구를 기대 이상으로 충족하는 부품 생산에 대한 확신을 가지고 있습니다. Jakub Cvilinek는 이렇게 덧붙였습니다.

특히 형상이 복잡한 내화성 금형 코어를 기존 방식으로 제작하려면 너무 까다롭거나 비용이 만만치 않았습니다. 하지만 이제는 3D 프린팅 덕분에 우리 힘으로 해결할 수 있습니다. 

Ultimaker 3D 프린터가 회사의 생산 공정에 도움이 될 수 있을까요? Ultimaker S5에 대해 자세히 알아보세요.

Ultimaker S5의 발견

본 고객 사례는 처음에 여기에서 공개되었지만 승인을 받아 번역 후 편집되었습니다.

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