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3D 프린트 프로토타이핑을 통한 금속 부품 주조

산업용 제품제품 개발

Sylatech는 매몰 주조 회사로서 Ultimaker 3D 프린터를 사용해 고속 프로토타이핑 프로세스의 속도를 더욱 높이고 있습니다. 현재는 CNC 기계 가공, 무선 주파수 및 마이크로웨이브 제조, 매몰 제조 분야에서 서비스를 제공합니다. 53년 넘게 비즈니스를 운영하면서 항공우주, 우주, 국방, 의료, 자동차 및 건설 업계에 종사하는 고객들과 함께 하고 있습니다.

Sylatech는 3D 프린팅을 매몰 주조 프로세스에 사용하고 있습니다. Ultimaker 3D 프린터를 사용하기 전에는 고객이 직접 원하는 설계에 필요한 도구를 금속으로 만드는 데 시간과 비용을 투자해야 했습니다. 하지만 금속 부품을 변경해야 하는 경우에는 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 프로세스가 늘어나 비용이 추가되었습니다. Ultimaker를 사용한 후로는 대량 생산에 필요한 도구를 만드는 데 투자하기 전에 프로토타입을 완성하여 이러한 부품 변경의 위험을 줄일 수 있게 되었습니다.

Casting metal parts from 3D prints
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프로토타이핑 프로세스 가속화

Sylatech는 Ultimaker 3D 프린터를 사용해 고객이 설계한 모델을 불과 며칠만에 3D 프린팅할 수 있습니다. 이렇게 제작된 모델은 직접 금속 프로토타입을 제조하는 데 사용됩니다. 설계 변경이 필요한 경우에도 업데이트된 설계를 3D 프린팅하는 비용만 추가하면 됩니다.

금속 부품을 제조하기 전에 먼저 PLA를 사용해 부품을 3D 프린트하여 정확한 프로토타입을 제작합니다. 3D 프린트한 프로토타입이 승인되면 이제 금속 부품을 제조할 수 있습니다. 설계 엔지니어 팀은 Ultimaker를 사용해 불과 5일만에 설계를 금속 프로토타입으로 제작할 수 있습니다.

3D 프린트에서 금속 부품까지

먼저 3D 프린트된 모델이 왁스 프레임에 접착됩니다. 부품 전체에 여러 객체가 있는 경우에는 크기만 허락한다면 객체를 모두 왁스 프레임에 접착하는 것도 가능합니다. 왁스 프레임을 컨테이너 내부에 넣고 슬러리라고 불리는 세라믹 용액으로 컨테이너를 가득 채웁니다. 컨테이너를 오븐에 넣으면 슬러리가 경화되고, 3D 프린트된 PLA 모델은 완전히 연소됩니다. 이로써 고온의 액체 금속이 주입되는 몰드가 완성됩니다.

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The 3D print is attached to the wax frame

내부에 주입된 금속이 냉각되면 주형이 분리됩니다. 금속 부품은 모든 내부 모델과 원본 왁스 프레임을 그대로 복제하여 제작됩니다. 이제 프레임에서 모델을 절단한 후 샌딩을 통해 평활하게 만들 수 있습니다. 이로써 금속 부품 테스트를 위한 준비를 모두 마친 셈입니다.

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액체 금속을 몰드에 주입하는 모습
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The 3D print and metal prototype

비용 및 추가 개발 시간 절감

Sylatech는 왁스에서 모델을 제작하려면 특수 도구를 만들어야 합니다. 일반적으로 프로젝트에서 이러한 도구를 직접 사용하는 경우 첫 번째 금속 부품을 개발할 때까지 5주 정도 걸립니다. 여기에 더해 설계 변경이 필요하여 도구를 수정하려면 한 번 수정할 때마다 약 £500이 소요됩니다. 하지만 Ultimaker를 사용하면 새로운 설계를 프린팅하는 데 부품 1개당 약 £10이면 충분합니다. 첫 번째 프로토타입이 나오면 대체로 30%는 설계 변경이 필요합니다. Ultimaker를 사용해 금속 프로토타입을 제작할 경우 도구 변경 가능성이 최소화됩니다. 따라서 많은 시간은 물론이고 비용까지 절감하는 효과를 기대할 수 있습니다.

우리는 3D 프린팅을 사용하면서 비즈니스 방식도 눈에 띄게 바뀌었습니다. 앞으로도 3D 프린팅과 Ultimaker를 사용해 고객 이점을 실현해나갈 것입니다.

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The 3D printed prototype and the fully assembled final model

Sylatech에서 Ultimaker 사용

Sylatech는 처음에 Ultimaker 2+로 3D 프린터를 사용하기 시작했습니다. 프린터를 사용하면서 시작부터 괄목할만한 성과를 거두었습니다. Ultimaker Cura의 빌드 플레이트에 모델을 드롭하면 거의 순간적으로 설계 파일이 작성되어 정확한 3D 프린트가 가능하기 때문입니다. Sylatech는 Ultimaker 2+를 성공적으로 사용하자 이어서 Ultimaker 3에도 투자했습니다. 이로써 수용성 PVA 재료 사용이 가능해져 고객이 어떤 설계를 제시하든 프린트할 수 있게 되었습니다.

Sylatech는 고객을 위한 프로토타입 프린팅 외에 다양한 지그, 고정구, 로봇 구성품에도 자사의 3D 프린터를 사용하고 있습니다. 또한 로봇 암 2개를 통해 CNC 프로세스를 대부분 자동화했습니다. 이 로봇 시스템의 부품들이 Ultimaker 3D 프린터에서 프린트됩니다.

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Robotics electronics enclosure by Sylatech
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Sylatech에서 제작하는 맞춤형 로봇 공압 부품

Sylatech는 Ultimaker를 도구로 도입했을 때 어떤 점에서 회사에게 유리한지 알 수 있는 좋은 사례입니다. 자사의 매몰 주조 프로세스를 최적화했을 뿐만 아니라 그 밖에 다른 부분에서도 3D 프린터를 사용해 워크플로우를 개선하는 데 성공했습니다. 하지만 가장 좋은 점은 고객들이 Sylatech의 Ultimaker 기술 응용 분야를 통해 직접 비용을 절감하는 동시에 원하는 최종 금속 부품을 그 어느 때보다 빠르게 확보할 수 있다는 데 있습니다.

3D printing in manufacturing

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