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Ford: 3D 프린팅으로 새로워진 효율적인 제조

자동차/항공제조 보조 장치

1914년에 설립된 Ford는 자동차 제조에서 꾸준히 혁신을 이끌어 왔습니다. Ford는 115년 전에 포디즘(Fordism)이라고 하는 이동식 조립 라인을 처음 시작했고, 현재는 적층 제조를 사용하고 있습니다. Ford는 자동차 제조를 촉진하고 생산성, 인체공학 및 품질 관리 강화를 위해 끊임없이 미래를 생각합니다.

많은 기업들이 적층 제조의 가능성을 이제 막 모색하기 시작했다면 Ford는 한 발 더 나아가 적층 제조를 통해 자사 자동차를 빠르게 생산하고 있습니다.

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비디오 시청

독일 퀼른에 있는 Ford의 시범 공장은 대량 생산에 들어가기 전에 각 신차의 디자인을 만듭니다. 이곳에 있는 소규모의 종합 제조 라인에서 몇 년 동안 자동차를 개발한 후 대량 생산으로 들어갑니다. 아헨에 있는 Ford의 연구 및 고급 엔지니어링 팀의 연구 엔지니어인 Lars Bognar는 Ford의 제조 공정용 지그, 도구 및 고정 장치를 만들기 위한 최적화된 워크플로를 만드는 일을 진행해왔습니다.

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시범 공장에 사용된 맞춤형 3D 프린트된 툴

3D 프린팅 채택

Ford 직원들은 차량을 생산할 때 맞춤 제작 도구를 많이 사용합니다. 이런 도구는 특정 작업과 모델에 맞게 설계된 경우가 많습니다. 이러한 도구를 외부에서 제작하면 시간과 비용이 많이 듭니다. 도구를 더 빨리 확보할 수 있는 방법으로 Ford 팀은 3D 프린팅을 사용해보기로 결정했습니다.

적층 제조 전담팀을 만든 후 SLS 기술을 사용하는 성공적인 프로젝트를 시작했습니다. 성과가 좋았으나 프린트에 약간의 후처리 작업이 필요했습니다. 그래서 Ford는 Ultimaker의 FFF 기술을 사용하기 시작했습니다. 이 기술은 시간과 비용, 그리고 불편을 줄이는 솔루션으로 확인되었습니다. 이 방법을 사용하여 엔지니어뿐만 아니라 현지 인력도 3D 프린터를 사용하여 필요한 도구를 만들 수 있게 되었습니다.

Ford가 Ultimaker를 선택한 이유는 비용에 비해 품질이 매우 우수하며 높은 신뢰성 때문입니다.

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Ultimaker S5 추가 이전부터 Ultimaker 3을 활용한 Ford
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누구나 직접 도구를 만들 수 있게 해주는 Ultimaker Cura의 간편한 인터페이스

생산 전 툴, 지그, 고정 장치 제조

현재 여러 제조 공장에서 3D 프린팅을 구현하여 제조 공정을 최적화하고 있습니다. Ford는 시범 공장에 전용 3D 작업장을 두면서 신차를 대량 생산하기 전에 정확한 디자인을 만들 수 있게 되었습니다. 덕분에 Ford 디자이너들은 모든 맞춤 제작 도구의 디자인을 반복할 수 있는 시간적 여유가 생겼습니다. Ford는 자동차 제조 시간을 단축하면서 동시에 직원들에게 인체공학적으로 도움이 되는 도구도 만들어야 합니다. 이런 이유에서 Ford는 용도에 적합한 디자인을 만들어야 합니다.

개방형 필라멘트 시스템 덕분에 산업용 재료를 활용할 수 있어 다량 생산에도 내구성과 고정성이 우수한 도구를 제작할 수 있습니다. 

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대량 생산에 들어가기 전에 시범 공장에서 제작되는 도구
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차량 모델 하나에서 50개 이상의 맞춤 제작 3D 프린트된 도구 사용

현지 제조

현지 직원들도 Ultimaker 3D 프린터를 사용하여 필요한 도구를 3D로 프린팅할 수 있습니다. Ford는 스페인, 이탈리아, 루마니아 등 유럽 전역에 있는 공장에 Ultimaker 3D 프린터를 배치하고 있습니다. 독일에 있는 디자인 팀에서 디자인을 전송하면 3D 프린팅을 이용해 바로 다음날 도구를 사용할 수 있게 됩니다.

그러나 Ford는 여기서 한 단계 더 나아가고 있습니다. Trinckle의 제작 소프트웨어 솔루션인 Paramate를 사용하여 3D 디자인 경험이 없는 공장 직원들도 지그를 제작할 수 있습니다. 쾰른에 있는 팀은 핸들과 자기 홀더 같은 도구에 사용할 수 있는 구성품을 만듭니다. 엔지니어가 자동차 디자인을 로드하고, 핸들을 추가하고, 자동차에 부품을 추가해야 하는 곳에 빈 공간을 만들면 이 소프트웨어가 지그를 생성합니다. 이 디자인을 Ultimaker Cura로 직접 전송하여 현장에 있는 Ultimaker S5 기기로 현지에서 프린팅할 수 있습니다.

현재는 기술을 갖춘 공정 엔지니어만이 복잡한 고정 장치를 설계할 수 있습니다. 그러나 앞으로는 경험이 부족한 직원도 이 소프트웨어를 사용해 자신만의 툴을 제작할 수 있습니다. 

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Trinckle 소프트웨어를 이용해 작업자가 Ultimaker 3D 프린터로 직접 전송할 수 있는 도구를 생성할 수 있습니다.

3D 프린팅의 이점

지금까지 이 시범 사업은 Ford에 매우 유리했습니다. 기존 제조 또는 외주 제작 방식에 비해 맞춤 제작 도구당 상당한 비용이 절약됩니다. Ford Focus 제조에 단독으로 사용되는 맞춤형 설계 도구, 지그, 고정 장치가 50개가 넘습니다. Ford는 제조 라인의 생산 기기용 예비 부품도 고려 중입니다. 이러한 부품을 프린팅하면 기기 가동 시간이 크게 늘며, 제조 라인을 장시간 정지시킬 필요가 없습니다.

3D 프린팅은 다른 이점도 있습니다. 이러한 도구 대부분은 Ford 직원들에게 인체공학적으로 큰 이점이 됩니다. 기존의 금속 도구는 장시간 사용하면 매우 무겁게 느껴지기 시작하며, 장기적으로 작업자의 건강에 영향을 줄 수 있습니다. Ultimaker의 광범위한 재료는 금속 도구를 대신할 정도로 강하기 때문에 조립 라인 직원들의 작업을 훨씬 수월하게 해줍니다.

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Ford 시범 공장에서 개발된 다양한 3D 프린팅 지그와 고정 장치

향후 계획

Ford는 자사 3D 프린팅 역량을 빠르게 확장하고 있습니다. 도구, 지그 및 고정 장치 제작 워크플로를 최적화하면서 3D 프린팅의 가능성에 대해 더 많이 배우고 있습니다. Lars는 도구와 고정 장치 제작뿐만 아니라 3D 프린팅을 사용하여 예비 부품과 최종 부품을 제작할 수 있는 방법도 모색하고 있습니다. "다음 단계로 나아가, 예비 부품도 3D로 프린팅할 수 있기를 바랍니다. 적층 제조용으로 설계하고, 생산 차량용 생산 부품도 프린팅할 수 있어야 합니다."

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