3D프린팅은 4차산업혁명을 대표하는 신기술로 빠르게 발전해왔다. 특히, 코로나19 이후 경직된 제조 공급망을 해소할 수단으로 3D프린팅이 주목받고 있다. 3D프린팅 작업에서 적층제조 기술을 활용하면 형상 및 재료, 복잡성 문제를 해결할 수 있다. 적층제조공정에서 최적화된 제품을 설계하고 프린팅을 한 번에 성공하면서, 기준치 이상의 품질을 유지하면서 양산하는 것이 무엇보다 중요하다.
지멘스의 플래티넘 파트너 키미이에스와 EOS코리아가 공동으로 주관한 공동 기술 웨비나에서 EOS코리아와 지멘스인더스트리소프트웨어는 공동 기술 웨비나를 통해 그 해결법을 제시했다.
EOS는?
1989년 EOS GmbH 설립을 시작으로, EOS는 1994년 세계 첫 번째 Laser Sintering system 론칭 등을 시작으로 2014년 베스트셀러 M290장비, 대형 금속 장비 M400을 런칭했다. 이후 완전 자동화 금속 장비 M300시리즈도 개발하며, 인더스트리 4.0 시대 스마트 팩토리를 구축을 위한 장비를 지속 개발하고 있다. EOS는 현재 전 세계 1,300명의 직원과 15개 나라에 판매 및 서비스 센터를 보유하고 있으며, 1,000개 이상의 특허를 보유하고 있다. 매년 15% 이상을 기술개발에 투자하는 R&D 중심의 기술선도 기업이다.
EOS 금속 장비
EOS는 금속과 폴리머 타입의 제품군을 보유하고 있는데, 금속 분야에서는 M290, M300, M400시리즈가 표준 포트폴리오다. 표준 장비 이외에도 AMCM이라는 자회사를 통해 특수 장비, 고객 요청에 맞는 커스터마이즈된 장비를 제작 및 공급하고 있다.
EOS Materials & Process
EOS는 현재 다양한 금속 소재와 공정을 개발해 공급하고 있다. Steel 경우 SS3165L을 많이 사용하고 있는데, EOS는 Super Duplex, SS254, 고경도 소재인 20MnCr5를 추가했다. Nickel 계열의 경우 많이 사용되는 IN718과 IN625에 더불어 Hynes282, IN939 등 더 높은 온도에서 사용할 수 있는 소재를 공급하고 있다. Aluminum도 계열 200도에서도 고강도를 유지할 수 있는 Al2000 계열을 성공적으로 런칭했다. 특히 EOS StainlessSteel 254는 PREN 내 피팅성이 굉장히 좋은 소재로, 오일 가스 및 해양산업에 많이 사용될 소재로 전망하고 있다.
다양한 소재 개발과 더불어 공정 최적화를 위한 다양한 공정기술도 개발하고 있다. 대표적으로 IN718 소재에 KSB Impeller와 함께한 Support-free 공정을 예시로 들 수 있다. 내부에 internal support가 없어 전체 support량이 33% 감소했고, support를 제거하는 후공정의 시간을 1.5시간 절감할 수 있다.
다음 공정 기술은 No Energy Input Homogenization 기능이다. 보통 3D프린팅 금속 레이저 진행 방향은 일정한 스트라이프를 좌우로 레이저가 이동하면서 한 줄 멜팅한다. 처음에 정해진 스트라이프보다 더 짧은 벡터 쪽으로 동일한 속도로 진행하다 보면 overheating이 생길 수 있다. 그런 경우, 변색이나 밴딩 등의 이상현상이 생길 수 있는데 EOS는 이런 overheating을 두 가지 방법으로 제어하고 있다.
첫 번째는 Time Homobenization 방법으로 가상의 선을 연결해서 기존의 스트라이프와 동일한 지점까지 레이저를 끈 상태에서 스캐너가 움직임으로 전체적인 overheating을 막는 방식이다.
두 번째는 스캐너 벡터는 그대로 따라가되 스캔 벡터 길이에 맞게 레이저 파워가 자동으로 조절되는 Power Reduction Factor 기능이다. 이 두 가지 기능을 통해 엣지 부분에 적합한 형상을 유지하는 데 도움을 주고 있다.
Case Study
아우디는 자체 보유한 AM 센터에서 EOS M400, M290 장비로 금형을 조달하고 있다. 총 4개의 금형을 핫포밍 양산에 적용하고 있고, 4개의 금형은 총 12개의 세그먼트로 나눠 제작됐다. 현지 프레스샵에서 아우디 A4 등의 Body Panel 양산에 사용되고 있다.
적층제조 산업을 위한 노력
지멘스인더스트리소프트웨어(이하 지멘스)는 전통적인 설계 사고 방식에서 DfAM 사고 방식으로 전환하고, 시제품 생산에서 매스프로덕션으로 전환했을 때 보다 빠른 혁신 주기 공급망의 복잡성 감소, 재고 감사 등을 통해 비즈니스를 변화시키고 공정을 혁신시키기 위해 노력하고 있다. 이를 위해 적층 제조공정의 디지털화가 필요하다고 말한다.
디지털화된 적층 제조공정은 한 번에 프린팅을 성공하고, 기준치 이상의 품질을 유지하며 양산을 돕는다. 즉, 기존에 시행착오를 줄여주기 때문에 인적 손해 및 시간 낭비를 줄여준다. 지멘스의 통합된 솔루션은 단일 플랫폼에서 데이터 변환 없이 AM 관련 기능을 제공해준다.
헬로티 함수미 기자 |
