2020. 4. 16. 12:02ㆍ3D프린터 소개/SLM방식 3D프린터
Additive Manufacturing은 Game Changer!
산업용 3D프린터는 AM(Additive Manufacturing)이라는 이름으로 알려져 있습니다. 금속 혹은 플라스틱 재료를 얇은 층으로 '반복하여 적층하여 형상을 제작하는 제조방식'이라는 의미로서 AM이라고 불리웁니다. 기존의 절삭제조 방식으로는 제작할 수 없었던 언더컷 혹은 복잡한 형상을 제조할 수 있는 방식으로서 실제 산업에 많이 활용되고 있습니다.
다양한 분야에서는 이미 산업용 3D프린터를 활용하여 많은 성공사례를 만들어 냅니다. 기존의 과정에서 소요되던 비용과 시간이 획기적으로 줄어들은 사례들이 쏟아져 나오고 있습니다. 다품종 소량생산에서 더욱 빛을 보고 있는 3D프린터는 기존의 방식에서 벗어나 기업들에게 제조 혁신을 가져다 줍니다. 그래서 AM(Additive Manufacturing) 혹은 산업용 3D프린터를 'Game Changer'(게임 체인저)라고 말하고 있답니다.
이번에 소개할 사례는 (주)퓨전테크놀로지가 국내에 공급하고 있는 금속3D프린터인, 독일 SLM Solutions사의 SLM280 장비를 통해, 고압 반응기를 혁신적으로 제조할 수 있었던 독일 THALETEC(탈레텍) 회사의 성공사례입니다.
독일의 고압 반응기 제조사, THALETEC GmbH(탈레텍)
THALETEC사의 총괄이사, Dr.Jurgen Reinemuth
THALETEC은 유리와 스틸의 복합 재료 가공에서 세계 최고의 숙련도와 오랜 전통을 가진 회사입니다. 특히 스테인레스 스틸에 글라스 라이닝 기술을 접목하는 고유 기술을 가지고 있으며, 170년 전부터 이 기술의 개척자입니다. 현재 190 명 이상의 직원이 화학 및 제약 산업을 위해 글라스 라이닝 기술이 접목된 제품을 생산하고 있습니다.
THALETEC은 품질을 최우선 가치로 삼고 일합니다. THALETEC의 모든 제품은 "Made in Germany"로서 기술에 대한 지대한 자부심을 가지고 일하는 회사입니다. DIN ISO 9001인증을 받은 것을 보면, 철저한 제조 프로세스에 엄격한 잣대를 가지고 일하여, 기술력이 입증되었다고 볼 수 있는데요, THALETEC은 대부분의 재료와 부품을 독일에서 생산 된 제품으로 사용하여, 품질과 신뢰성에서 우수하다는 평가를 받고 있습니다.
품질에 엄격한 독일의 THALETEC사가 선정한 산업용 금속 3D프린터는 (주)퓨전테크놀로지사가 국내에 판매하고 있는 SLM Solutions사의 3D프린터입니다. 파우더 베드 방식의 레이저 멜팅(용융)기술로 혁신을 이끌고 있는, SLM280은 혁신적인 금속 3D프린터 활용고 있습니다. THALETEC사가 최근 DfAM에 맞추어 새롭게 설계하고 제작한 '글라스 라이닝 고압 반응기'는 또하나의 금속 3D프린팅의 혁신 사례입니다.
고압 반응기란?
고압 반응기는 200bar 이하의 압력 하의 화학 반응을 수행하기 위한 장치로 사용됩니다. 전통적으로 이 고압 반응기는 스테인레스 스틸이나 하스텔로이 재료를 CNC 기계로 절삭하여 제작하였습니다. 고압 반응기 내부는 매우 강한 화학제품의 성질을 견뎌야 하기 때문에 내화확성이 높은 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌) 재질의 라이닝이 장치 내부에 코팅되어 제작됩니다.
고압 반응기로 사용되기 위해서는 설계적인 측면에서 유럽 연합에서 채택한 여러 지침 중 고정식 압력기기에 적용되는 법규 Pressure Equipmemt Directive 97/23 (PED)에 의거하여 설계되어야 합니다.
THALETEC사가 현재 SLM Solutions사의 SLM280으로 3D프린팅하여 제작힌 '글라스 라이닝 고압 반응기'는 어떠할까요? Nickel-based Alloy(니켈 합금) 금속 파우더를 용융하여 적층한 이 고압 반응기는, 금속 3D프린터에 맞추어 새롭게 설계되었습니다. 그러면서도 PED 법규를 지키며 생산되고, PED 인증도 받아 내었답니다.
AM(Additive Manufacturing)을 위한 설계 방식으로 제조된 고압 반응기의 프로토타입은 독일 THALETEC사와 설계사인 JUREC사의 매우 긴밀한 협조를 통해 제작되었습니다.
Selective Laser Melting(SLM)방식으로 혁신을 주도하는 금속 3D프린팅!
새롭게 설계한 '글라스 라이닝 고압 반응기'는 금속 파우더 베드에 선택적 레이저 용융(Selective Laser Melting)방식의 적층방식 기법이 사용되었습니다. 바로 SLM Solutions사가 제공하는 SLM® 기술을 사용하였는데요, 이러한 적층 방식의 공정을 통해 고압 반응기 내부의 가열(히팅) 혹은 냉각을 위한 온도 제어 채널이 통합된 고압 반응기를 구축할 수 있었습니다. (이러한 온도 제어 채널은 산업용 금속 3D프린터의 적층방식의 출력 덕분에 가능한 디자인입니다.)
내부 벽면에 글라스 라이닝 기법으로 에나멜 코팅이 되어 있으며, 통합 온도 채널들이 외벽에 걸쳐 디자인되었습니다. 절삭공구로는 만들 수 없었던 새로이 설계된 '고압 반응기'는 엄청나게 개선된 열 전달 능력을 가지고 있습니다. 이전까지는 이렇게 개선된 열 전달 능력을 가진 고압 반응기는 제작할 수 없었는데요, 이렇게 설계된 고압 반응기는 온도 제어를 위해 사용되는 용액의 흐름을 더욱 잘 콘트롤하여 열을 더욱 효과적으로 가하고 냉각할 수 있게 되었습니다.
또한 적층방식의 설계(DfAM)로 더 얇아진 벽 두께에도 불구하고 기존보다 더 높은 압력에 견딜 수 있도록 성능이 향상되었습니다. 화확적 내성이 강한 글라스 코팅도 문제 없이 부착시킬 수 있었으며, 고압 반응기의 무게가 감소되어 실험실에서 더욱 편리하게 제품을 다룰 수 있게 되었습니다. 특히 터닝, 밀링과 드릴링과 같은 전통방식의 절삭도구를 사용하여서는 제작할 수 없었던, 복잡한 내부 형상과 추가적인 덕트와 구멍들을 만들어 낼 수 있었습니다.
글라스 라이닝 고압 반응기를 제작하기 위해서는 다음과 같은 공정이 이루어집니다. SLM Solutions사의 SLM®과 같은 베드 파우더 방식의 금속 3D프린팅을 사용하여, 처음 제품의 설계는 3D CAD시스템으로 설계가 되며, CAD데이터를 STL데이터로 변환하여 추출하고, 금속 3D프린팅에 최적화된 형상으로 수정을 거친 후 SLM280 3D프린터에 파일이 업로드 됩니다. (이에 Materialise Magics소프트웨어가 활용됩니다) SLM280 장비에서 적층이 시작되고 완료된 파트는 후처리실에서 서포트를 제거하고 THALETEC에서 글라스 라이닝 작업이 마무리되어 최종 사용이 가능한 파트가 생성됩니다.
새롭게 설계되어 SLM 금속 3D프린터로 출력한, 고압 반응기의 이점 정리!
금속 3D프린터와 DfAM으로 새롭게 재탄생한 글라스 라이닝 고압 반응기
1. 글라스 라이닝 고압 반응기는 여러 부품이 합체된 것이 아닌, 하나의 단일 제품으로 적층 제조 되었습니다!
2. 온도 조절 용액과 고압 반응기 사이에 열 전달 효과가 크게 개선되었습니다.
3. 기존보다 얇아진 고압 반응기의 벽 두께에도 불구하고 더욱 높은 압력에서 버틸 수 있게 개선되었습니다.
4. 더욱 얇아진 고압 반응기의 벽 두께로 인해 무게가 상당히 가벼워 졌습니다.
5. 내화학성을 보장하는 글라스 라이닝과 압력 확산 방지가 확실히 보장되는 제품이 출력되었습니다.
▶ 3D프린터를 이용한 적층 제조 방식은 이렇게 혁신적으로 기존 제품을 재설계할 수 있도록 기회의 장을 열어 줍니다. 이래서 업계에서는 Game Changer(게임체인저)라고 말한답니다.
세계 최고의 금속3D프린터 제조사 SLM Solutions
SLM Solutions는 독일회사로서, 1970년부터 3D프린터 관련 연구기관으로 출범하여 1998년 금속 파우더 베드 방식의 SLM(Selective Laser Melting) 기술을 최초로 발명해 낸 금속 3D프린터 제조사입니다. 오랜 연구 개발 과정을 통해 파우더 베드 방식의 금속 3D프리팅 업계에서 최고의 기술력을 가지고 있으며 미국, 프랑스, 이탈리아, 싱가폴, 중국, 러시아와 인도 등 다양한 지사를 통해 세계 금속 3D프린팅의 활용에 앞장서고 있습니다.
SLM Solutions의 금속 3D프린터의 가장 큰 장점 중 하나는, 금속 파우더 베드 방식에서 더욱 빠른 출력속도와 생산성을 높이기 위해 세계 최초로 다중 레이저 기술을 선보였으며, Twin, Dual 및 Quad까지 다양한 다중 레이저 시스템을 갖추었습니다. 사용자는 출력속도를 개선하기 위해 다중 레이저 옵션을 선택할 수 있습니다.
두번째로 주목할 만한 SLM Solutions만의 3D프린터 기술은 바로 빠르고 간단한 리코팅 시스템입니다. 특허받은 Bi-Directional Recoating(양방향 리코팅) 시스템은 레이어별 적층을 위해 리코터가 한 방향으로만 이동하여 작업을 완료하는데요, 한 방향으로 이동할 시 재료를 리코터에서 분사 해주어 파우더 재료의 공급이 매우 빠릅니다. 또한 이 시스템 덕분에 재료를 채워주는 Feeding 챔버가 없어도 되고 오직 빌드 챔버 하나로 조작되어, 장비의 사이즈가 매우 컴팩트해 졌으며 작업 공정도 더욱 단순화 시킬 수 있습니다.
3D프린팅이 모두 완료되고 난 이후, 남은 여분의 금속 파우더는 모두 자동으로 재활용이 가능하도록 시스템이 갖추어져 있어, 사람의 손이 최대한 닿지 않고서도, 안전하게 재료를 재사용할 수 있습니다. 또한 출력 전부터 출력 후까지 모든 과정을 모니터링 하는 Additive.Quality 시스템을 갖추어, 세밀한 레이저의 출력 상태부터 제품의 모든 센서의 작동여부까지 모니터링 할 수 있습니다. 또한 잘 설계된 챔버 내부 가스 플로우 시스템 덕분에 출력 중 날아다니는 분진을 재빨리 내보내어 출력에 문제가 될 만한 요소를 사전에 차단합니다.
빌드 사이즈 별로 라인업된 금속 3D프린터는 총 5가지 라인업을 갖추고 있으며 현재 대량 생산에 최적화된 Production-Ready 급의 산업용 금속 3D프린터 또한 갖추고 있습니다.
산업용 금속 3D프린터 전문가 - (주)퓨전테크놀로지
'(주)퓨전테크놀로지'는 고객사의 디지털 제조 혁신을 위해 SLM, SLA, SLS 방식의 고도화된 산업용 3D프린터를 판매, 납품 및 유지보수를 하는 전문 기업입니다. 자사의 임무는 고객을 위해 전문적인 SLM 3D프린팅의 이점을 알리고 이를 극대화하여 고객의 요구사항에 맞는 솔루션을 제공합니다. 특히 SLM Solutions사의 고성능 금속 3D프린터의 운영 노하우를 컨설팅하고, 장비에 최적화된 알류미늄, 니켈, 티타늄, 코발트 및 스틸 합금의 재료를 맞춤형 솔루션으로 제공함으로써 고객사의 디지털 제조 혁신을 돕습니다.
SLM® 금속 3D프린터는 파우더 베드 적층 방식으로서 전통적 방식에서는 제작하기 힘든 복잡한 형상을 자유롭게 설계가 가능하도록 혁신을 주며 매우 빠른 출력 속도와 반복성을 보장합니다. (주)퓨전테크놀로지는 국내 공식 SLM Solutions사의 유일한 전문 공급사로서, 메탈 3D프린팅 도입에 대한 다양한 고객 성공사례를 공유, 다양한 기술자료 공유 및 영상 자료를 공유하여 고객사가 경쟁 우위를 확보하는데 도움을 줄 수 있도록 최선을 다하고 있습니다.
(주)퓨전테크놀로지는 고객사의 "금속(메탈) 3D프린터 전문 파트너"로 일하며 AM(Additive Manufacturing)을 통한 고객의 제조 혁신에 솔루션을 제공함을써 요구사항을 해결하는데 집중하여 일합니다. 금속 3D프린팅에 최적화된 벨기에 Materialise사의 Platinum Partner사로서 DfAM(Design for Additive Manufacturing)에 맞춘 3D설계 지원과 S/W교육 및 납품 또한 책임지고 있습니다! 자사의 다양한 소식을 알 수 있는 홈페이지 및 공식 SNS사이트를 확인하세요!
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