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3D Printing

3d 프린팅 지그 jigs 고정기구 fixtures 픽스쳐 와 다른 생산 도구들 2편

2021-05-22

3D 기술 접근을 실행하기






3D CAD 모델을 만들어서 Frotus® 3D 생산 시스템에 업로드 하기 전에, 재료와 치수공차를 고려해야 한다. 3D프린팅은 많은 생산 도구에 있어서 이상적이기는 하나, 모든 것에 적합한 것은 아니다. 재료에 있어서 고려해야 할 주된 점은 플라스틱으로 충분할 것이냐는 점이다. 전통적으로, 지그와 픽스쳐는 금속으로 제조되었다. 어떤 것들은 금속으로 만들어져야 하는 것들이 있다. 그 외의 다른 것들이 금속이었던 이유는 그저 금속이 밀링 절삭, 터닝이나 굽히고 가공하기 쉽기 때문이라는 실질적인 이유 때문일 것이다. FDM 재료의 범위는 내약품성chemical resistance(석유, 용액), 열 저항(화씨 390도, 섭씨 200도 까지)와 탄력적인 역학적 특성을 제공할 수 있다.


플라스틱 제조 툴은 예상치 못한 장점들을 가져다 줄 수도 있다. 예를 들어, Thogus는 FDM으로 만드는 로봇 부가 장치를 사용하는데, 이것은 충격을 흡수한다. 로봇 팔이 장애물에 부딪히는 상황이 발생하면, FDM 부품은 팔을 피해상황으로부터 분리시킬 것이며, 이는 비싼 수리와 다운타임을 방지해준다. 다른 예시로는, BMW는 플라스틱 재질의 소형 툴을 사용하는데 왜냐하면 그들이 다루기에 더 가벼우며 쉬워 작업자의 피로를 감소시켜 주기 때문이다.
초기 툴 제작 프로젝트에 3D 프린팅을 시도할 것인지를 결정할 때에는, 치수정확도를 위해서 치수공차가 0.005인치(0.127 mm)보다 큰 툴을 고르는 것이 좋다. 더 작은 치수공차도 가능은 하지만, 규칙에 따라 과정을 단순히 하기 위해서는 이 가치를 고수하는 것이 좋다.




디자인





당신의 현재 지그와 픽스쳐 재고는 그것들을 생산하기 위해 쓰이는 제조방법의 역량과 한계를 고려하여 디자인된 것이다. 생산가능성을 위한 디자인design for manufacturability(DFM) 규칙을 고수함으로서 당신은 그것들을 더 실용적으로 만들고, 비용을 최소화하며 리드 타임을 합리적으로 만들었을 것이다. 그러나 이 규칙들은 3D프린팅에는 적용되지 않는다. 이 규칙들에는 적시의 베어링, 비용, 품질, 수행능력과 실용성이 없다. 어떠한 경우에는, 옛 DFM 규칙을 고수하는 것은 역효과가 날 수 있다. 공정의 부가적인 성질은 필적할 수 없는 디자인의 자유를 준다. 비실용적일 수 있었던 것이 이제는 현실적이고 합리적이다. 지그와 픽스쳐는 복잡하고 특색 있으며 자유로운 형식의 배치를 시간과 비용을 더하지 않고도 얻을 수 있게 된다. 사실, 더해진 복잡성은 심지어 시간과 비용을 줄여줄 수 있다. 예를 들어, 포켓, 구멍과 채널은 재료 소비량, 빌드 타임과 전체 공정 시간을 줄여준다.


3D 프린팅을 제대로 사용하기 위해서, 지그와 픽스쳐의 기능과 수행 능력이 디자인을 결정하게 두는 것이 좋다. 그리고 Digital Mechanics AB와 BMW같은 회사들을 따라해 보는 것도 추천한다. Digital Mechanics는 진공-보조 로봇 그리퍼에 디자인의 자유를 활용했다. 전통적으로 만들어진 그리퍼는 달려있는 외부 호스들이 있었다. 3D프린팅으로 그리퍼의 각 집게는 그 호스 대신 내부 진공 채널이 생겼다. BMW에서는, 디자인의 자유가 생산라인 노동자들이 뒷 범퍼의 아래, 뒤 그리고 안쪽까지 닿을 수 있는 툴을 가질 수 있게 했다. 제조 엔지니어들은 오직 기능에만 집중했는데, 이는 유기적으로 디자인 된 사용자 툴을 가져왔다. 디자인의 자유는 또한 제조 툴의 인체 공학ergonomics(에르고노믹스)를 개선할 수 있다. 툴의 무게, 균형과 위치는 기술자의 편안함, 공정 주기 시간과 접근과 저장의 용이함에 직접적인 영향을 미친다. 최적의 인체공학적인 장점을 얻기 위해서는, 단순히 그것을 툴 속에 디자인 해야 한다. 예를 들어, BMW는 균형을 개선하고 무게를 감소시키기 위해 배지 조정 픽스쳐를 재디자인했다. 이는 노동자의 부담을 줄이고 배지 부착의 주기 시간을 개선했다.



디자인의 자유를 활용하기 위한 하나의 간단한 방법은 접합부를 개개의 부분들에 통합하는 것이다. 종종 지그와 픽스쳐는 많은 부품들로 구성된다.
이는 3D프린팅에서는 필요 없다. 기존 툴을 재생산한다면, 최대한 많은 부품들을 하나의 부품에 합병시킬 수 있는 재디자인에서 시작해라. 새로운 아이템을 디자인한다면, 하나의 부품으로 디자인하는 것이 좋다.

지그와 픽스쳐의 운영에 있어서 이익이 될 경우만 부품을 분리하라. 부품들을 하나의 부품으로 통합하는 것은 많은 장점이 있다:

 내성을 위태롭게 하는 요소들을 근절시키라. 빠듯한 내성은 비용이 든다. 만약 두 개의 결합 부품들이 하나로 합쳐진다면, 결합 부품들의 내성을 조절하는 것에 대한 모든 비용과 걱정은 근절된다.
 어셈블리 타임Assembly time을 없애라. 부품들은 당연히 조립되어야 한다. 이것은 시간이 걸리며, 특히 지그와 픽스쳐 같은 일회성one-off 아이템들에는 더욱 그렇다. 이런 경우 완벽한 핏은 보장되지 않는다.
 서류화와 오버헤드를 최소화하라. 시간과 비용에 관련한 것일 때는 부분들의 합이 전체보다 작다. 부분들을 통합하는 것은 디자인, 서류화, 견적, 주문과 재고 관리와 같은 행위들의 비용을 줄여준다.


관리


더 이상 당신의 지그, 픽스쳐와 다른 제조 툴들을 자산으로 여기지 마라. 대신에, 그것들을 경비로 여기고, 일회용으로 처분 가능한 것으로 생각하라. 자산으로서, 지그와 픽스쳐는 사용되는 사이사이에 저장(재고 처리)된다. 그들은 생산 라인이 중단되거나 혹은 수리될 수 없을 만큼 닳아 버리기 전까지 재고로 남는다. 전통적인 방식으로 제조 툴을 만드는 데 드는 시간, 비용과 노력을 생각한다면, 일회용으로 처분해 버리는 아이템으로 그것들을 버리기에는 너무 아깝다. 그러나 이러한 접근은 많은 간접적인 비용들을 발생시킨다. 저장 공간(저장 경비)에 드는 비용이 있고, 재고를 관리하고 추적하는 비용, 지그와 픽스쳐가 필요할 때 다시 위치시켜야 하는 비용도 있다. 산발적으로 쓰여지는 툴에 있어서는, 비용은 꽤 클 수 있다.

3D프린팅을 이용한다면 반대가 될 수 있다. 종종, 지그와 픽스쳐를 다시 만드는 것보다 재고로 쌓아두는 경우가 더 비용이 많이 나가는 경우가 있다. 그래서 회사들은 디지털 창고화digital warehousing이라고 불리는 관리 접근을 채택하는 데, 이는 오직 디지털 파일만 재고로 쌓이는 형식이다. 완벽하게 좋은 제조 툴을 버리는 것이 상상이 잘 안 될 수도 있지만, 자주 쓰지 않는 것들에 대해서는 이 방법이 비용과 노동력을 절감시킨다.

픽스쳐는 필요할 때 만들어라. 그 일이 끝나면, 재활용을 위해 폐기물과 함께 버려라. 그 후 사용 사이사이에 그 디자인을 디지털로 저장시켜라. 이 주문형 프린트print-on-demand 접근은 부서진 제조 툴의 대체가 필요하거나, 예상치 못한 판매량의 증가로 수요를 충족시키기 위해 생산을 증가시키기 위한 복제품들이 필요할 때 매우 편리하다.


결론


3D프린팅은 제조 공정에서 낭비되는 모든 순간과 푼돈까지 아끼며 이익을 극대화 하는 큰 변화들을 이끌어낼 수 있다. 오랫동안 지켜온 디자인 가이드라인을 쉽게 버릴 준비가 되지 않은 사람들은, 보통 제조 공정을 3D프린팅으로 단순히 대체하면 된다. 어떤 방법이든, 제조 현장에서 절약되는 양과 지그와 픽스쳐의 생산은 굉장히 많을 것이다.


3D CAD 드로잉과 3D프린터에의 접근능력만 있다면 수동 노동으로 15분만에 제조 툴을 만들 준비가 되어있는 것이다. 이러한 단순성을 전형적인 시간과 비용의 40~90% 절약과 합친다면, 왜 3D프린팅이 많은 회사들을 이전보다 훨씬 더 많은 지그와 픽스쳐 그리고 다른 생산 도구들을 만드는 데 박차를 가하는지 이해하게 될 것이다.



번역 : 곽이레 연구원
편집 : 김수진 선임연구원