Philips사의 전구: 3D 프린팅이 핵심 생산 아이디어가 되다



빛이 있나니. 그것은 현대 조명 솔루션 제조에 수반되는 복잡한 생산 과정을 무시하는 단순한 표현이다. 진정한 '생명에 필수적인' 전구는 방대한 양으로 요구되지만, 기본적인 디자인은 섬세한 재료의 정밀한 조립을 필요로 한다. 여기에 반복된 용해로 가열 및 급속 냉각의 가혹한 현실, 지속적인 생산의 마모와 파괴, 품질 관리의 절대적인 필요성 등을 더하면, 눈에 보이는 것보다 더 작은 전구 제조에 더 많은 것이 있다는 것을 알 수 있다.

이 과정을 간소화할 수 있다면 어떨까? 조립 라인 자체가 최종 제품과 '혁신적 사고'라는 개념을 전형적으로 보여줄 수 있다면 어떨까? Materialize와 Philips Lighting은 3D 프린팅을 활용하여 알아보기로 결정했다. 이 협력으로 인해 이전에 부품 고장이 발생하기 쉬운 램프 홀더의 '재발명'과 경량 설계를 사용한 이전 노동 집약적 라인의 자동화가 이미 이루어졌다. 이 두 가지 혁신은 모두 합치면 연간 89,000유로의 비용 절감 효과를 실현할 수 있다.




**공동 제작 프로세스 시작**

1891년에 백열등 및 기타 전기 제품을 생산하기 위해 설립된 필립스는 125년 이상 동안 혁신을 거듭해 왔다. 약 850명의 직원을 고용하고 있는 Turnhout(Belgium)의 Philips Lighting 사이트는 이러한 전통을 유지하는 데 중요한 역할을 하며 전문 조명 기술 분야에서 세계 최고의 트렌드 리더로 널리 인정받고 있다. 사실 필립스 터우트는 종종 벨기에에 있는 연구 센터와 협력하며, 개념에서 생산까지의 고압 가스 방전 램프 분야의 혁신에 더하여 일하고 있다.

3D 프린팅, 특히 금속 프린팅이 생산 공정에서 잠금을 해제하는 데 도움이 될 수 있다는 점에 관심이 있는 Danny Van der Jonckheyd와 그의 팀은 Materialise의 특정 생산 요구사항을 심층적으로 파악하도록 초대했다.

Materialise의 비즈니스 개발 매니저인 Sven Hermans는 다음과 같이 회상한다. "특정 조립 요소에 대한 요구, 부담 및 스트레스를 진정으로 인식하기 위해서는 실행 중인 라인을 확인해야 한다. 현장에 있는 동안 저희는 3D 프린팅 솔루션에 이상적으로 적합할 수 있는 문제 및 개선이 필요한 영역을 파악하기 위해 부품을 살펴보고 가능한 한 많은 생산 라인 작업자, 유지보수 팀, 공장 엔지니어들과 이야기를 나누었다.

"어디서 가벼운 재료를 사용하는 옵션이 영향을 미칠 수 있을까? 성능을 향상시키거나 폐기물을 줄이기 위해 기존의 제조 기법을 사용하여 실현할 수 있는 구조 설계는 불가능하거나 너무 비쌀 수 있을까? 이런 질문들이 우리가 필립스 팀과 함께 작업한 것들이다."


새 브래킷이 조립 라인에서 작동함



**비용 유지 – 부품 고장 방지를 위한 인쇄**

개선을 위해 지정된 첫 번째 부분은 유리 배기관을 녹이고 밀봉하는 데 토크가 적용됨에 따라 램프를 제자리에 고정하고 리드 인 와이어를 가열하지 않도록 하는 브래킷/홀더이다. 4피스 브래킷 어셈블리의 용접 라인이 특징인 구조물과 결합된 연속 라인에서의 고온에 반복적으로 노출되면, 절단과 파손이 공통적으로 발생하며, 매주 1~2번의 고장이 발생한다.

이 브래킷은 필립스가 장소에 보관해야 했던 예비 부품들을 사용하여 현장에서 수리되었다. 그러나 각 멀티피스 유닛은 탈거 및 분해하기가 어려웠다. 열 확장형 나사는 특히 골치 아픈 문제이며, 수리하는 데 최대 2시간이 걸릴 수 있다. 또한 완전히 새로운 장치가 필요하기 전에 제한된 수의 수리만 수행될 수 있으므로 약 8주의 리드 타임이 필요하다.

Materialise는 Danny Van der Jonckheyd 및 그의 팀과 협력하여 새로운 단일 구조 브래킷을 제작하여 부품 조립 시간을 단축하고 용접 라인 압력 지점을 완전히 제거한다. 처음 3개월 동안 재이미징된 브래킷은 한 번도 파손되지 않았다. 그것은 큰 차이를 만든 작은 변화이다.

Danny는 다음과 같이 설명한다. "우리는 부품을 더 자주 더 쉽게 수리해야 하는 것이 가장 큰 장점이라고 생각했지만 지금까지 교체하지 않아도 되었다. 유지보수 기술자의 시간 단축을 전적으로 고려하더라도, 이미 연간 9,000유로를 절약하고 있을 뿐만 아니라, 정비사가 실제 기술 문제에 집중할 수 있다는 사실을 추가로 고려하고 있다.


브래킷의 디자인 진화 (왼쪽-오른쪽 순)



"손상된 부품 수가 적다는 것은 교체 부품에 대한 경비도 줄었다는 것을 의미하며, 이제 인쇄 및 배송이 10일 만에 가능한 '디지털 스페어'를 확보했기 때문에 제한된 수만을 위치에 저장하면 된다."

"또한, 이전의 브래킷은 와이어 스레드 스루로 인해 마찰 홈이 형성되지 않도록 빈번하게 세척해야 했다. 이는 최종 제품을 손상시킬 수 있다. 시간이 많이 걸리는 이런 방식으로 유지되기 위해서는 선에서 제거되어야 했다. 3D 프린팅을 통해 우리는 브래킷의 일부로 새로운 원뿔형 와이어 홀더를 만들 수 있었다. 내부 채널은 청소가 훨씬 덜 필요하고 내부 유지 관리가 가능하다.

"하지만 가장 큰 차이점은 이것이 이곳에서 일하는 사람들의 사고방식에 미치는 영향이라고 생각한다. 이 초기 프로젝트는 생산의 다른 측면에서 3D 프린팅이 우리에게 도움이 될 수 있는 아이디어를 가진 사람들이 접근해 왔기 때문에 우리가 다른 방식으로 일을 할 수 있고 또 해야 한다는 생각을 불러일으켰다. 이는 진정으로 우리 직원들과 관련이 있다."


금속 3D 인쇄 흡입 그리퍼가 장착되고 작동한다




**그리퍼 리벨레이션 – 노동력 감소, 체중 감소, 라인 주기
**

이 새로운 사고방식에 대한 증거로, 램프 받침대가 개발을 거치면서 필립스 사의 생산팀은 또 다른 기회를 발견했다. 3D 인쇄가 노동 집약적인 기존의 프로세스를 자동화하는 데 도움이 될 수 있을까? 대답은 '그렇다'였다.

이전에 문제가 되었던 라인은 기계 조작자가 지속적으로 12보어 그립에 부품을 물리적으로 배치하고 재료를 적용하고 완성된 장치를 제거해야 했다. 이 프로세스를 자동화하려면 그립의 진공 흡입 기능과 '픽 앤 플레이스' 로봇 작동의 변형과 응력을 견딜 수 있을 정도로 튼튼한 경량 구조물이 필요하다.

Danny와 그의 팀은 3D 프린팅이 대안적인 금속 재료, 텍스처, 내부 구조 측면에서 엄청난 잠재력을 발휘하여 솔루션을 제공하고 Materialise와 협력하여 테스트할 부품을 설계 및 인쇄한다는 것을 알고 있었다. 구조(개별 부품 필요 감소), 곡선 내부 채널 생성(3D 인쇄의 고유한 이점) 및 알루미늄(AlSi10Mg)의 그리퍼를 프린팅함으로써 전체적인 강도와 흡수가 개선되었다.

"그라이퍼의 새로운 기능으로 인해 시간 소모적인 수동 부품 배치의 필요성이 없어졌으며, 이로 인해 연간 80,000유로의 비용이 절감되고 운영 시간이 크게 단축된다. 또한 무게 감소로 인해 촉진되는 속도는 생산량이 증가하는 동안 사이클 시간이 감소했다는 것을 의미하며, 이는 최적의 방정식이다. 이 모든 과정을 통해 제조 툴킷의 자연스러운 구성요소가 될 정도로 3D 프린팅에 대한 우리의 눈, 상상, 그리고 마음이 크게 개방되었다."



출처: [[http://www.manufacturingtomorrow.com/article/2018/08/philips’-lightbulb-moment-3d-printing-becomes-essential-production-thinking/12044|ManufacturingTomorrow]]
번역: K-SmartFactory