3D 프린팅 지그(Jigs), 고정기구(Fixtures, 픽스쳐)와 다른 생산 도구들


**3D 프린팅을 통한 맞춤형 생산도구를 만들어 시간과 비용을 파격적으로 감소시키는 방법**


//생산의 근본적인 목표(품질 개선, 사이클 시간 감소, 비용 절감)는 지그와 픽스쳐가 넘쳐나는 주된 이유이다. 설비 작동이 완전히 자동화됐는지 완전히 수동인지는 상관없다; 지그와 픽스쳐는 생산 과정을 가속화 할 때 비용 절감의 목표를 위해 생산 운영 전반에 전략적으로 배치된다.//
//-Stratasys, Inc의 Joe Hiemenz.//


지그와 픽스쳐를 넘어서 운영 보조로서 기능하는 모든 제조 도구들에 대해 이야기하자면, 그들은 더더욱 널리 퍼져있다고 할 수 있다. 이러한 제조도구들은 버려지는 공간들과 5S(작업장 조직 방법론)를 위한 툴 홀더tool holders부터 템플릿, 가이드와 게이지까지 다양하게 적용된다. 이는 세련된 로봇 엔드 이펙터end-effectors(그리퍼)와 기초적인 트레이, 전달과 운송을 위한 빈(bins)과 선별기를 포함한다. 이름, 설명이나 적용 방법과 상관없이, 생산 도구들은 수익과 효율성을 증대시키면서 품질을 유지시킨다.

생산 도구들이 널리 퍼져있음에도 불구하고, 많은 생산 시설들에서는 이러한 도구들을 100% 사용하지 않는다. 이런 도구들을 만드는 데는 시간과 노동력, 돈이 필요하기 때문이다. 제한된 자원을 최대한 이용하기 위해서는 한 가지 옵션이 있다: 바로 적층가공이라고도 불리는 3D 프린팅이다. 이것은 수행능력을 최적화할 수 있는 능력을 얻으면서 동시에 더 많은 지그와 픽스쳐를 효율적으로 사용하도록 도와준다.

**장벽 낮추기.**

지그와 픽스쳐를 만드는 현재의 방법을 단순히 3D 프린팅 기술로 대체하는 것만으로도 비용을 줄이고 납품을 가속화시킬 수 있다. 오직 이런 측면에서, 3D 프린팅 시스템은 짧은 원금 회수 기간으로 쉽게 정당화 된다. 그러나 이러한 생각은 최종적으로는 더 큰 영향을 보지 못하게 한다. 3D 프린팅은 새로운 도구를 정당화하는 문턱을 낮춰주는데, 이는 생산 과정 동안 충족되지 않은 요구를 볼 수 있도록 해준다. 만약 생산 현장, 조립 시설과 품질 관리 랩을 둘러본다고 한다면, 새로운 지그와 픽스쳐를 설치할 기회를 얼마나 많이 발견할 것인가? 가치는 얼마나 될 것인가? 그것이 다음과 같은 기능을 할 수 있는가?
* 스크랩을 줄이고 재작업할 수 있는가?
* 직접적인 노동 시간을 절감할 수 있는가?
* 공정 처리량을 개선할 수 있는가?
* 공정 컨트롤과 반복성을 개선할 수 있는가?



그리고 핵심적으로, 회사는 얼마나 많은 이익을 얻을 수 있는가?



/assets/factory/images/media/3d.jpg?300' class'cimg'> Thogus의 품질 관리 담당자에 의하면, FDM 픽스쳐를 기계 공장에 외주를 맡기는 것보다 직접 만드는 것이 더 단순하고 빠르며, 덜 비싸다고 한다.


더욱 중요한 것은, 과연 지그나 픽스쳐가 정말 가치가 있다면 왜 현재 이러한 운영에서 쓰이지 않고 있냐는 질문이다. 아마, 정당화가 불가능했을 것이다. 지그나 픽스쳐를 보유하는 장점이 분명히 있음에도 불구하고, 투자수익률(ROI)은 그러한 수고로움을 보상할 만큼 크지 않다. 대부분 시간과 돈을 다른 곳에 쓰는 것이 더 낫다고 느낄 것이다. 시간과 돈은 한정되어 하고 싶은 것을 다 할 수 없기 때문에, 생산 도구를 만들려는 결정은 다음과 같은 것에 우선순위를 둔다

* 지그나 픽스쳐가 아니면 불가능한 공정들
* 가장 확실하고 급한 니즈
* 가장 큰 위험 요소와 발생 가능성이 큰 문제들
* 실천하고 결과를 내는 것이 빠른 것들
* 실행하기 쉬운 것들


언제 그리고 어디서 지그나 픽스쳐를 쓸 것인지 결정하는 것은 우리가 매일 내리는 다른 일상의 결정들과 다르지 않다. 가치가 투자 대비 높거나 혹은 그 선택에 대한 저항이 적을 때 조치가 취해진다.

3D 프린팅은 투자수익률을 증가시키고, 좋은 아이디어와 솔루션 사이의 장애물을 감소시킴으로써 정당화의 진입 장벽을 낮춘다. 이것이 가능한 이유는 공정을 단순화하고, 비용을 절감하며 리드타임(lead time)을 줄이기 때문이다.

Fused deposition modeling(FDM®)을 지그와 픽스쳐를 만들기 위한 3D 프린팅 접근으로서 사용할 때, 공정은 세가지 단계로 나눠진다: CAD 파일을 준비하고, 도구를 설계하고 포스트 프로세스하는 것이다. 전통적인 제조 방법들과 다르게 FDM은 경험이 거의 필요하지 않으며 최소한의 직접 노동만을 요한다. 많은 경우에, 지그와 픽스쳐는 수동으로 하는 노동 15분이면 생산된다. 더욱 중요한 것은, 그들은 어떻게 공정이 작동하는 지에 대한 훈련이나 사전 경험의 필요 없이 생산된다는 것이다. 이것이 FDM을 지그와 픽스쳐를 위한 이상적인 “셀프 서비스식” 옵션으로 만드는 것이다. Thogus Products의 품질 관리자인 Natalie Williams에 따르면, 소량 생산과 고도로 제작된 재료들에 특화된 사출 성형기는 “나에게는 픽스쳐를 모델을 떠 복사하는 것이 그것을 디자인하고 외부의 기계 공장에서 작업하는 것보다 쉽다.”

요점: 3D 프린팅은 역치를 낮춰 제조업자들이 더 많은 지그와 픽스쳐를 최적화된 디자인을 가지고 사용하게 할 수 있다.



Thogus에게 3D 프린팅은 쉽고 빠르다. “하나의 12홀 CMM 픽스쳐의 리드타임은 외주를 맡기면 7일에서 10정도 걸렸다. 나는 그걸 하룻밤만에 만들었다,”라고 그녀가 말했다. 맞춤형 생산 툴을 만들기 위해 FDM을 사용하는 제조업체들은 종종 리드타임의 감소를 40%부터 90%까지 경험한다.

3D 프린팅은 또한 지그와 픽스쳐의 비용을 감소시킴으로써 ROI를 대량으로 증대 시킬 수 있다. 평균적으로, 기계화되거나 제작된 외주 맡긴 픽스쳐들에 비교하면 70%에서 90%까지 절약할 수 있다. Thogus의 12 홀 픽스쳐는 87%를 절약했다. “기계 공장은 그 픽스쳐에 대해 1500달러를 원했다. 나는 재료값으로 200$ 미만을 들여 만들었다,”라고 Williams가 말했다.

툴 제작 공정을 더 빠르고 싸게 만드는 3D 프린팅은 지그와 픽스쳐 그리고 많은 다른 생산 도구들을 증가시킬 것이다. 또한 3D 프린팅은 생산 도구의 수행 능력을 최적화 시킬 수 있다. 3D 프린팅 전에는, 그러한 일들을 하기에 충분한 디자인들이 지그와 픽스쳐에 적합했다. 그들을 다시 디자인하고 생산해내야 하는 노력과 비용 때문에, 규정대로 작동하지 않는 것들에 대해서만 수정이 이루어졌다. “괜찮음”들이 몇 초 정도 운영에 더해지거나 혹은 몇 프로정도 스크랩율을 증가시켰을지는 몰라도, 절약된 정도가 미래에 그 툴에 더 투자하는 것을 보장해주지는 않았을 것이다.

3D 프린팅이 이러한 생각을 바꾸었다. 몇 달러로 이것은 다음 세대의 생산 툴을 전달하고 그 다음날 바로 작동하게 할 수 있다. 보통 정도의 수행능력을 보유한 툴은 다시 디자인하기 위해서 적은 시간과 노력밖에 필요하지 않는다. 예를 들어, 그렇게 하는 것은 생산 라인 운영에 있어서 몇 초 밖에 뺏지 않겠지만, 그 시간은 누적된다. 만약 픽스쳐가 한 명의 작업자 당 하루 500개의 제품을 생산해 낸다면, 2초를 절약하는 것은 1년에 한 사람이 70시간의 직접 노동을 하는 것을 줄인다. 같은 맥락으로, 스크랩을 1% 감소시키는 것은 일년에 1250개 부분을 절약할 것이다. 요점은: 3D 프린팅은 역치를 낮춰 제조업자들이 더 많은 지그와 픽스쳐를 최적화된 디자인을 가지고 사용하게 할 수 있다.

이것은 최종적으로는 당신의 회사에 더 많은 이익(돈)을 가져다 준다.



번역 : 곽이레 연구원

편집 : 김수진 선임연구원