적층제조시스템 -1-

-적층제조(Additive Manufacturing) 란

1. 적층제조의 소개
전통적인 제작공정은 응고공정, 분말공정, 금속성형, 박판가공, 재료제거공정, 성질향상공정, 표면처리공정, 접합공정, 조립공정 등이 있다.

그 중 재료 제거 공정(Subtractive Manufacturing)은 모재의 일부를 제거하는 방식이기 때문에 재료의 낭비가 생기고, 절삭가공 시 칩이 발생하는 등의 단점이 존재했다.

하지만 적층제조 공정은 재료를 층층이 쌓아 올려 원하는 형상을 제작하는 것을 기본으로 한다.

소재를 조금씩 붙이면서 형상을 제작하는 공정이여서 적층제조라고 불린다.

 

	재료 제거 공정	적층제조 공정
제작공정	소재 제거가공 공정	소재 부가가공 공정
작업환경	소음, 진동 많고 넓은 공간 필요	소음과 진동이 매우 적고 공간 제약 없음
사용재료	대부분의 고체재료	특정재료
제품형상	공구와 공작물 간섭이 있으면 형상 제한	대부분의 형상 제작 가능
치수 및 표면 정밀도	매우 높다	상대적으로 낮다
용이성	숙련된 전문가 필요	일반인도 짧은시간에 배우기 가능
기타	칩 발생	칩 발생 X

둘을 비교한 표이다.

 

2.수치제어 공작기계와 적층제조 장치

 

공작기계의 동작을 자동화하기 위해 많이 사용되며, 공작기계의 이송, 공구의 교체 및 공구나 공작물의 회전 제어.

 

대다수의 자동화 공작기계는 CAD를 이용해 3차원 모델링된 데이터를 자동화된 공정으로 공작물을 제작하며 이를 NC(Numerical Control) 공작기계라고 부른다.

 

적층제조 장치도 컴퓨터로 만들어진 3차원 CAD모델을 이용, 적절한 제어를 통해 자동화된 시스템으로 제품의 형상을 만드는 방면에서 NC 공작기계와 유사하다.

 

3. 제품개발 프로세스

(1) 개념설계 : 시장분석, 산업디자인, 생산타당성

(2) 시스템수준설계 : 제품 사양, 구조 결정, 제작방안 확보

(3) 상세설계 : 마케팅 계획, 부품 상세설계, 생산공정 및 품질보증방안 확보

(4) 검사 및 개량 : 성능검사, 설계변경, 작업자 훈련

(5) 생산 초기 진입 : 시스템 평가, 제품 평가

 

4. 시제품 : 대부분의 단계에서 소비자의 의견을 파악, 경영층 포함한 제품개발 관련 모든 부서들 간에 빠르게 정보 전달, 실제 제품 혹은 공정개발시 향상된 제품이나 공정설계를 돕는 역할

- 목적에 따라 제품 전체를 만들거나 서브어셈블리, 최하위 단위부품만을 제작할 수 도 있다.

- 물리적 형상을 갖도록 만들거나 가상으로 만들기도 한다.

- 얼마나 최종제품과 일치하게 만들것인가도 중요, 이는 시제품의 용도에 따라 다르게 선택.

 

시제품 유형	정밀도	물리적 형상을 갖는가?	성능 구현
스케치도면	낮음	낮음	낮음
CAD 모델	높음	낮음	낮음
수작업 모형	낮음	높음	중간
기계적 가공 모형	높음	높음	중간
양산 직전	중간	높음	높음
최종 양산품	높음	높음	높음

시제품 제작기술의 역사

-1960년대 : 2차원 평면도면, 간단한 형상을 수작업 제작

PC사용 불가능, 시제품들이 복잡하지 않아서 수작업으로 가능

-1970년대 : 3차원 곡선 및 표면 모델링 기술, PC로 제작된 가상 시제품 이용한 해석 및 시험

CAD/CAM/CAE 기술 점점 널리 사용 됨. virtural prototype(가상 시제품) 제작 가능 (응력해석, 시험, 분석)등이 가능.

시제품의 형상 복잡해짐. 이는 CNC등의 복잡한 공정이 필요.

-1980년대 : 솔리드 모델링 기술 개발로 형상 내/외부 구분 가능해짐. 적층제조 기술의 개발

쾌속 조형/신속조형( Chuck Hull, SLA System), 적층제조는 원래 빠르게 시제품을 제작위해 개발.

시간이나 비용이 획기적으로 절감됨.