[인더스트리뉴스 조창현 기자] 제품을 만들 때 특정 형태를 가진 지그, 픽스처 등 다양한 툴 사용은 생산 공정에서 필수 과정이다. 대부분의 제조업체는 볼트 고정되거나 금속 용접된 파트로 구성된 기존 ‘툴링’을 사용한다. 이 방식은 산업화 초기부터 많이 활용했지만, 시간과 비용이 많이 든다. 스트라타시스 플래티넘 파트너 더블에이엠은 적층 제조(AM) 툴링 방식을 제안한다.
오래된 툴 고장·변경에 따른 위험부담에 직면한 기업들
세계 최고 건설 및 광산 장비 제조업체 ‘캐터필러’는 디젤과 천연가스 엔진 관련 생산 작업에 문제를 겪었다. 가공 작업 중 3500 시리즈 엔진에 대한 드릴 콜릿 손상으로 생산이 중단됐다. 파트를 새로 교체 하거나 가공하는 비용은 700~1,000달러지만, 이 방식으로 문제를 해결하면 생산 시간 대비 비용 손실이 수십만 달러에 달했다. 또한, 교체용 콜릿 조달에는 4주가 소요되기에 사내 가공을 하는 것이 나은 선택이었지만, 가공을 위해서 3교대로 3일간 작업해야 했다.
해당 상황은 ‘제너럴 모터스(GM)’의 쉐보레 이쿼녹스 SUV 크로스오버 생산에도 발생했다. 새로운 자동차 모델이 출시될 때마다 판금 패널을 결합하는 툴이 변경되기에 GM 은 새 툴이 필요했지만, 제작에는 10주 이상의 긴 시간이 소요된다. 더불어 리프트 보조가 필요할 만큼 툴이 무겁고, 제작 소요시간이 긴 만큼 제조팀이 생산 일정을 맞추기 어려웠다.
적층 제조(AM) 툴링 솔루션 도입
위 사례처럼 제조기업들은 오래된 툴의 고장·결함의 위험에 항상 노출돼 있다. 언제든 생산문제가 발생할 수 있다. 결국 시간·비용 등 효율성이 문제가 된다. 캐터필러와 제너럴모터스는 적층 제조(AM) 툴링 도입으로 해결책을 찾았다.
내구성이 좋은 열가소성 수지를 사용한 3D프린팅 툴은 가공 대신 FDM 기술을 사용해 공장 현장 운영을 개선하는 핵심 구성 요소다. AM 툴은 생산 및 조립, 품질 관리 및 검사, 보건 및 안전, 포장 및 물류 등 모든 제조 공정에 유용하고, △생산량 증가 △품질 상승 △비용 절감 △작업자 부상 감소에 도움이 된다.
3D프린터와 재료만 있으면 끝
공정에 필요한 툴, 하루면 제작
3D프린팅 툴은 기존 제작 툴보다 더 빠르게 제작할 수 있어 아웃소싱 또는 공정이 밀린 내부 기계 공작소로 인한 작업 지연을 방지 할 수 있다. AM 툴링 도입 기업은 기존 툴 제작 공정 대비 대기 시간을 80~90% 단축했다. 단축 효과는 툴 파손, 생산 중단, 신규 생산 라인을 위한 새로운 툴을 제작해야 하는 상황에서 특히 중요하다. AM 툴링은 공정에 필요한 툴을 하루 안에 제작할 수 있어 생산 중단 시간이 최소화된다.
최상의 툴 디자인 구현
손쉬운 최적화
3D프린팅 툴링을 활용한 자유로운 디자인은 제조 제약이 없다. 툴 사용시 재료 밀도 조정으로 응력 지점별 밀도 설정이 가능하다. 밀도는 프린팅 중 자동 처리되며, 이렇게 제작된 툴은 사용이 쉽고 가볍다. 인체공학적 툴도 제작할 수 있어 손쉽고 최적화된 작업이 가능하다.
또한 비용 절감, 제작 속도 향상, 디자인 개선 등 다양한 장점으로 생산 공정서 얼마든지 툴 제작·제공이 가능해 기존 툴 손상시 신속 대응할 수 있다. 이에 따른 생산 속도 증가는 신규 생산 라인 구축에 필요한 시간을 단축시켜 작업을 이전보다 효율적이고 정밀하게 만든다.
이전에는 시간·비용 때문에 도입이 어려웠던 툴도 AM 툴링을 활용하면 구현할 수 있어 작업 능률성을 높인다. 특히 조립 라인에서 요구되는 다양한 맞춤 검사 툴 제작·사용시 품질 불량 조기 발견 및 문제 해결에 용이하다. 그 결과 생산 공정 전반에 걸쳐 비용 절감과 효율성이 증대되는 복합적인 효과가 나타난다.
