빌드 챔버를 넘어서: 솔루콘, AM 생산을 위한 자동화된 디파우더링에 대해 알아보기

May 13, 2025 | 읽기 시간: 5분

 

적층 제조(AM)는 시제품 제작에서 본격적인 생산에 이르기까지 모든 단계에서 자동화와 정밀성이 요구되는 전환기에 점점 더 많은 격차를 해소하고 있습니다. 프린팅 프로세스 자체가 주목을 받는 경우가 많지만, 고품질의 안정적인 부품을 제작하기 위해서는 파우더 제거와 같은 후처리 단계가 매우 중요합니다.

최근 애디티브 스낵 팟캐스트 에피소드에서 호스트 Fabian Alefeld는 솔루콘의 전문가인 헤만크 라즈와 함께 적층 제조 가치 사슬에서 자동화된 파우더 제거의 중요한 역할에 대해 이야기를 나눴습니다. 두 사람의 토론을 통해 이 틈새 영역이 실제로는 왜 3D 프린팅을 확장하는 초석이며, 특히 까다로운
산업의 복잡한 애플리케이션을 위한 초석인지에 대해 알아봤습니다.


마켓 풀에서 자동화된 솔루션까지: 솔루콘 스토리

솔루콘의 자동 화약 제거 여정은 투기적 벤처가 아니라 시장의 요구에 대한 직접적인 대응으로 시작되었습니다.

헤만 라즈는 기계 제작과 3D 프린팅 분야에서 수십 년의 경험을 쌓은 안드레아스 하트만과 도미니크 슈미트가 설립한 엔지니어링 컨설팅 회사인 솔루콘이 독일의 유명 자동차 제조업체의 의뢰를 받았다고 설명했습니다. 대형 3D 프린터를 일찍이 도입한 이 거대 자동차 제조업체는 크고 복잡한 부품의 파우더 제거에 상당한 어려움을 겪고 있었습니다.

그들은 최초의 자동화 솔루션을 개발했고, 그 성공과 고객의 만족도가 높아 소문이 빠르게 퍼져 다양한 업계에서 더 많은 주문이 들어왔습니다.

자동화된 화약 제거 프로세스: 안전성, 반복성 및 효율성

솔루콘 솔루션의 핵심은 '완전 핸즈오프' 자동화된 파우더 제거 프로세스입니다. 여기에는 밀폐된 대기 제어 챔버 내에서 수동 개입 없이 3D 프린팅 부품에서 용융되지 않은 파우더를 제거하는 과정이 포함됩니다. 이 챔버는 소재에 따라 질소(알루미늄의 경우) 또는 아르곤(티타늄의 경우)과 같은 불활성 가스로 채워져 안전을 보장합니다. 솔루콘 시스템은 프로그래밍 가능한 회전과 진동을 사용하여 철저하고 일관된 분말 제거를 보장합니다.

Raj는 수동 또는 반자동 방식에 비해 두 가지 주요 이점을 강조했습니다:

  1. 안전성 강화: 잠재적으로 위험한 금속 먼지에 대한 작업자의 노출을 제거합니다.
  2. 안정적이고 반복 가능한 프로세스: 매번 동일한 표준으로 부품을 청소할 수 있습니다.

이전에는 내부 채널이 있는 복잡한 부품의 파우더를 제거하려면 개방된 환경에서 외부 진동기를 사용하여 건강상의 위험을 초래하고 상당한 시간이 걸리거나 작업자가 수동으로 공기를 채널로 보내는 수작업 블라스팅 챔버를 사용해야 하는 경우가 많았습니다. 이러한 방법은 특히 크고 무겁거나 복잡한 채널이 있는 부품의 경우 자동화 솔루션의 안전성, 일관성, 효율성이 부족했습니다.

솔루콘 기계는 지게차 접근을 위해 120도까지 열리는 대형 도어를 특징으로 합니다.

자동화된 파우더 제거를 통해 가장 많은 이점을 얻을 수 있는 애플리케이션

솔루콘의 많은 고객들은 작업자의 건강과 안전을 가장 중요하게 생각하기 때문에 간단한 부품의 경우라도 수동으로 화약을 제거하지 않습니다. 안전은 둘째 치고, 솔루콘의 최대 장비가 처리할 수 있는 높이 1.5미터 또는 1.6미터의 크고 무거운 부품은 수동으로 파우더를 제거하는 것이 사실상 불가능합니다.

이러한 대형 시스템을 구축하는 데는 고유한 엔지니어링 과제가 있습니다. 솔루콘은 "플러그 앤 플레이" 장치를 우선시하여 전체 유닛 운송을 위해 압축 공기 및 불활성 가스 공급 장치에 연결만 하면 되는 제한된 치수의 기계를 설계합니다.

대형 부품의 경우 지게차 접근을 위해 120도까지 열리는 대형 도어와 크레인 적재를 위해 수직으로 열리는 지붕까지 갖춘 Solukon 기계가 있습니다.

내부적으로 이송 시스템은 불활성 분위기에서 상당한 양의 분말(분말이 초기 무게의 대부분을 차지하는 경우가 많으므로)을 처리해야 하며, 한 고객의 보고에 따르면 최대 99%의 높은 분말 회수율을 달성할 수 있어야 합니다. 이 분말 처리 시스템과의 인터페이스는 고객을 위해 간소화되었으며, 불활성 대기를 유지하면서 센서가 분말 이송을 관리하기 위해 2선 연결만 필요한 경우가 많습니다.

품질 및 반복성 보장: 스마트 디파우더링

파우더 제거의 핵심은 특히 입자가 갇힐 수 있는 복잡한 내부 채널에서 모든 물질이 추출되도록 하는 것입니다. 솔루콘은 몇 가지 기능을 통해 이 문제를 해결합니다. 이 회사의 장비에는 화약 제거 공정 중에 광범위한 데이터를 기록하는 센서 패키지인 디지털 팩토리 툴(DFT)이 통합되어 있습니다. 이 데이터를 통해 고객은 공정을 자세히 모니터링하고, 보고서를 내보내고(에너지 및 가스 소비를 자세히 설명하는 탄소 발자국 보고서도 생성), 확립된 표준을 준수하여 반복성을 보장할 수 있습니다.

시스템의 회전 및 진동 패턴을 프로그래밍하여 부품의 복잡성에 맞게 조정할 수 있습니다:

  1. 수동 모드: 초기 작업자가 파우더 흐름을 관찰할 수 있도록 제어할 수 있습니다.
  2. 자동 모드: 50-60%의 고객에게 충분하며, 기계가 설정된 시간 동안 진동과 고주파 노즐 자극을 통해 가능한 모든 방향으로 부품을 회전시킵니다.
  3. 프로필 모드: 덜 복잡한 형상의 경우 사용자는 기계 또는 컴퓨터에서 특정 회전 각도 및 진동기 제어를 프로그래밍할 수 있습니다.
  4. SPR-Pathfinder®: 가장 진보된 옵션으로, 내부 채널이 복잡한 부품(예: 직경 1.0mm 채널이 일반적인 경우)에 필수적입니다. 이 소프트웨어는
    부품을 복셀화하여 빈 공간을 모두 식별하고 파우더 입자로 가상으로 채운 다음 경기장을 비우는 것처럼 각 입자에 대한 가장 효율적인 출구 경로를 계산합니다. 
자동 분말 제거 공정

파우더 제거를 위한 설계: 중요 고려 사항

Raj는 후처리, 특히 화약 제거를 위한 설계를 소홀히 하는 경우가 많다는 데 강력히 동의했습니다. 일반적인 설계 실수로는 출구 포트가 없는 매우 좁거나 막힌 내부
채널이 있습니다. 주요 설계 지침은 다음과 같습니다:

  • 모든 채널의 출구 포트 확보.
  • 내부 채널에 대해 보수적인 길이 대 직경(L/D) 비율을 유지합니다(과거에는 4 정도였지만, 현재 Solukon은 훨씬 더 극단적인 비율을 처리합니다).
  • 채널의 날카로운 각도를 피하고 부드러운 나선형 구조를 선택하세요.
  • 기계적 연동으로 인해 파우더가 거친 표면에 달라붙는 경향이 있으므로 내부 표면 거칠기를 최소화합니다.

SPR 패스 파인더 소프트웨어는 설계자가 프린팅 전에 내부 채널을 통한 파우더 흐름을 시뮬레이션하여 설계 프로세스 초기에 병목 현상을 식별할 수 있도록 지원하여 이를 지원합니다. 솔루콘은 직경 0.4mm의 작은 채널로 부품을 성공적으로 파우더 제거했으며, 초음파 범위(약 30~38kHz)에서 부품을 진동시키는 초음파 여기기를 사용하여 부품 손상 없이 매우 미세한 채널에서 뭉친 파우더를 분해했습니다.

미래: 로봇 공학 및 통합 솔루션

Raj는 특수한 흥분기를 사용하여 특정 병목 영역을 목표로 하거나 접근하기 어려운 수로에서 자동 폭파를 수행할 수 있는 로봇 팔을 기계 내부에 구현하는 등 "더 자동화되고 더 스마트하게" 화약 제거 작업을 진행 중이라고 밝혔습니다.

또한 불활성 대기를 유지하면서 완전 자동 로딩 및 언로딩과 같은 고유한 고객 과제를 위한 맞춤형 일회성 솔루션을 지속적으로 개발하고 있습니다.
이러한 진화를 통해 솔루콘은 기계뿐만 아니라 완벽한 화약 제거 솔루션을 제공하는 메카트로닉스 중심 엔지니어링 회사로 자리매김하고 있습니다.

헤만 라즈의 인사이트는 자동화된 파우더 제거가 단순한 추가 기능이 아니라 생산 AM의 품질, 안전, 효율성 및 비용 효율성에 필수적인 복잡한 기술 기반 프로세스임을 강조합니다. 업계가 발전함에 따라 이러한 지능형 후처리 솔루션은 점점 더 많은 설계 기회를 열어주고 가장 까다로운 응용 분야를 위한 실행 가능한 제조 방법으로서 AM의 역할을 공고히 할 것입니다.

분말 제거 공정

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