8개월에서 9주로 단축: KSB, 적층 제조를 통해 임펠러 생산 가속화
KSB는 DNV 인증을 받은 적층 제조 공정을 활용하여 ‘ EOS M 400-4’를 통해 9주 만에 합금 625 소재의 임펠러 블랭크 14개를 생산 및 납품했습니다.
20년 이상의 적층 제조 경험
KSB는 150여 개국에서 사업을 영위하는 세계 유수의 펌프 및 밸브 제조업체 중 하나입니다. 적층 제조 분야에서 20년 이상의 경험을 쌓아온 이 회사는, 이러한 전문 지식을 다른 기업들과 공유하기 위해 2018년 독일 페그니츠에 적층 제조 센터를 설립했습니다. 이 센터는 소재 선정과 설계부터 검증된 부품 생산에 이르는 전체 공정 체인을 아우릅니다. 또한 KSB는 ‘Parts on Demand’ 서비스를 통해 고객의 요구 사항에 맞춰 맞춤형 부품, 시제품, 소량 생산품 및 임펠러 예비 부품을 제작합니다. 이러한 접근 방식을 통해 필요한 시점에 부품을 제조할 수 있어, 고객은 납기 기간을 단축하고 방대한 예비 부품 재고를 유지할 필요성을 줄일 수 있습니다.
KSB의 경험은 단순 생산을 넘어섭니다. 이 회사는 유럽 압력기기 지침(European Pressure Equipment Directive)의 적용을 받는 부품의 적층 제조(AM) 분야에서 TÜV 인증을 획득한 최초의 제조업체입니다. 또한 KSB의 적층 제조 시설은 DNV 시설 적격성 인증서를 취득했습니다. 임펠러 부품군에 대해 KSB는 DNV-SE-0568 및 DNV-ST-B203 기준에 따른 AMC 3 등급의 제조업체 적격성 인증을 보유하고 있습니다.
도전 과제
KSB는 2대의 다단 고압 링형 펌프를 대대적으로 정비하는 과정에서, 해수에 노출되는 까다로운 석유 및 가스 용도에 사용할 임펠러 14개를 공급해야 했습니다. 따라서 해당 임펠러는 신뢰할 수 있는 기계적 성능과 뛰어난 내식성을 모두 갖추어야 했습니다. 이 부품들은 당초 기존의 주조 공정을 통해 제작될 예정이었습니다. 그러나 이 방식의 예상 리드 타임은 6개월에서 8개월 사이였습니다. 운영사 입장에서는 이 기간이 너무 길었습니다.
이 과제는 단순히 필요한 형상을 더 빠르게 제작하는 데 그치지 않았습니다. 소재와 생산 공정 역시 까다로운 산업용 응용 분야의 요구 사항을 충족해야 했습니다. 따라서 KSB는 공정 신뢰성과 필수적인 인증 수준을 유지하면서, 필요한 임펠러를 훨씬 더 짧은 기간 내에 공급할 수 있는 솔루션이 필요했습니다.
산업용 3D 프린팅은 주조 부품을 받기 위해 수개월을 기다려야 했던 기존 방식에 대한 대안을 제시했습니다. 또한 기존 생산 방식과 달리, KSB는 사내에서 검증된 시스템과 공정을 활용하여 디지털 생산 데이터를 바탕으로 임펠러 블랭크를 직접 제작할 수 있게 되었습니다.
솔루션
KSB는 인증을 완료한 ‘EOS M 400-4’ 시스템을 사용하여 임펠러 블랭크 14개를 생산했습니다. 이 시스템을 통해 KSB는 정해진 기간 내에 자사의 확립된 적층 제조 공정에 따라 대형 금속 부품을 제조할 수 있었습니다.
각 임펠러의 직경은 409 mm였습니다. 단일 부품의 제작 시간은 약 76시간이었습니다. 소재로는 KSB가 부식성 작동 환경에서의 사용에 적합한 내해수성 니켈 기반 합금인 Alloy 625를 선정했습니다. 이 용도를 위해 KSB는 합금 625에 대해 AMC 3 등급의 DNV 시설 인증서를 취득했습니다. 이 임펠러 부품군은 DNV-SE-0568 및 DNV-ST-B203에 따른 AMC 3 등급의 KSB 제조업체 인증의 적용을 받습니다.
이 자격 인증 과정에는 적층 제조된 합금 625와 주조 듀플렉스강을 대상으로 한 피로 시험이 포함되었습니다. 그 결과, 주조 재질에 비해 피로 성능이 향상된 것으로 나타났습니다. 또한, 합금 625는 기존의 주조 방식에 비해 내식성, 기계적 특성 및 형상 정밀도가 향상된 것으로 나타났습니다.
특히 해수 부식에 대한 내성이 매우 중요했습니다. 해수에 노출되는 석유 및 가스 분야에서는 부식이 부품의 내구성에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 궁극적으로는 주변 장비의 가동률에도 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 선정된 소재와 검증된 적층 제조 공정은 리드 타임 단축이라는 당면한 필요성과 해당 응용 분야의 장기적인 요구 사항 모두를 충족시켰습니다.
생산 방식의 일환으로 EOS의 ‘ Smart Fusion ’ 기술이 활용되었습니다. 이 기술은 생산 과정에서 변형을 줄이고 지지 구조물의 필요성을 낮춤으로써 공정 안정성을 뒷받침했습니다. 이 기술은 KSB의 전반적인 제조 공정에 통합되었으며, ‘ EOS M 400-4’는 임펠러 블랭크 생산의 핵심 플랫폼으로 계속 사용되었습니다.
"저에게 있어 EOS M 400-4가 특히 눈에 띄는 이유는, 뛰어난 공정 품질과 소재 및 공정 간의 탁월한 시너지 효과 덕분에 인증 절차를 크게 간소화하면서도 신뢰할 수 있는 결과를 보장하기 때문입니다."
스테판 브라운(Stephan Braun), KSB 적층 제조 사업 개발 담당자 - Parts On Demand
결과
KSB는 14개의 임펠러 블랭크 전량을 9주 만에 생산 및 납품함으로써, 기존 주조 공정의 예상 리드 타임인 6~8개월을 단축했습니다. 덕분에 고객사는 주조 부품을 받기 위해 몇 달을 더 기다릴 필요 없이 펌프 정비 작업을 진행할 수 있었습니다.
이번 주문 완수는 KSB가 축적된 적층 제조(AM) 경험을 바탕으로 긴급한 예비 부품 수요에 효과적으로 대응할 수 있음을 입증했습니다. Alloy 625 임펠러는 해수에 노출되는 석유 및 가스 응용 분야에 필요한 내식성을 제공했으며, EOS M 400-4 기술을 통해 KSB는 요구된 기한 내에 직경 409 mm의 부품을 제작할 수 있었습니다. 또한 이 프로젝트는 일회성 해결책에 그치지 않았다는 점도 중요합니다. 성공적인 납품은 고객의 요구 사항을 충족시켰으며, 그 결과 후속 주문으로 이어졌습니다.
KSB의 응용 및 공정 전문 지식과 ‘ EOS M 400-4’의 생산 역량을 결합한 이 프로젝트는, 기존 제조 방식의 리드 타임이 지나치게 길 때 에너지 분야를 위한 3D 프린팅이 핵심 예비 부품에 대한 검증된 생산 경로를 어떻게 제공할 수 있는지를 보여줍니다.
