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STRATASYS 3D프린팅 활용사례

스트라타시스 코리아

Pre-Sales & Application

이주헌 대리

Stratasys Asia Pacific 3D Printing Forum

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STRATASYS 소개

활용방안

- Soluble Core

- LSR

- 완제품

활용사례

- Champion Motors

- Design reality

- Aurora

목차

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Technologies

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STRATASYS

• FDM는 Stratasys Ltd.의 상표입니다. • 의미가 정확히 동일한 FFF(융합 필라멘트 구조물)는 같은 기술을 일컫는 말이지만 사용 범위에 제약이 없습니다. ** 2012년 수치는 합병 당일 미디어 발표 내용을 토대로 작성되었습니다.

1988 1998 2009

FDM Polyjet FFF*

전문가용 시장 개인용 시장

55% 63%

16,283 IB 22,000 IB

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STRATASYS 어플리케이션

시제품

디자인 / 구조 적합성 검토

조립성 검토

작동성 검토

전시용 샘플

툴링 진공성형 진공주형 LSR Sacrificial Tooling 정밀주조 사형주조 종이펄프 몰드 인젝션 몰딩 블로우 몰딩 판금성형

DDM (완제품)

다품종 소량 완제품

개인 맞춤형 제품

지그 & 픽스쳐

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STRATASYS 어플리케이션

시제품

디자인 / 구조 적합성 검토

조립성 검토

작동성 검토

전시용 샘플

툴링 진공성형 진공주형

LSR Sacrificial Tooling 정밀주조 사형주조 종이펄프 몰드 인젝션 몰딩 블로우 몰딩 판금성형

DDM (완제품)

다품종 소량 완제품

개인 맞춤형 제품

지그 & 픽스쳐

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활용사례 소개 Stratasys 3D Printer

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Composite

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3D프린팅을 이용한 툴링

• 복잡한 형상 구현

• 다품종 소량생산

• 간편한 제작 방법

복합소재 제작을 위한 툴링

• 제작기간의 단축

• 휴대가 용이한 툴 제작

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다양한 용도에 활용가능한 툴 제작을 위한 솔루션

작업 프로세스

• FDM을 이용한 성형틀 제작

• 프리프래그(Prepreg)등 복합소재 코팅

• 진공 성형기를 이용하여 경화

• 성형틀을 제거하지 않고 그대로 사용

FDM 활용시

• 제품의 형태 및 용도에 맞게 내부 구조 수정

• 격자구조의 복잡성에 구애받지 않고 단기간에 제작

• 제작된 파트를 이용하여 바로 최종부품 제작

• 성형틀을 서포트 재료로 사용할 경우 복잡한 형태의 파트 제작가능

샌드위치 패널

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Aviradyne

• 제작과정중 120℃의 온도와 50psi의 압력 발생하여 FDM방식 선택

• 별도의 치공구 제작없이 완제품을 바로 제작

• 높은 휨강도를 실현 함과동시에 기존제품 대비 무게 30% 감소

• 제작시간 67%, 제작비용 52% 절감

샌드위치 패널 사례

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진공성형을 응용한 파트 제작

용도에 맞는 툴 형상의 선택

• “Sparse build” 스타일

• 파트 전체를 진공성형시 50psi이상의 압력이 가해질 경우 5mm 이하의 raster간격 설정.

• 툴 표면만 진공성형시 압력에 의해 툴 형상이 변하지 않음

• “Shell” 스타일

• 100psi이상의 압력을 견딜수 있음

• 크기에 비해 가벼운 툴 제작가능

진공성형

“Shell” Style Tool

“Sparse Build” Tool

¼” Sparse Spacing

1” Sparse Spacing

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Ford

• 기존 금속덩어리 몰드를 6mm두께의 Ultem 파트로 대체

• 에폭시 코팅후 사상기를 이용하여 표면가공

• 900x90xx사이즈로 제작가능하며 작업자 혼자 운송가능

• 6.2bar의 압력, 82° C의 온도에서 1시간동안 가공

진공성형 사례

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서포트재료를 응용한 방법

• 복잡한 형상 재현이 용이

• 빠르고 간편한 툴 제작

• 수용성 재료를 이용하여 편리한 작업

서포트 재료별 작업온도

• SR-30 – 90℃ 이하

• SR-110 – 120℃ 이하

• 두 재료 모두 550kpa압력 하에서 작업

• Ultem S1 – 150℃ 온도에서 작업가능

Sacrificial Tooling

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Champion Motors

• 차량의 덕트 및 다양한 파트를 복합재질로 제작

• 기존 대비 저렴하고 작업이 용이함

• FDM적용후 작업능률 및 제품 완성도 향상

Application Sacrificial Tooling 사례

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LSR

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LSR (Liquid Silicon Rubber)

PolyJet 장비를 이용한 실리콘 제품제작

• 진공주형과 유사하나 더 높은 생산량을 기대할수 있음

• 고무, 라텍스, TPU 및 TPE 사용

• 디자인/기능성 시제품 및 소량의 완제품 제작

• 다양한 산업에 응용가능

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LSR 작업 프로세스

몰드 설계

인서트 코어 설계

몰드 출력

몰드 후처리 및

조립

몰드 제작 캐스팅

몰드 예열

실리콘 혼합 및

탈포

실리콘 주입

실리콘 경화

탈형

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LSR 작업 프로세스

몰드 제작

• 언더컷이 없도록 설계

• 최대한 Glossy모드로 제작

• 필요시 인서트 몰드 분할제작

• 실리콘 투입구 및 배출구

• 이형제 도포

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LSR 작업 프로세스

몰드 제작

• 언더컷이 없도록 설계

• 최대한 Glossy모드로 제작

• 필요시 인서트 몰드 분할제작

• 실리콘 투입구 및 배출구

• 이형제 도포

몰드 예열후 실리콘 주입

예열 온도

- Vero : 60℃

- D-ABS : 70℃

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FDM 서포트 재료를 이용한

복합소재 툴링의 Sacrificial tooling 응용

실리콘 몰드 및 LSR모두 사용가능

LSR 작업 응용

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LSR 작업 응용

FDM 서포트 재료를 이용한

복합소재 툴링의 Sacrificial tooling 응용

실리콘 몰드 및 LSR모두 사용가능

Soluble 서포트 재료로 인서트코어 제작

실리콘 재료 주입후, 인서트 코어 제거

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Design Reality

• 군용 & 민간용 방독 면 및 소방기구 제작업체

• 단순 디자인 시제품이 아닌 실제 환경에서 테스트 가능한 제품 제작

• 완제품과 동일한 재질의 실리콘을 사용한 시제품 제작

• 기존 24시간(nc)의 툴 제작시간을 6시간으로 단축

LSR 사례

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UAV

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3D프린팅을 이용한 UAV제작

• 적층기술을 이용하여 출력후 바로 비행가능한 UAV를 단기간에 제작

• 3D프린팅을 염두에둔 구조설계 필요

• 강도대비 가벼운 동체 제작가능

3D Printed UAV

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3D Printed UAV

3D프린팅을 이용한 UAV제작

• 적층기술을 이용하여 출력후 바로 비행가능한 UAV를 단기간에 제작

• 3D프린팅을 염두에둔 구조설계 필요

• 강도대비 가벼운 동체 제작가능

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두바이 에어쇼 출품용 UAV제작

• 3D프린팅의 가능성 시험

• 하나의 기체에 여러가지 기술을 접목하여

최상의 결과를 도출하기 위한 프로젝트

• 위상최적화 적용

• 목적에 맞는 설계 및 제작

• 설계 수정 및 제작기간 최소화

Aurora Flight Science (AFS) 와 Stratasys 협업

3D Printed UAV

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Aurora Flight Sciences

• 항공기의 설계 및 디자인

• 설계 안정성 및 신뢰성 분석

• 각종 시뮬레이션 및 각종 내부 설계의 최적화

• Stratasys와의 협력을 통하여3D 프린팅에

적합하도록 구조 변경

• GrabCAD 의 Worlbench를 활용하여 양사간 커뮤니케이션 및 설계수정

3D Printed UAV

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STRATASYS

• 위상 최적화를 통하여 무게대비 강성확보

• 3D프린팅에 적합하도록 구조수정

• 파트의 제작 및 조립

• 적층제작을 통하여 기체의 모듈화 실현

• 동체 내/외부의 일체형 제작

3D Printed UAV

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3D프린트 제작 부품

• 항공기 구성품의 80%를 3D프린트로 제작

• 동체 및 날개등 FDM구성품 제작에 총 9일 소요

• DMLS장비와 INCONEL 718 재료로 스러스트 노즐 제작

• 엔진 마운트형상에 맞춰 제작된 기하학적 형상의

연료탱크는 LS장비로 제작

• 첫 번째 제품 조립 및 검사에 1달 소요

• 3D프린팅을의 응용으로 기체의 모듈화 및 제작

3D Printed UAV

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3D Printed UAV

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(9 days)

(4 days)

(5 days)

(5 days)

개발기간

2 months

동체

날개

노즐

연료탱크

최종조립

Months - Years

동체 및 툴 제작

하위부품

하위부품

하위부품

최종조립

기존공법을 이용한 항공기 제조

“Overall, additive manufacturing saw us cut the design and build time of the aircraft by 50%.” Dan Campbell, AFS

파트 제작 및 조달

하위부품

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• 세계 최초의 3D 프린트 기술로 제작된 제트 추진식 UAV

• 2015년 두바이 에어쇼에서 공개

• 무게 15kg, 날개폭 3m, 시속 241km이상 기록

• 이륙거리 120m, 노즐 온도 650℃

3D Printed UAV

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THANK YOU