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3D 프린팅 툴링: 툴링을 위한 산업용 3D 프린팅의 실제 적용 사례 4가지
적층 가공은 최종 사용 부품을 직접 생산하는 강력한 기술로 설명되기도 하지만, 가장 혁신적인 가치 중 하나는 더 나은 툴링을 가능하게 하는 방식에 있습니다. 여기서 툴링이란 마스터와 플러그부터 금형, 트림 및 드릴 고정 장치, 조립 지그 및 취급 보조 장치에 이르기까지 제조업체가 다른 부품을 만드는 데 사용하는 모든 특수 장비를 의미합니다.
이러한 도구는 복합재, 금속 주조 및 콘크리트 제조의 기초를 형성하며 제조 공정의 여러 단계에서 사용할 수 있습니다. 제조업체가 부품을 성형, 위치 지정, 트리밍 및 드릴링할 수 있으므로 형상을 정의하고 정밀도를 보장하며 안정적이고 반복 가능한 생산을 만드는 데 중요합니다.
오늘날 대형 적층 제조(LFAM)는 이러한 도구의 제작 방식을 바꾸고 있습니다. 제조업체는 폼을 쌓거나 대형 빌릿을 가공하는 대신 최소한의 마감 처리가 필요한 그물 모양에 가까운 패턴, 금형 및 고정구를 3D 프린팅할 수 있습니다. 그 결과 리드 타임이 단축되고, 비용이 절감되며, 취급이 가벼워지고, 재료 사용 공간이 줄어듭니다.
툴링이란 무엇인가요?
복합재, 주조 및 콘크리트와 같은 제조 분야에서는 공정의 여러 단계에서 툴링이 나타날 수 있습니다. 마스터 또는 플러그는 금형의 모양을 정의하는 데 사용되며, 레이업 금형, 콘크리트 거푸집, RTM 금형 및 진공 성형 금형은 최종 부품을 형성하는 데 사용되는 금형의 예이며, 고정구와 지그는 트리밍, 드릴링, 조립 또는 운반을 지원합니다.
복합 툴체인에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다:
- 마스터 또는 플러그가 생성됩니다.
- 플러그는 몰드를 만드는 데 사용됩니다.
- 부품에 트리밍이 필요한 경우 트리밍 지그가 생성됩니다.
- 필요한 경우 드릴/조립 고정 장치가 생성됩니다.
- 운송을 위해 운송 설비를 제작할 수 있습니다.
어떤 시장과 부문에서 툴링을 사용하나요?
툴링의 개념은 다양한 분야에서 사용됩니다. 복잡한 형상이나 반복 가능한 배치가 필요한 모든 곳에서 툴링은 생산 공정을 최적화할 수 있습니다.
툴링이 사용되는 대표적인 분야는 다음과 같습니다:
- 항공우주 및 항공: 페어링, 인테리어 패널, 덕트
- 자동차 및 레이싱 RTM 차체 패널, 브래킷, 어셈블리
- 해양: 선체, 갑판, 나셀, 페어링
- 테마파크 및 건축: 경관 요소, 복잡한 콘크리트 형태
- 시공: 거푸집 공사, 파사드 패널, 맞춤형 클래딩
플렉스봇의 CNC 밀링
툴링의 대형 적층 제조
3D 프린팅 툴링에는 열가소성 플라스틱, 복합재, 금속 등 다양한 재료를 사용할 수 있습니다. 각 재료는 용도에 따라 특정 이점을 제공합니다. 하지만 열가소성 플라스틱 기반 소재는 대규모 툴링에 가장 효율적이고 비용 효율적이며 다양한 용도로 사용할 수 있는 경우가 많습니다. 열가소성 플라스틱은 강도, 가공성, 무게가 균형을 이루며 재활용이 가능하고 가공이 용이합니다.
LFAM은 툴링의 제조 및 사용 속도를 획기적으로 개선합니다. 폼 스택을 적층하거나 빌릿을 몇 주 동안 조각하는 대신 그물 모양에 가깝게 인쇄하고 엄격한 공차가 필요한 기능적인 표면만 가공할 수 있습니다.
기존 제조 방식 대신 LFAM을 사용함으로써 몇 달에서 몇 주 또는 그 이상으로 일정을 단축하고, 자재 제거와 수작업을 최소화하여 비용을 절감하며, 내부 강도를 향상시키는 쉘 앤 립 구조 등 최적화된 설계 덕분에 더 가볍고 다루기 쉽고 안전한 공구를 제공합니다.
금형 및 툴링용 적층 제조는 비용 및 시간 절약 외에도 중요한 설계상의 이점을 제공합니다. 지오메트리가 레이어별로 제작되기 때문에 보강 리브, 진공 채널, 트림 라인, 데이텀 패드 및 리프트 포인트와 같은 기능을 설계에 직접 통합할 수 있습니다. 적층 가공을 위한 설계와 감산 가공을 결합하면 후처리 단계가 줄어들어 정확도가 중요한 부분만 CNC 밀링할 수 있습니다.
LFAM의 또 다른 장점은 기술의 디지털 측면에서도 찾을 수 있습니다. 이 기술은 툴링 설계와 데이터를 디지털 인벤토리로 저장함으로써 30~40년 동안 실물 공구를 보관할 필요가 없습니다. LFAM으로 제조된 공구가 더 이상 필요하지 않게 되면 이를 파쇄하여 펠릿으로 만든 다음 필요할 때 다시 부품을 프린트할 수 있습니다.
3D 프린팅 툴링: 사례 연구
TMS가 CEAD의 대형 적층 제조(LFAM)와 하이브리드 마감 처리로 대형 복합재 트리밍 픽스처를 제작한 방법을 알아보세요. 이 팀은 수작업으로 제작하고 노동 집약적인 툴링에서 CNC로 마감한 그물 모양에 가까운 인쇄 픽스처로 전환하여 리드 타임을 단축하고 수작업을 줄이며 작업 현장의 취급을 간소화했습니다.
3D 프린팅 툴링의 응용 분야
아래 사례는 실제 LFAM 툴링을 보여주는 사례로, 플렉스봇/플렉스큐브는 그물 모양에 가까운 프린팅, 공차가 필요한 부분만 가공, 진공 채널 및 트림 라인과 같은 기능을 처음부터 내장하는 데 사용됩니다.
각 예는 트림 및 드릴 고정구에서 핸드 레이업 몰드에 이르기까지 다양한 목표를 강조합니다. 각각 리드 타임, 비용 및 처리에서 측정 가능한 이점을 제공합니다. 각 비즈니스 사례를 참고하고 프로젝트별 기술 세부 정보를 보려면 클릭하세요.
1. 트리밍 고정 장치
JEC 2025에서 우리는 복합 트리밍픽스처를 라이브 프린팅하고전체 하이브리드 워크플로우를 시연했습니다. 도구 경로 전략은 Adaxis에서 준비되어 시작/정지 전환과 비드 제어를 의도적으로 보여주었습니다. 픽스처는 14시간 만에 프린팅되었고, 그 후 바로 후처리로 넘어갔습니다.
마무리는 툴을 프린트한 바로 그 기계, 즉 Flexcube(갠트리) 또는 Flexbot(로봇)에서 할 수 있습니다. 우리는 이미 프린트에 설계된 트림 라인과 진공 채널을 사용하여 중요한 면만 밀링했습니다. 아래 동영상에서 CEAD 애플리케이션 엔지니어 Andrew가 제작 및 마감 단계에 대해 설명하는 과정을 시청하세요.
2. 트리밍 및 드릴링 고정 장치
CEAD는 AES와 협력하여 플렉스봇에 복합재 트리밍 지그를 프린트하고 하이브리드 마감 처리로 완성했습니다. 빌드는 15시간 동안 그물 모양에 가깝게 제작되었고, 그 후 6시간 동안 CNC 밀링으로 데이텀과 로케이터 패드를 표면 처리했습니다.
유리 섬유 강화 PET-G인 에어텍의 T-100GF 소재가 사용되었습니다. 이는 반복적인 트리밍 주기에 적합한 견고하고 기계 가공이 가능한 구조에 기여했습니다.
처음부터 적층 가공용으로 설계된 이 픽스처는 진공 채널, 트림 라인, 리프트/핸들링 기능을 프린트에 통합합니다. 생산 과정에서 복합 소재 부품을 지그에 배치한 다음 로봇으로 트리밍하여 최소한의 수작업으로 정확하고 반복 가능한 에지를 제공합니다.
3. 핸드 레이업 실리콘 배깅
CEAD는 Fiberbus와 협력하여 Flexbot과 하이브리드 프린트-후-밀 워크플로우를 사용하여 핸드 레이업 몰드를 제작했습니다. 셀은 빌드 내내 완전히 자율적으로 작동한 다음 중요한 표면을 위해 CNC로 전환했습니다.
인쇄와 밀링의 전체 공정은 약 20시간이 소요되었습니다. 사용된 소재는 폴리메이커의 유리 섬유 강화 PET-G로, 반복적인 수작업 레이업 사이클에 필요한 강성, 치수 안정성 및 깨끗한 가공성을 제공합니다.
4. 컴포지트 셸용 트리밍 도구
트리밍 픽스처에 대한 LFAM의 또 다른 흥미로운 적용 사례는 영국에서 찾을 수 있습니다. 토탈 머시닝 솔루션(TMS)은 CEAD의 펠렛 압출기를 사용하여 복합 트리밍 픽스처를 제작했습니다. 비드 폭, 시작/정지 관리 및 제작 속도의 균형을 맞추기 위해 Adaxis에서 공구 경로를 준비하여 그물 모양에 가까운 픽스처를 인쇄하고 중요한 면을 위해 CNC로 곧바로 이동했습니다.
픽스처는 처음부터 적층용으로 설계되었기 때문에 트림 라인과 진공 채널이 이미 인쇄에 통합되어 있어 수작업을 최소화하고 전체 일정을 단축할 수 있었습니다.
3D 프린팅 툴링용 플렉스봇과 플렉스큐브
CEAD의 대형 적층 제조 솔루션인 플렉스봇 (로봇 기반)과 플렉스큐브 (갠트리 기반)는 모듈식 업그레이드가 가능한 셀로 제작되어 개발 작업에는 소형으로 시작하고, 프로그램이 성장함에 따라 제작량과 처리량을 확장할 수 있습니다. 이 아키텍처는 속도를 위해 고적층, 펠릿 공급 방식의 LFAM을 설계하고 공차 및 표면 품질이 중요한 경우 통합 CNC 마감 처리하는 하이브리드 방식입니다.
CNC 컨트롤러가 핵심에 위치하므로 기계공은 정확하고 강력한 모션 제어를 통해 익숙한 워크플로우를 사용할 수 있습니다. 멀티셀 배포에서 시스템은 차량 인식 기능을 통해 작업과 데이터를 공유하여 교대 근무와 현장 전반에 걸쳐 일관된 프로세스를 제공하며, 온보딩 및 지속적인 최적화를 위한 글로벌 애플리케이션 지원으로 뒷받침됩니다.
압출 하드웨어는 강화 폴리머용으로 설계되어 질화 배럴이 마모에 강해 단섬유 열가소성 복합 소재를 안정적으로 가공할 수 있습니다. 따라서 바이오 기반 블렌드(예: 셀룰로오스 섬유가 포함된 PLA 또는 PP)부터 범용 소재(유리 섬유가 포함된 PP/ABS/ASA/PET/PC)와 까다로운 공구 및 고정구를 위한 고급 엔지니어링 등급(탄소 섬유가 포함된 PEEK/PESU/PPS)까지 광범위한 소재 창을 열 수 있습니다.
갠트리 대 로봇 대형 3D 프린팅
갠트리 및 로봇 기반 LFAM 솔루션의 특성에 따라 이러한 장비의 구체적인 이점이 결정됩니다. 디자인 자유도부터 정확도 향상까지 갠트리와 로봇 기반 대형 3D 프린팅의 차이점에 대해 자세히 알아보세요.
3D 프린팅 도구 시작
리드 타임을 단축하고 수작업을 줄일 준비가 되셨다면, 저희 팀이 고객의 요구에 맞는 LFAM 솔루션의 범위를 정하고 구체화하여 제공할 수 있도록 도와드릴 수 있습니다. 유니티 엔지니어에게 메시지를 보내 적층 제조 여정을 시작하세요.
