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자동차 산업에서의 SLA 3D 프린팅

시간 생성: 01/09/2019

자동차 산업에서의 SLA 3D 프린팅 최근 몇 년 동안 프로토 타이핑과 최종 부품까지 3D 프린팅을 사용하는 자동차 제조업체가 점점 더 많아졌습니다. BMW, Lamborghini, Jaguar Land Rover와 같은 거대 산업계는 디자인 컨셉, 기능성 프로토 타입 및 완제품을 유연하고 사내에서 생산하는이 새로운 트렌드의 일부였습니다. 이는 설계자와 R & D 프로세스 전체에 편리 할뿐만 아니라 비용을 크게 절감하고 새로운 설계를위한 출시시기를 앞당길 수 있습니다. ProtoFab에서 우리는이 분야의 많은 제조업체와 협력 해 왔으며 자동차 프로토 타이핑에 대한 풍부한 경험을 보유하고 있습니다. 우리가 함께 작업 한 제조업체 중에는 중국의 SUV 및 픽업 트럭의 최대 생산국 인 만리장성 모터 (Great Wall Motors)가 있습니다. 우리가 Great Wall과 어떻게 협력하여 최신 모델을위한 프로토 타입 부품을 생산하는지 자세히 살펴 보겠습니다.

SLA 3D Printing in the Automotive Industry

만리장성 자동차에서 SUV 선택

만리 장성은 서구 소비자에게 가장 잘 알려진 브랜드 중 하나는 아니지만 규모면에서는 의심의 여지가 없습니다. 1998 년 초 만리장성은 중국에서 픽업 트럭의 최대 생산국으로 이미 확립되었고 그 이후로 시장 지위는 강화되고 있습니다. 2000 년대에는 점점 더 SUV에 집중하기 시작했고 Havel H6 모델은 중국에서 가장 많이 판매 된 SUV입니다. 중국 시장의 엄청난 규모를 감안할 때, 세계에서 가장 큰 자동차 제조업체 중 하나가되었으며, 최근 몇 년 동안 해외 시장을 확장 해 왔습니다. 그들의 픽업은 호주에서 인기가 있었고 유럽인들의 판매량은 전년 대비 증가했습니다.

2017 년 Great Wall은 소형 SUV에 초점을 맞춘 별도의 프리미엄 브랜드 인 WEY를 출시했습니다. 이것은 우리가 최근에 지원해 온 프로젝트입니다.

3D Printing car model

ProtoFab은 2015 년과 2016 년에 만리 장성의 WEY VV7 개발에 중요한 역할을했습니다.

2007 년 만리장성과 함께 작업을 시작한 이래로 CNC 머시닝 및 3D 프린팅 서비스를 제공해 왔습니다. 혁신과 유연성은 전체적으로 제조업에서 더욱 중요 해지고 있으며, 이는 자동차 산업에서 분명히 사실입니다. 이러한 이유로 만리장성은 CNC 가공과 같은 전통적인 기술보다는 유연한 첨가제 제조 기술을 점점 더 많이 사용하고 있습니다.
전체 생산주기에 걸쳐 3D 인쇄

자동차 부품의 수명주기는 R & D, 생산 및 최종 사용의 3 단계로 구성되며 3D 인쇄가 각각의 역할을 수행 할 수 있습니다. 만리장성과 같은 제조업체가 3D 인쇄를 사용하는 몇 가지 구체적인 방법을 살펴 보겠습니다.

디자인 컨셉 평가 : 디자인은 자동차 브랜드가 차별화되는 주된 방법 중 하나이기 때문에 자동차 스타일을 올바르게 만드는 것이 성공의 필수 요소입니다. 요즘, 다양한 브랜드의 많은 모델이 차체 아래에서 상당히 유사하지만 다른 스타일링으로 인해 완전히 다른 인구 통계 학적 특성을 가지고 경쟁합니다. 설계자는 다양한 아이디어를 실험하고 시행 초기 단계에서 설계 방향을 확인하지 않고 시행 착오를 거쳐 최상의 경로를 좁힐 수 있어야합니다. 개념 모델을 만드는 데 많은 비용과 시간이 소요된다면 디자인 팀은 보수적 인 디자인을 선호하거나 적어도 다양한 옵션을 시도해 볼 필요가 없습니다. 3D 인쇄를 사용하면 신속하고, 쉽고, 저비용으로 디자인 프로토 타입을 제작할 수 있으므로 훨씬 더 광범위한 솔루션을 탐색 할 수 있습니다.

디자인 테스트 : 디자인은 단지 미학뿐만 아니라 성능과 실용성에 관한 것입니다. 새로운 차량을 개발할 때 구조적 강도, 다른 구성 요소와의 호환성 및 전반적인 타당성 측면에서 모든 구성 요소의 설계가 건전하다는 것을 보장하는 것이 중요합니다. 기능 프로토 타입을 신속하고 쉽게 생성 할 수있는 기능이 없으면 일부 주요 설계 결정을 테스트 초기에 제대로 넣지 않고 프로세스 초기에 잠궈 야합니다. 이로 인해 오류 및 품질 문제가 더 많이 발생할 가능성이 크게 높아집니다. 신속하게 생산되고 변경 될 수있는 3D 인쇄 기능 프로토 타입은 더 빠르고 더 편리한 개발주기 이상을 나타내지 만 더 좋고 안전한 최종 제품으로 이어집니다.

복잡한 구조의 부품 : 3D 인쇄는 복잡한 구조가 포함될 때 실제로 자체적으로 발생합니다. 이것은 프로토 타입과 최종 부품 모두에 해당됩니다. 3D 인쇄를 통해 디자이너는 상상력을 완전히 탐구 할 수 있으며 부품 생산 방식의 한계에 구애받지 않습니다. 3D 인쇄는 할 수있는 일의 가능성을 크게 확대 할뿐만 아니라 복잡한 부품을 더 저렴하고 쉽고 빠르게 생산할 수 있습니다.

하나 이상의 재료를 사용하는 부품 : 최첨단 차량을 개발할 때 일부 구성 요소는 여러 재료를 사용해야 할 필연적 인 사항입니다. 고무와 플라스틱의 조합, 다른 색상의 재료 혼합 또는 투명 및 불투명 한 재료의 혼합이 될 수 있습니다. 이러한 사례는 자동차 제조 분야에서 보편적으로 발생하며 정기적으로 발생합니다. 2 색 사출 성형과 같은 전통적인 기술과 비교할 때 3D 인쇄에는 몇 가지 확실한 이점이 있습니다. 여기에는 더 강력하고 신뢰할 수있는 부품 및 값 비싼 금형 비용의 방지가 포함됩니다.

경량 부품 : 제조업체의 효율성 향상을 추구함에 따라 자동차 업계에서 무게 감량이 점점 중요 해지고 있습니다. 3D 프린팅 기술을 사용하면 폼 충진이나 mucell 기술 대신에 중공 경량의 구조 부품을 생산할 수 있습니다. 얼마나 많은 무게를 절약하는 3D 인쇄가 가능한지에 대한 예로 Toyota에서 제작 한 3D 인쇄 자동차 시트가 기존 시트보다 72 % 가벼운 것으로 측정되었습니다.

특수 도구 인쇄 : 3D 인쇄는 구성 요소 및 프로토 타입을 생성하는 데 유용 할뿐 아니라 제조 프로세스의 다른 곳에서 사용할 수있는 특정 용도의 도구를 만드는 데에도 적합합니다. 여기에는 정밀 측정 공구는 물론 캐스트 및 금형이 포함됩니다.

시장 개조 후 : 자동차를 개조하는 것은 큰 일이며 개인화가되어 군중과 차별화되는 사람들, 특히 젊은이들이 부족하지 않습니다. 3D 인쇄는이를 위해 완벽하며 예를 들어 대체 스포일러, 프론트 스플리터 또는 내부 대시 보드 패널과 같이 상대적으로 저렴한 비용으로 독특한 부품을 생산할 수 있습니다.

아래는 만리장성 자동차 용으로 제작 한 자동차 부품의 예입니다.

Front-left door panel and speaker mesh 3D printed by the ProtoFab SLA600 using Formula W Resin
Formula W Resin을 사용하여 ProtoFab SLA600으로 인쇄 한 전면 왼쪽 도어 패널 및 스피커 메쉬 3D

Detail of the 3d printed Door panel
문 패널의 세부 사항

3d structure
우리가 인쇄 한 복잡한 그릴 구조

SLA 대 CNC

SLA Vs. CNC
차원 적으로 두 부분은 본질적으로 동일합니다.

새로운 부품이나 제품을 개발할 때 3D 프린팅과 CNC는 확실히 고려할만한 가치가 있으며 한 기술이 다른 것보다 더 적합한 상황이 있습니다. 어떤 것을 결정할 때 우리가 찾고자하는 요소는 무엇입니까?

대규모 생산에 가장 적합한 CNC

공차와 마무리 품질 만 고려한다면 CNC가 확실한 선택입니다. SLA 3D 인쇄는 정확하지는 않지만 확실히 매끄러운 표면을 얻으려면 CNC 가공과 경쟁 할 수 없습니다. 또한 하나 또는 두 개의 프로토 타입이 아닌 많은 수의 부품을 생산해야하는 경우 특히 부품이 단순한 구조 인 경우 CNC를 사용해야합니다. CNC 가공의 또 다른 이점은 재료에 있습니다. SLA 3D 인쇄는 감광성 수지 사용으로 제한되는 반면, 목재, 금속 및 플라스틱을 포함한 거의 모든 재료를 CNC 기계로 가공 할 수 있습니다. 이것은 다양한 종류의 열가소성 플라스틱을 모방하도록 공식화 될 수 있지만, CNC는 항상 이와 관련하여 이점을 보유 할 것입니다.

The CNC process is messy and inefficient, in this case requiring 25 separate pieces to be machined and then glued together
CNC 공정은 지저분하고 비효율적이며,이 경우 25 개의 개별 부품이 가공되고 함께 접착되어야합니다.

All the pieces of the CNC part waiting to be glued together
CNC의 모든 조각들이 함께 붙어 있기를 기다리고 있습니다.

유연하고 효율적인 SLA


그러나 부품이 구조적으로 복잡하고 적은 수만 있으면 3D 인쇄가 훨씬 더 효과적인 솔루션입니다. 자동차 산업에서 3D 인쇄의 장점을보다 잘 설명하기 위해 만리장성 모터 용으로 만든 엔진 덮개 프로토 타입의 구체적인 예를 들어 봅시다. 우리는 SLA 3D 프린팅과 CNC 머시닝을 모두 사용하여 동일한 부품을 생산하기로 결정했으며 그 결과는 매우 흥미 롭습니다. 우리는이 부분과 다른 부분에서 3D 인쇄가 거의 모든 영역에서 훨씬 우수하다는 것을 알았습니다.

예를 들어 3D 인쇄 된 부분은 단일 조각으로 인쇄 할 수 있지만 CNC 가공 된 부분은 여러 조각으로 만든 다음 함께 붙 여야합니다. 이것은 훨씬 더 노동 집약적이었고 3 개의 기계는 25 개의 모든 섹션을 생성하는 데 사용되었습니다. CNC 가공의 공구 헤드가 이동이 심하게 제한되어 있고 복잡한 형상을 제작할 수 없으므로 많은 절이 필요했습니다. 또한, 최종 CNC 부품의 무게는 1kg 미만 이었지만 27kg의 재료 블록에서 잘라 냈습니다. 이는 엄청난 양의 폐기물입니다. 3D 인쇄 부품의 경우 수지 낭비가 거의 없었으며 전체적으로 부품을 생산하는 것이 훨씬 저렴했습니다.

This 3D printed engine cover was produced as a single piece
이 3D 인쇄 엔진 덮개는 단일 부품으로 제작되었습니다.

SLA 프린터의 실제 인쇄 시간은 CNC 가공 시간과 비슷하지만 전반적으로 CNC 프로세스는 훨씬 느립니다. 이것은 CNC 가공에 4 시간의 분석과 6 시간의 구성을 포함하여 10 시간의 준비가 필요했기 때문입니다. 이것은 3D 프린터를 준비하는 데 불과 몇 시간 만 걸리는 것과 비교됩니다. CNC 부품은 3D 인쇄 부품이 표준 세척 및 샌딩 만 필요로하는 반면, 여러 섹션으로 제작되므로 훨씬 많은 사후 처리가 필요합니다.


CNC의 경우 추가로 1 시간의 접착이 필요했습니다.

An extra hour of gluing was required for CNC
모든 여분의 접착이 마감재에 영향을 미쳤습니다.

전반적으로 3D 인쇄는보다 유연하고, 빠르고, 효율적이며, 저렴하고 노동 집약적 인 것으로 판명되었습니다. 백 - 투 - 백 (back-to-back) 방식과 3D 인쇄 방식을 비교할 때 CNC 가공의 단점이 특히 명백합니다. 일반적으로 비효율적이며 유연성이 부족합니다.

the 3D printed part had a nice clean finish
반대로, 3D 인쇄 된 부분은 깨끗한 마무리가있었습니다.

두 기법의 비교 :

Technology SLA 3D printing CNC machining
Ease of Manufacture Part printed as a single piece. Multiple parts can be printed at once. Parts often need to be produced in multiple sections and then glued together. Each piece has to be machined independently.
Types of Structure Possible Any shape can be printed, including complex lattices and hollow parts. Only simple structures can be produced.
Material Photosensitive resin. ABS.
Material Usage Additive manufacturing process that makes use of more than 95% of material. Subtractive manufacturing process that wastes the vast majority of material.
Lead Time Typically 2 to 3 days. Typically 5 to 7 days.
Flexibility Very flexible. Designs can be altered quickly and easily. The machine can be prepared quickly. Inflexible. Adjusting designs is slow and difficult.
Design Limitations Only limited by the designer’s imagination. Many shapes and structures are impossible and need to be avoided.
Personnel 1 person can operate and monitor multiple machines. New personnel can be trained in a day. 2 to 3 people to operate each machine. New personnel require 6 months of training.
Noise and Environmental Factors Almost silent and very little waste. Very loud. Huge quantities of dust are produced which is harmful to breath in.

The final part fitted to the WEY VV7c
최종 부품은 WEY VV7c에 장착되어 있습니다.

3D 인쇄 및 자동차 산업의 미래

만리장성 모터스와의 협력은 자동차 분야에서의 3D 인쇄의 유용성을 입증하는 데 도움을 주었으며, 기존의 제조 기술을 대체 할 추가 제조 방식을 계속 사용할 것으로 확신합니다. CNC 머시닝은 대량 생산 및 특정 기능 부품의 경우에도 여전히 유리하지만 3D 프린팅은 3D 프린팅을 사용하는 대부분의 경우 쉬운 선택입니다. 만리 월 (The Great Wall)은 기존의 방법에 비해 훨씬 빠르고 저렴한 비용으로 필요한 프로토 타입을 얻을 수 있었으며 전체 개발 단계에서 유연성이 크게 향상되었습니다. 이러한 종류의 이점을 통해 향후 3D 인쇄가 자동차 산업의 핵심이 될 것입니다.

3D Printers
당사의 인쇄 장비 및 재료 선택으로 SLA 3D 프로토 타입 제작이 더 쉬워졌습니다.

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