3D 프린팅 스테인리스 강 재고 부품의 부상: 노후 장비를 위한 주문형 제조

3D 프린팅 스테인리스 강 재고 부품의 부상: 노후 장비를 위한 주문형 제조

오랫동안 레거시 장비에 의존해온 제조업체들은 골치 아픈 딜레마에 직면해 왔습니다: 핵심적인 스테인리스강 부품이 고장 나거나 마모되었을 때 대체 부품을 구하기가 종종 불가능했습니다. 주조나 압연 같은 전통적인 제조 방식은 속도가 느리고 비용이 많이 들며 소량 생산에는 적합하지 않았습니다. 하지만 오늘날 전 세계의 공장과 작업장에서는 조용한 혁명이 일어나고 있습니다. 3D 프린팅 스테인리스강 예비 부품 노후화된 기계를 유지보수하는 방식을 바꾸어 주며, 레거시 시스템을 가동 상태로 유지하기 위한 보다 빠르고 저렴하며 지속 가능한 해결책을 제공합니다.

레거시 장비의 문제점

자동차, 에너지, 식음료, 제조업계 등 여러 산업 분야에서 수십 년 된 장비이지만 여전히 운영에 핵심적인 역할을 하는 거시 장비는 매우 흔합니다. 특수 펌프, 밸브 또는 브래킷이 고장 나면 다음과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있습니다:

• 긴 가동 중단 시간 : 비활동 시간이 길어지면 수천 달러의 생산성 손실로 이어질 수 있습니다. 예를 들어, 음료 산업에서 병제조 라인의 다운타임은 시간당 4,000유로에서 30,000유로의 손실을 초래할 수 있습니다.

• 단종 부품 : 많은 부품들이 더 이상 생산되지 않아 기업들이 시장 전역을 뒤져야 하거나, 과도한 비용을 들여 맞춤 제작해야 하는 상황에 처하게 됩니다.

• 공급망 지연 : 주조와 같은 전통적인 제조 방식은 납품까지 8~10주가 소요되어 운영 차질이 커지게 됩니다. 7.

3D 프린팅이 구형 부품 문제를 해결하는 방법

3D 프린팅(적층 제조)은 디지털 설계도에서 직접 스테인리스강 부품을 필요 시 제작할 수 있게 해줍니다. 이러한 방식은 전통적인 공급망을 우회하며 전례 없는 유연성을 제공합니다. 주요 장점은 다음과 같습니다:

1. 신속 과 효율성 :

   • 부품을 수주 또는 수개월 동안 기다리는 대신, 기업은 이제 수일 또는 몇 시간 만에 교체 부품을 3D 프린팅할 수 있습니다. 예를 들어, HV3DWorks는 1951년식 알파 로메오(Alfa Romeo)의 연료 펌프를 단 10주 만에(설계 및 사후 가공 포함) 바인더 제팅(binder jetting) 기술로 복제하여, 기존 부품을 조달하는 데 걸리는 무기한의 지연을 해결할 수 있었습니다.

   • 다른 사례로, 커민스(Cummins) 엔지니어들은 1952년식 레이스카의 스테인리스 스틸 워터 펌프를 3일 만에 3D 프린팅하여 전체 프로젝트를 단 5주 만에 완료했습니다. 이는 기존 주조 방식에 비해 10주가 소요되었음을 감안할 때 절반의 시간만으로 가능하게 한 것입니다.

2. 비용 절감 :

   • 3D 프린팅은 금형, 노동력, 그리고 재료 낭비를 줄여줍니다. 독일의 제조업체인 융 & 코(Jung & Co.)는 레이저 분말층 융합(LPBF) 기술을 활용해 음료 장비용 탱크 충진 밸브를 재설계했습니다. 새로운 설계는 7개의 개별 부품을 단일 3D 프린팅 부품으로 통합하여, 밀봉 부품과 조립 단계를 제거했습니다. 생산 시간은 8~10주에서 단 1주로 단축되어 비용이 크게 절감되었습니다. 7.

   • 레트로 자동차 복원을 위해, HV3DWorks는 1921년식 Kissel Gold Bug Speedster용 후드 래치를 한 세트에 225달러에 제작했는데, 이는 맞춤 가공 비용의 일부에 불과합니다.

3. 설계 최적화 및 성능 :

   • 3D 프린팅을 통해 엔지니어들은 향상된 기능성을 위해 부품을 재설계할 수 있습니다. 예를 들어, Allegheny Electric은 스테인리스 스틸 3D 프린팅을 활용해 기존 설계 대비 40% 더 가볍고, 재료 폐기물을 95% 줄인 로봇 암 끝 공구를 제작했습니다.

   • 미 해군은 Meltio의 와이어-레이저 3D 프린팅 기술을 활용해 현장에서 노후한 선박 부품을 수리 및 복제함으로써 외부 공급업체 의존도를 줄이고 선박 정지 시간을 최소화하고 있습니다.

4. 소재 다기능성 :

   • 316L 및 17-4 PH와 같은 스테인리스 스틸은 내식성, 내구성 및 항공우주에서 식품가공에 이르기까지 다양한 산업 분야에 적합한 특성으로 인해 3D 프린팅에 일반적으로 사용됩니다. 콜드 스프레이 (예: SPEE3D의 공정) 및 바인더 제팅 기술을 통해 재료 낭비 없이 신속한 제작이 가능합니다.

실제 적용 사례

• 자동차 : 폭스바겐은 26개 공장에 걸쳐 90대의 금속 3D 프린터를 운영하여 주문형으로 예비 부품을 생산함으로써 소량 생산 부품의 물류 및 재고 비용을 절감하고 있습니다.

• 에너지 및 방위 : 콜드 스프레이 기술을 활용하면 유전 및 군사 기지에서도 견고한 금속 부품을 현장에서 제작할 수 있어 공급망 차질을 방지할 수 있습니다.

• 식품 및 음료 : 융 앤 컴퍼니(Jung & Co.)는 3D 프린팅을 활용해 비상 상황 시 병입 라인용 위생적이고 고성능 스테인리스강 부품을 신속히 제작하여 다운타임을 최소화합니다.

3D 프린팅 예비 부품 도입: 핵심 고려 사항

이 기술을 도입하려는 기업의 경우 다음과 같은 요소들이 중요합니다:

• 설계 전문성 : 성공적인 부품 제작을 위해서는 보통 적층 제조에 맞게 설계 변경이 필요합니다(예: 부품 통합, 형상 최적화).

• 기술 선택 : 재료 요구사항, 부품 크기 및 생산량에 따라 적합한 공정(예: 바인더 제팅, LPBF, 콜드 스프레이)을 선택해야 합니다.

• 후처리 : 대부분의 3D 프린팅 부품은 최종 공차 및 표면 마감을 달성하기 위해 열처리, 가공 또는 연마가 필요합니다.

• 규제 준수 항공우주 및 의료 산업과 같은 분야에서는 부품 성능과 소재의 신뢰성을 보장하기 위해 인증을 요구할 수 있습니다.

노후 설비 유지보수의 미래

3D 프린팅 기술이 발전함에 따라 비용은 지속적으로 감소하고 속도와 소재 옵션은 확대될 것입니다. 모바일 레이저 스캐닝 (정 앤드 컴퍼니(Jung & Co.)가 현장에서 부품 형상을 디지털로 캡처하는 데 사용하는 기술) 및 분산 제조 네트워크 기술의 확산을 더욱 가속화할 것입니다. 노후 설비를 운용하는 기업들에게 전달되는 메시지는 명확합니다: 3D 프린팅은 단지 대체 방안이 아니라 핵심 자산의 수명을 연장할 수 있는 더 현명하고 지속 가능한 방법이라는 점입니다.

결론

3D 프린팅된 스테인리스 스틸 예비 부품의 등장은 제조업에 있어 새로운 패러다임 전환을 의미합니다. 주문형 생산을 적극적으로 수용함으로써 기업은 단종된 부품 문제를 해결하고 비용을 절감하며 운영 효율성의 새로운 가능성을 열 수 있습니다. 노후 설비의 경우, 이 기술은 단순한 업그레이드 이상의 의미를 지닙니다. 생명선과도 같은 기술인 것입니다.