[로봇신문] 생기원, 대형부품 제작용 ‘와이어 아크 3D 적층 제조기술’ 개발

# KeyPoint: 금속 3D 프린팅 분야에 Push-Pull 방식(최신 용접기술)을 접목해 중대형 부품 또는 다이캐스팅(Die-casting) 금형을 보다 신속하고 저렴하게 제조할 수 있는 기술을 개발(상용 3D 프린터 1/10 수준의 비용으로 구축가능)

기존 ‘PBF(Powder Bed Fusion)’ 3D 프린팅방식의 단점:

• 고출력 레이저장비와 값비싼 분말 재료로 오랜 시간 한 층씩 적층해야 하기 때문에 금형이 커질수록 제조단가는 높아지고 생산성은 떨어짐.

• 대형 금속 3D 프린터 1대당 가격이 약 10억 원 이상의 고가여서 중소기업들이 이를 도입해 운용하기에도 재정적으로 부담.

푸시풀(Push-Pull) 방식의 최신 용접기법으로 금속 와이어를 빠르게 적층하는 ‘와이어 아크(Wire+Arc) 3D 적층 제조방식’을 고안하고 관련 공정을 최적화
이 방식은 3D 프린팅의 또 다른 방식인 ‘DED(Directed Energy Deposition)’와 유사하지만,
열원(熱源)을 레이저 대신 고온의 전기불꽃 ‘아크(Arc)’를 사용하고 금속 분말이 아닌 ‘와이어’를 녹여 적층한다는 점에서 차별화

또한 용접기와 로봇, 적층경로설정 소프트웨어 등을 하나의 시스템으로 통합하고 와이어 소재, 가스 유량, 작업 온도 등 각종 공정변수들에 대한 데이터 베이스를 쌓아 3D 프린팅에 적합하도록 최적화
제작할 부품·제품의 캐드(CAD) 도면을 시스템에 입력하면 경로설정 소프트웨어가 최적 적층경로를 선정, 로봇팔에 부착된 용접토치가 그 경로를 따라 와이어를 녹이며 층층이 쌓는 자동화 방식
이 방식은 부품 제작 속도가 기존 주조공법보다 2배 이상 빠르고, 특히 다이캐스팅 금형 제작의 경우 CNC 가공법과 비교해 제조단가는 약 20%, 소재 손실율도 80% 더 낮다. 장비 구축 비용도 대형 3D 프린터의 10분의 1 수준에 불과해 경제적이다.

또한 적층 과정에서 이종 소재를 접합하는 용접기법인 ‘클래딩(Cladding)’ 방식도 적용가능.
-> 금형의 냉각속도, 내마모성 등을 향상시켜 금형 수명을 늘리고 제품의 치수 안정성까지 높일 수 있음.

지창욱 박사는 “개발된 기술은 자동화 용접시스템과 캐드 도면만 갖추면 중소 제조업체들도 쉽게 도입 가능한 고속·저가 3D 프린팅 기술”이라며, “향후 적용소재를 철, 알루미늄뿐만 아니라 경량화에 유리한 마그네슘 합금으로 확대하여 항공부품 제작에 활용할 계획”이라고 말했다.

# 느낀점: 금속 프린팅은 사용함에 비용도 비싸고 분말을 녹일때의 발생하는 가스로 인해 사용에 어려움을 겪고 있었는데, 이 기술은 많은 고민을 끝에 만든 기술인 것 같다. 용접시스템과 cad 도면만 있으면 경로를 설정해주는 것을 자동화 해준 것과 더불어 3D프린터의 필라멘트와 비슷하게 와이어를 녹여서 적층하는 방식으로 금속 3D 프린팅이 점점 발전하고 있는 것 같다. 게다가 시제품을 확인한 결과 마감도 상당히 깔끔해서 후가공이 어려운 금속프린팅 기술의 단점을 어느정도 커버한 것 같다.

# 참고: www.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=24574

http://www.irobotnews.com/news/articleView.html?idxno=24574