해외 항공산업 적층가공의 발전 (3D 프린팅과 CNC 가공을 검증하는 VERICUT)

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항공산업 적층가공의 발전
2018년 5월 Fabricating & Metalworking

적층가공과 절삭 가공이 결합된 hybrid 가공도 VERICUT으로 시뮬레이션 가능
영문기사 보러가기: http://www.fabricatingandmetalworking.com/2018/05/advancing-additive-in-aviation/

3D-Hybrid Solution은 CGTech의 VERICUT 소프트웨어와 메탈 프린팅 CNC 가공 기술의 통합으로 분말 금속 또는 와이어 공급 원료를 시간당 최대 20lb의 속도로 분사 한 후 2차 고정 장치 없이 동일한 기계에서 정확한 크기의 파트를 가공할 수 있습니다.

CGTech의 VERICUT 소프트웨어로 사용자는 절삭-적층, 적층-절삭 등 순서에 상관없이, 또 어떠한 5축 CNC 머시닝 센터, 멀티태스킹 턴-밀 선반, 디포지션 스타일 로봇이나 그 외의 장비라도 상관없이 가공할 수 있습니다.  레이저 파라미터와 재료 디포지션 속도는 post-processed NC프로그램에 의해 직접 제어되는 것으로 적절한 적층 기능과 범위를 확인할 수 있다.  보이드와 재료 누락 부분을 선명하게 확인할 수 있기 때문에 비용이 많이 드는 재 작업이나 부품 고장의 가능성이 제거됩니다.

항공우주 분야에서 3D 메탈 프린팅을 수용하면서 GE Aviation (오하이오 에벤데일)은 이 프린터를 사용하여 연료 노즐을 프린팅하고 항공기 소유주가 매년 항공기 한대당 운영 비용 수백만 달러를 절약할 수 있게 해 줍니다.   하지만 문제가 있습니다. 아무리 성능이 뛰어나더라도 3D 메탈 프린팅은 적층 가공 중 생긴 지지 구조물을 없애기 위한 머시닝이나 그라인딩 후 가공이 필요합니다.  종종 부품 정확도와 서피스 마감의 품질을 위해 추가 머시닝이 필요하기도 합니다.

3D-Hybrid Solutions Inc., (캘리포니아 실비치) 는 이러한 사실을 인지하고 있습니다. 회사이름에서 알 수 있듯이 하이브리드 방식으로 3D 프린팅을 구현하고 있습니다.  메탈 프린팅 기술을 CNC 공작기계와 통합하여 시간당 최대 20lb의 속도로 분말 금속 또는 와이어 공급 원료를 쌓아 올린 파트를 같은 장비를 이용하여 정확한 크기로 가공할 수 있습니다.  인쇄 중에 내부의 홀(구멍)이나 채널 등을 구조가 "닫히기" 전에 가공할 수 있고, 부품 정확도가 향상되며, 가공 시간이 크게 단축되므로 보조 고정 장치가 필요하지 않습니다.  기존의 3D 프린터보다 시간도 단축됩니다.

3D-Hybrid Solutions의 Karl Hranka는 "3D 프린팅은 상대적으로 느린 가공 속도 외에도 여러 단점이 있습니다.  후속 가공이 필요하고 항공우주 부품이나 금형 등 대형 형상의 경우 불필요한 생산 비용과 리드 타임이 많이 필요할 수도 있습니다."라고 설명합니다.  
일반적으로 장비가 닿기가 어려워 가공이 쉽지 않은 부분은 파트의 적층 가공이 진행되는 동안 필요한 (모든/절삭) 가공을 마무리 하는 것이 논리적입니다.  두 기술을 통합하면 더 광범위한 기능을 실현하면서도 총 자본 투자 금액, 운영 금액 등을 크게 줄일 수 있습니다.  형상이 지속적으로 변화하는 공작물 주위로 5축 디포지션 헤드가 이동하는 것은 위험할 수 있는 가공입니다. 또, 3D-Hybrid Solution의 잠재 고객 중 다수가 고가의 대형 공작기계를 사용하고 있기 때문에 툴패스 시뮬레이션 및 검증의 필요성이 점점 더 강조되고 있습니다. 3D-Hybrid Solution은 이러한 필요를 충족하기 위해 적층 가공 및 모든 CNC 가공을 위한 검증 모듈을 개발한 CGTech(캘리포니아 어바인)과 손을 잡았습니다.

"우리는 가공 전문가들로 적층 가공이든 절삭 가공이든 CNC 장비 키네마틱, 컨트롤 기술, 툴패스, G코드가 실 장비에서 움직이는 모습 등에 대해 잘 알고 있습니다." (Gene Granata, CGTech VERICUT 담당자)   “당사의 소프트웨어는 CNC 장비를 구동하는 동일한 NC프로그램을 시뮬레이션 하여 최고 수준의 검증을 보장합니다.  하이브리드 가공 상황에도 적합합니다.  사용자는 과도한 이동 및 공구 충돌과 같은 일반적인 문제를 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 적층 가공만의 특수한 가공 조건도 확인할 수 있습니다.  레이어 두께는 얼마나 되고, 얼마나 많은 스텝 오버가 사용되었으며, 견고한 빌드를 보장하기 위해 적절한 가스와 레이저 코드 및 설정이 사용되었는지 여부 등입니다.” 

VERICUT의 주요 장점은 다음과 같습니다.

• 사용자는 절삭-적층, 적층-절삭 등 순서에 상관없이, 또 어떠한 5축 CNC 머시닝 센터, 멀티태스킹 턴-밀 선반, 디포지션 스타일 로봇이나 그 외의 장비라도 상관없이 가공할 수 있습니다.

• 실제 G코드로 정확하게 시뮬레이션 할 수 있으므로 사용자는 고가의 하이브리드 장비를 충돌 위험으로부터 보호하고 셋업 오류를 피할 수 있습니다.

• 적절한 적층 기능과 범위를 판단하기 위해 post-processed NC 프로그램의 적층 코드에 의해 직접 제어되는 레이저 파라미터 및 소재의 디포지션 속도를 검증합니다.

• 소재가 적층되어 가는 과정을 현실감 있게 보여줍니다.  적층된 '미완성' 재료를 이전에 가공된 특징과 구분하여 확인 할 수 있습니다.

• AUTO-DIFF 과삭 검증 기능으로 보이드나 재료가 제대로 적층되지 않은 부분은 분명하게 확인할 수 있고 비용이 많이 드는 재가공, 파트 불량 등의 가능성을 제거합니다.

• 독특한 "DROPLET" 기술은 프로그래머에게 적층 과정에 대한 구체적인 기록을 제공하고 클릭 한 번으로 문제의 해결에 어떤 자원이 필요한 지 확인할 수 있게 해 줍니다.  툴패스가 많아도, 셋업이 여러 번 반복되어도 괜찮습니다.

"업계는 적층 가공 기술이 어떠한 가능성을 가지고 있는 지 잘 알고 있으며 동일한 공정으로 파트를 가공하고 툴링을 제작하는 능력이 중요해집니다.  아직 현존하는 소프트웨어 중 이렇게 현실적인 검증 혹은 현실감 있는 시각화가 가능한 소프트웨어는 없습니다.  그래서 회사들이 우리의 기술을 받아들이는 과정이 더 쉽고 안전해 졌습니다"   (Gene Granata, CGTech VERICUT 담당자)