단기 생산이란 매우 제한된 시간 내에 소량의 부품을 생산하는 것을 말하며, 단기적으로 작업하는 기계 공장에 대한 또 다른 정의는 다품종/소량 제조 시설이라 말할 수 있겠습니다. 이번 글에서는 단기 생산을 가능하게 하는 4가지 기술에 대해 알아보겠습니다.
단기 생산을 목적으로 생산하는 공정은 빠르게 변경되는 생산 라인을 한 달에 여러 번 재설정 하는 것은 물론 항상 유연성을 유지해야 하는 부분이 가장 어렵다고 할 수 있습니다.
그래서 소량 제조는 비용이 많이 들게 마련인데, 일부 공정에서는 특화된 기술로 인해 비용이 더 기존보다 더 저렴해졌습니다.
재료의 선택
제조 기술을 검토하는 것은 재료에 대한 어느 정도 지식이 있을 때 가능하며 그렇지 않다면 모든 산업 분야에서 최근에 수정된 기술을 모두 검토하게 될 수도 있습니다.
중요한 점은 금속과 플라스틱 가공 기술이 너무 달라 검토 필요가 없다는 것입니다.
금속 부품도 수만 가지 방법으로 제조할 수 있습니다. 따라서 모든 기술의 범위에 적용되는 알루미늄 부품 단기 생산에 대해 살펴보겠습니다.
알루미늄 합금은 내구성이 매우 뛰어나고 강하며 가장 중요한 사실은 작업이 쉽다는 이유로 대부분의 소량 생산이 프로토타입 단기 실행을 위해 알루미늄을 선택하는 이유입니다.
3D 프린팅
쾌속 조형이라고도 불리는 3D 프린팅은 공구나 고정 장치 없이 알루미늄 분말을 어떤 형태로든 소결함으로써 제조 공정을 상당히 단축할 수 있습니다.
현재 3D 프린팅의 자체 속도는 매우 느려 제작하는 부분에 배치 부품이 많을수록 프로세스 효율성이 떨어집니다.
이상적으로는 매우 복잡한 알루미늄 부품의 첫 번째 프로토타입에 3D 프린팅을 사용하는 것이 좋습니다.
이렇게 하면 즉시 생산을 시작하는 데 거의 아무것도 필요하지 않기 때문에 리드 타임이 다른 프로세스보다 훨씬 짧습니다. 그러나 배치의 부품 수가 증가하면 프린터 성능이 저하됩니다.
소량 CNC 가공
알루미늄의 단기 CNC 가공의 경우 수익성을 높이려면 올바르게 설정해야 하는 까다로운 사업입니다.
가장 큰 문제는 단기적으로도 모든 정보를 갖고 있지 않은 채 작업해야 한다는 것인데요.
예상치 못한 긴급 주문에 항상 대비해야 하며 나머지 빈 재료가 도착하는 동안 즉시 작업을 시작할 수 있도록 공급량에 대응이 가능한 모든 재고의 재료를 가지고 있어야 합니다.
CNC 공작 기계는 부품 도면이나 파일 제조 공정을 만들 필요 없이 금속 부품을 제조할 수 있는 가공 장비입니다.
부품의 CAD 모델을 가져와서 CAM 시스템을 이용해 필요한 코드를 생성하면 사람이 직접 가공하기 힘든 정밀도로 CNC 기계의 절삭 공구 이동을 조정하는 NC 프로그램을 빠르게 만들 수 있습니다.
이 방법은 생산 비용과 시간을 크게 절감할 수 있지만, 정확한 알루미늄 절단 도구와 고정 장치를 선택하고 공작 기계를 재설정해야 하는 불편함이 있습니다.
하지만, CNC 알루미늄 밀링 및 터닝의 장점은 확장 능력입니다. 기본적으로 하나의 NC 프로그램이 있으면 이를 사용하여 무제한으로 부품을 만들 수 있기 때문입니다.
급속 알루미늄 주조
급속 알루미늄 주조란 왁스의 3D 프린팅을 사용하여 모래 형태로 추가 주조하기 위한 마스터 모델을 만드는 것을 말합니다.
샌드 캐스팅은 오랫동안 알려져 왔습니다. 그 약점은 항상 마스터 모델(부드러운 재료로 만들어진 제조 부품의 모형)을 만들어야 한다는 점이었는데요.
이는 일반적으로 작업자에 의해 수동으로 수행됐습니다.
그런 마스터 모델을 얻는 데 얼마나 많은 시간이 걸리는지 상상할 수 있을 것 같습니다.
그렇다면 결함이 있는 것으로 밝혀지면 어떻게 될까요? 왁스 마스터 모델을 제작하는 데는 하루 정도 소요되며, 캐스팅의 전체 과정은 이전처럼 몇 달이 아닌 몇 주가 소요됩니다.
급속 알루미늄 주조란 왁스의 3D 프린팅을 사용하여 모래 형태로 추가 주조하기 위한 마스터 모델을 만드는 것을 말합니다.
샌드 캐스팅은 오랫동안 알려져 왔습니다. 그 약점은 항상 마스터 모델(부드러운 재료로 만들어진 제조 부품의 모형)을 만들어야 한다는 점이었습니다.
급속 알루미늄 성형
급속 알루미늄 성형은 항상 전통적인 공정이었습니다.
공장에서는 고가의 강철로 제작하고, 열처리하고, 거울 같은 표면으로 마감하고, 무한한 양의 부품을 생산할 수 있는 금형을 설계했습니다.
만드는 데는 무한한 시간이 걸렸지만 일단 준비가 된 후에는 성능이 뛰어났습니다. 하지만 현대의 단기 생산에는 이렇게 견고한 금형이 필요할까요?
제 대답은 “아니오”입니다.
이유는 더 부드럽고 가공하기 쉬운 재료를 선택하면 툴링 제조에 몇 주를 단축할 수 있기 때문이죠.
알루미늄 성형은 생산량이 적은 경우에는 공구의 경도와 내구성이 많이 필요하지 않으며 소프트 다이는 마모 없이 10~50회의 가공 주기를 견딜 수 있습니다.
그렇다면 그 이후에는 어떻게 하냐구요? 더 이상 필요하지 않을 수도 있습니다.
EDM을 이용한 급속 절단 알루미늄
방전 가공을 이용한 급속 절단 알루미늄은 급속 사출 성형에 매우 널리 사용되며 프레스 성형에 큰 구멍을 만들 수 있습니다.
그 외에도 EDM 절단을 사용하면 다양한 부품에 날카로운 모서리가 있는 복잡한 구멍을 제조하기 위해 특수 절단 도구를 제작할 필요가 없습니다.
그렇지 않으면 브로치를 만들어야 하는데, 아시다시피 매우 비싼 기계입니다.
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