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지지 구조가 없는 3D 금속 프린팅

HS Automation은 KUKA와 협력하여 금속 적층 가공용 레이저 셀을 개발했습니다. KR IONTEC을 사용한 레이저 용접 공정을 통해 복잡한 금속 부품을 경제적이고 재료 친화적으로 생산할 수 있습니다.


KUKA 로봇은 복잡한 구조의 금속 적층 가공에 혁명을 일으켰습니다

금속 산업의 도전 과제는 점점 증가하고 있습니다: 모듈형 자동화 셀의 새로운 유형의 3D 금속 프린팅을 통해 HS Automation과 KUKA는 새로운 표준을 제시하고 있습니다. 3D 금속 프린터는 KR IONTEC 제품군의 로봇과 작업물 사양에 따라 로봇 팔과 동기식으로 움직이는 회전식 틸팅 테이블을 결합합니다. Meltio의 프린트 헤드 끝에 있는 6개의 용접 레이저는 공급된 와이어를 캐리어 재료 또는 결과물에 정확하게 녹입니다. 완성된 부품에는 후처리가 전혀 필요하지 않거나 최소한의 후처리만 필요합니다. 시스템 개발자들은 협력을 통해 거의 무제한의 설계 옵션으로 최소한의 재료 낭비와 낮은 제조 비용을 달성합니다. 이 기술은 스테인레스강, 티타늄, 인코넬 및 구조용 강철의 재료 특성을 사용하여 툴, 부품 및 자유 형상물을 만듭니다. 전문가들에 따르면, 구리의 3D 프린팅도 곧 가능해질 것이라고 합니다.
또한 이를 통해 경량 구조 및 프로토타입 구조에 사용되는 것과 같은 생체공학적 구조 및 복잡한 구조의 3D 프린팅이 가능해졌습니다. 이 중견 기업은 신속한 예비 부품 생산과 에너지 및 재료 절약의 이점을 누릴 수 있습니다. KUKA.CNC와 같은 혁신적인 소프트웨어 솔루션을 사용하면 이 기술이 중소기업에 더욱 매력적으로 다가옵니다. KUKA.CNC 덕분에 이전에 CAD 소프트웨어 또는 CAM 시스템을 사용하여 설계되었던 구조물을 CAD 파일을 KUKA Robot Language(KRL)로 변환할 필요 없이 직접 구동할 수 있습니다.
자동화 서비스 공급업체인 HS Automation은 바덴뷔르템베르크주 뵈링겐에 본사를 두고 있으며 2017년부터 KUKA와 협력해 왔습니다.

KR IONTEC과 KUKA 회전식 틸팅 테이블을 사용한 3D 금속 프린팅

금속을 위한 혁신적인 3D 프린팅 공정은 재료를 절약하고 복잡한 부품을 비용 효율적으로 생산합니다.

금속용 3D 프린팅이 KUKA 로봇과 어떻게 작동하는지 알고 계십니까?

금속 적층 가공 분야에서는 매분마다 혁신이 나타나고 있습니다. 목표는 배치 크기 1부터 비용 효율적으로 생산하여 재료 소비를 줄이는 동시에 후처리 시간도 줄이는 것입니다. 자동화 전문 기업인 HS Automation은 3D 레이저 용접 셀을 통해 금속 산업의 현대적 제조 요건을 충족합니다. 3D 프린터는 작업물 캐리어에 레이어를 하나씩 용접합니다. 
적층 제조 기술은 로봇과 틸팅 테이블의 공간적 가동성을 활용합니다.
레이저 소결과 달리 캐리어는 내려가지 않지만 로봇 팔은 캐리어가 장착된 회전식 틸팅 테이블과 동시에 레이저를 움직입니다. 역시 KUKA에서 개발한 DKP-400 V2는 프린트 헤드가 항상 새로운 재료를 올바른 위치에 용접할 수 있도록 작업물을 배치합니다. 미리 디자인된 3D 개체는 레이어별로 육성됩니다. 기존 금속 3D 프린팅에서 일반적으로 사용되는 지지 구조는 더 이상 사용되지 않습니다. 다른 3D 레이저 프린터나 금속 레이저 소결에 필요한 분말 관리도 마찬가지입니다. 또 다른 차이점은 생산되는 부품의 치수입니다: 기존 어플리케이션에서는 크기가 약 50 x 50cm로 제한되어 있습니다. HS Automation의 기술에서는 대형 부품의 생산도 가능합니다.
금속 3D 프린팅 시스템의 레이저는 벽 두께가 2mm인 레이어를 적용합니다.

3D 금속 프린팅의 기회와 가능성

절대적으로 측정된 로봇을 사용하면 금속 인쇄 응용 분야를 기존 경쟁 제품과 차별화하는 정확성이 보장됩니다. “로봇 솔루션을 통해 우리는 제조 가능성을 엄청나게 확장하고 있다”고 HS Automation의 대표이사 겸 구매총괄인 Rolf Steidinger는 3D 금속 프린터의 잠재력에 대해 말합니다. 이 공법에서는 예를 들어 예비품 문제가 발생하지 않는데 그 이유는 더 이상 사용할 수 없는 부품도 자체적으로 생산할 수 있기 때문입니다.

부품을 기존 방식으로 제조할 수 없는 경우 이 장치의 사용이 필수적입니다.

Rolf Steidinger, HS Automation 대표이사
기존 방식으로 생산할 수 있는 부품의 경우에도 이 공법은 비용 절감과 4배 높은 생산성을 제공합니다. 레이저 증착 용접은 전체 금속 블록을 밀링하거나 선삭하는 것에 비해 사용되는 재료의 양과 후처리 시간을 모두 줄여줍니다. 재료의 절약 가능성은 최대 98%입니다. 이러한 이점은 툴 제작, 특수 시스템 구축 또는 프로토타입 생산에 특히 유용합니다. 풍력 터빈과 같이 흐름에 최적화된 부품의 생산, 테스트 및 최적화가 엄청나게 가속화됩니다.
대표이사 겸 구매총괄인 Rolf Steidinger는 금속 3D 프린팅 기술의 엄청난 잠재력을 높이 평가하고 있습니다.

금속 적층 가공의 이점

로봇, 틸트 테이블 및 레이저 프린트 헤드의 혁신적인 조합은 금속 3D 프린팅의 새로운 표준을 제시합니다.
  • 최대 디자인 자유도

    적층 금속 제조는 특히 복잡한 구조나 이중벽 물체가 필요한 곳에 효과적입니다.
  • 최적의 미세구조

    3D 금속 프린터는 벽 두께가 2mm인 물체를 제작할 수 있습니다. 이 장치는 또한 금속이나 합금으로 만들어진 견고한 작업물을 생산합니다.
  • 비용 효율적이고 지속 가능합니다

    이 공법은 기존 생산 방식에 비해 생산성이 4배 향상되고 비용이 90% 절감됩니다.

  • 효율적인 재료 사용

    밀링에 비해 금속 폐기물이 대폭 감소됩니다. 3D 프린팅은 지지 구조물이나 금속 분말 없이도 작동합니다.
3D 금속 프린팅에 사용되는 로봇은 5 x 4 x 4미터 크기의 레이저 셀에서 작동합니다.

미래 산업을 위한 3D 금속 프린팅: E-모빌리티 및 의료 기술

로봇 유도 레이저 증착 용접의 정밀도는 잘 알려진 금속 프린팅 응용 분야를 새로운 차원으로 끌어올렸습니다. 예를 들어, 로봇 시스템은 내부 냉각 채널이 있는 구성 요소와 같은 이중벽 물체를 생산할 수 있습니다. 6개의 200와트 레이저가 장착된 프린트 헤드는 단일 재료 인쇄뿐만 아니라 하나의 인쇄 부품에서 두 가지 다른 금속 재료도 처리합니다.
거의 모든 자료를 처리할 수 있습니다: 스테인레스강, 티타늄, 공구강, 니켈 합금. 당사의 레이저 파트너인 Meltio는 현재 구리 인쇄 작업을 진행하고 있습니다. 이는 이제 e-모빌리티 프로젝트에 대한 사용이 가능하다는 것을 의미한다”고 Marc Steidinger는 예측합니다.
대표이사 Marc Steidinger(왼쪽)가 직원 Lukas Nill과 함께 금속 3D 프린팅의 품질을 확인하고 있습니다.
프로젝트의 기술 관리를 담당하는 HS Automation의 대표이사는 주로 예비 부품 생산, 시리즈 개발 및 의료 기술 분야에서 응용 분야를 살펴봅니다. 프로토타입 제작 시 사용자는 완전히 인쇄 파라미터를 유연하게 조정할 수 있는 이점을 누릴 수 있습니다. 앞으로는 티타늄으로 만든 인공 무릎 관절과 기타 의료용 임플란트가 3D 금속 프린팅 덕분에 환자에게 개별적으로 맞춰질 것입니다.

시너지 효과 활용: HS Automation은 2017년부터 KUKA 시스템 파트너로 활동하고 있습니다

약 20명의 직원을 보유한 HS Automation은 다른 중소기업(SME)이 자동화를 생산적으로 사용할 수 있도록 한다는 목표를 추구합니다. Rolf Steidinger는 이 회사를 보다 효율적이고 지속 가능한 독일 중견 기업의 파트너로 보고 있습니다: “우리는 24년 동안 일부 고객에게 자동화된 생산을 지원해 왔습니다. 우리는 함께 미래 지향적인 최첨단 솔루션을 지속적으로 개발하고 있습니다.”

2017년부터 이어온 KUKA 시스템 파트너십의 일환으로 두 회사는 솔루션 지향적이고 수익성 있는 방식으로 서로의 장점을 활용합니다. 즉, 실질적인 과제에 대한 직접적인 접근, 산업별 노하우, KUKA의 툴 등이 있습니다. Robotic Republic 및 높은 수준의 응용 경험. HS Automation의 전문가들은 기계 로딩, 치수 공급, 절단부터 자동 소잉, 나사 고정 또는 못 박기에 이르기까지 완전한 생산 라인을 설계하고 구축합니다. 그러나 스폿 용접 셀과 같은 개별 프로젝트도 구현합니다. 시운전에 앞서 HS Automation에서는 프로젝트의 성공을 보장하기 위해 KUKA.Sim과 같은 KUKA 제품도 사용합니다. 전문가들은 이를 사용하여 공간 크기, 이동 반경 및 시스템의 안전 영역을 미리 계획합니다.

금속 3D 프린터를 통해 Marc Steidinger와 Rolf Steidinger 대표이사는 특히 중소 기업에 새로운 제조 관점을 열어주고 있습니다.

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