금속 3D 프린터를 이용한 대형 모형 제작

저렴한 비용과 짧은 공사기간으로 자유로운 디자인의 금속부품 구현

보도자료

Obayashi Corporation(본사: 도쿄도 미나토구, 사장: Toshimi Sato)은 아크 용접(*1)을 응용한 WAAM 기술(*2)을 사용하여 탄소강과 스테인리스강을 인쇄하는 금속 3D 프린터를 개발하고 "The brænch™"(*3)라는 대형 모형을 제작했습니다

완료 후 설치 이미지(CG)

개발 배경

건설산업에서는 노동 인구 감소를 배경으로 건설 자동화 및 노동력 절감에 대한 필요성이 증가하고 있으며 건설에 3D 프린터의 활용이 증가하고 있습니다 대부분의 3D 프린터는 시멘트 기반의 소재를 사용하지만, 제품이 사용되는 조건과 환경에 따라 금속이나 레진 등 다양한 소재를 사용할 필요가 있다 특히, 금속부품의 경우 일정한 형상과 크기를 갖는 표준화된 제품이 널리 유통되고 있으나, 다양한 제품을 특수한 형상이나 소량으로 생산하는 경우에는 비용 및 리드타임의 문제가 있어 3D 프린팅 기술의 발전이 기대된다

슬롯은 금속 재료를 사용하여 3D 프린터를 개발하고 이를 사용하여 The Brench를 제작했습니다 레진 루프와 시트를 부착해 모형을 완성한 뒤 금속 3D 프린터를 이용해 제작한 부품의 내구성을 평가하는 노출 테스트를 진행한다

금속 3D 프린터 개발 및 The Brench의 기능

일반적인 용접 메커니즘을 이용하여 탄소강을 적층하는 3D 프린터 개발

금속 3D 프린터에는 다양한 모델링 방법이 있는데, 금속 구조물에 일반적으로 사용되는 아크 용접과 유사한 메커니즘을 사용하는 WAAM(Wire-Arc Additive Manufacturing) 기술은 대형 부품을 처리하고 부품을 고속, 합리적인 가격으로 제작할 수 있는 방법입니다 그러나 WAAM 기술을 적용한 금속 3D 프린터는 비철금속에 많은 응용이 가능하지만, 건설 작업에 자주 사용되는 탄소강의 효율적인 슬래그 제거 방법과 프린팅 정확도 보장에 문제가 있었습니다

이러한 과제에 대응하여 슬롯은 재료 조합과 용접 매개변수를 최적화하는 슬래그 없는 용접 방법을 사용하여 탄소강 부품을 인쇄하는 금속 3D 프린터를 개발했습니다 이번에 제작한 The Branch의 주요 소재를 이 금속 3D 프린터로 프린팅하는 것 외에도, 빌드의 품질을 확인하기 위해 다양한 강도 테스트를 실시했으며, 탄소강을 사용하여 형상 자유도가 높은 부품을 제작하는 노하우를 얻었습니다

3D 프린터로 라미네이션 상태(영상 재생 시간: 42초)
조각품의 예

유기적 디자인을 갖춘 모든 3D 프린팅 구조

The Branch는 금속 3D 프린터의 특성을 최대한 살려낸다는 컨셉으로 디자인되었습니다 형태를 결정하기 위해 새로 개발된 디자인 지지 시스템(특허 출원 중)을 사용하여 디자인 공간의 수많은 지점을 연결하는 인쇄 가능한 네트워크를 만든 다음 지붕과 좌석의 위치와 지지점을 설정하고 구조적으로 불필요한 네트워크를 얇게 만들어 나무 모양의 지지 부재를 반자동으로 생성하는 방법을 채택했습니다

결정된 형상은 금속 3D 프린터로 제작 가능한 크기를 고려하여 30개로 나누어 제작하였습니다 각 조각마다 형태가 다르지만 효율 저하 없이 최소한의 리드타임으로 제작이 가능하며, 기존 주조 제조 방식에 비해 비용 및 납기를 획기적으로 줄일 수 있음을 확인했습니다

The Branch 디자인에 사용된 형태 결정 방법

미래 전망

오바야시 코퍼레이션은 앞으로도 The Branch 제작 노하우를 바탕으로 금속 3D 프린터를 지속적으로 연구 개발할 것이며, 특수 형상의 금속 부품과 다품종 소량 생산의 요구에 부응하는 저비용, 단기 제조 방식을 구축하여 공간의 새로운 가치 창출을 제안하겠습니다

  • ※1 아크용접
    공중 방전 현상(아크 방전)을 이용하여 동일한 금속 조각을 접합하는 용접 방법
  • ※2 WAAM 기술
    금속을 연결하는 아크용접법을 적용하여 비드(용접시 응고된 금속)를 적층하는 방법
  • ※3 더 브렌치 이름의 유래
    Bench와 Bench를 합쳐서 만든 단어

또는 그 이상

이 문제에 관한 연락처 정보
오바야시 주식회사 기업커뮤니케이션실 홍보부
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