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방위산업 활용 사례

가장 긴박한 상황에서 지원을 제공하는 3D 프린팅

자원을 극대화해야 하는 압박과 극한 조건에서 보안을 제공해야 하는 임무가 통합되면, 혁신은 단순한 경쟁 수단을 넘어 생존 수단이 됩니다.

군사 제조업체는 3D 프린팅에 의존하여 짧은 리드타임으로 고도의 맞춤형 방위산업 장비를 생산합니다.

Texas주 Wichita Falls의 Sheppard 공군기지에 있는 TDF(Trainer Development Flight)는 공군은 물론 필요에 따라 국방부 소속의 모든 부서에 공급하는 훈련 기자재를 설계, 개발, 제조하는 시설입니다. 이러한 기자재들은 항공전자장치, 무기 및 연료 시스템, 의료용 기기, HVAC 및 통신 시스템 등 여러 훈련 환경에서 사용됩니다.

훈련 기자재는 교육 필요에 따라 원래 제품이거나 기존 제품의 복제품을 사용하기도 합니다. 몇몇 기기의 경우 실제 작동이 필요하지 않기 때문에, 실제 기기를 구입하는 것은 비용측면에서 효율적이지 않습니다. 대부분의 훈련 애플리케이션의 경우, 매우 고가의 장비 대신 복제품을 사용하여 교육하는 편이 보다 경제적입니다.

TDF는 직접 디지털 제조를 사용하여 주요 훈련 기자재를 대부분 제작합니다. 이를 위해 TDF는 중앙본부에서 FDM 적층 제조 장비 4대를 AFSO 21(린) 공정과 함께 배치하여 전체 공정에 통합했습니다.

당면 과제

TDF는 직접 디지털 제조를 공정에 추가하기 전에, 기존의 가공 방식을 사용하여 제품을 생산했습니다. 기존 가공 방식은 종종 기계 가공, 선반, 용접, 판금, 절단 등 여러 단계로 구성되어 있기 때문에 일반적으로 리드 타임이 깁니다. 부품 성형을 위한 툴링을 제작할 때에도 비슷한 문제가 발생합니다.

TDF의 최고 책임자인 Mitchell Weatherly는 “우리 프로젝트의 대부분은 매우 독특하거나 극히 소량만을 제작하기 때문에 기존의 가공 방식은 매우 비용이 많이 들었습니다.”라고 말했습니다. “우리 작업의 약 10%만이 시제품 제작이고 90%는 실제 생산입니다.”

솔루션

Weatherly에 따르면 TDF는 FDM을 도입하기 전에 “여러 가지” 다른 적층 공정을 고려했다고 합니다. “FDM의 경우 모든 투자는 처음 한 번이면 됩니다.” “부품은 내구성이 강하고 우리가 필요로 하는 만큼의 높은 수준의 디테일을 표현할 수 있습니다. 뿐만 FDM 공정은 환경적으로 안전하고 폐기물이 없는100% ‘친환경’ 기술입니다.

TDF는 정비사 교육을 위해 UAV(무인항공기) 또는 “드론”의 정확한 복제를 설계하고 제조하는 일을 담당합니다. 지금까지 FDM 기계를 사용하여 다양한 내부 및 외부 부품을 제작했습니다. 이러한 부품에는 본체 부품 대부분과 카울링, 프로펠러 및 안테나가 포함되었습니다. TDF는 또한 OEM으로 제조된 여러 실제 UAV 부품도 구매했습니다.

실제 혜택

UAV의 대형 안테나 제작만을 보면, FDM 기계는 재래식 방법과 비교하여 작업 소요 시간이 약 1/10에 불과하고 ROI는 12,000달러 이상이었습니다. 절감은 시간에만 국한되지 않습니다. 안테나의 경우, 외주를 했다면 부품 제작까지 최대 20일이 걸릴 수 있었지만 FDM 사용을 통해 2일만에 끝냈고 노동 투입 시간은 15-20분에 불과했습니다. 전체 UAV 프로젝트의 경우, 총 3년 이상의 시간을 단축한 분야도 있었습니다. 지난 4년에 걸쳐, 이 프로젝트와 기타 훈련 비용 절감액은 80만 달러에 달했습니다.

Weatherly는 “FDM 시스템의 장점에는 다른 공정 및 조형 방식에 비해 빠른 속도, 사출 성형보다 우수한 FDM의 활용성 및 시스템에서 여러 부품을 동시에 제작하는 능력 등이 있습니다.”라고 말했습니다. 유지 관리가 용이하고 다양한 목적을 위해 복합 재료를 사용할 수 있다는 이점도 포함됩니다. “추가적인 역량으로는 제조상의 제약이 아니라 기능상의 필요에 따라 설계를 수행하고, 설계 변경을 최소 비용으로 즉시 구현할 수 있다는 점을 들 수 있습니다. 위험한 폐기물 없이 어떤 품목이든 제작할 수 있는 높은 활용성은 공군에게 최고의 장점입니다.”라고 Weatherly는 말합니다. ”FDM 기반 기계는 예산이 빠듯한 여러 교육 프로젝트에 사용되고 있습니다. 또한 공군 조종사와 전투병에게 실제 전투와 유사한 훈련 환경을 조성하기 위한 연구 개발에도 FDM 공정을 활용하고 있습니다.

Weatherly는 “첫 번째 FDM 장비 구매 시, ROI도달 시기를 4년 후로 예상했지만 실제로는 18개월 밖에 걸리지 않았습니다.”라고 말합니다. “두 번째 FDM 장비 구매에서는 9개월 만에 ROI를 실현했습니다. 물론 기존의 가공 방식이나 고도의 숙련된 기술자의 도움에서 완전히 벗어날 수는 없겠지만, 적절한 도구와 새로운 기술을 제공함을 통해 보다 수월하고 경쟁력 있는 방식으로 작업을 수행할 수 있습니다. 저는 FDM이 현재 가용할 수 있는 방법 중에서 그 어떤 기술보다 앞선 최고의 제조 방법이라고 믿습니다. 2004년 처음으로 4대의 장비를 구매한 후, FDM 공정은 지금까지 정부 예산을 380만 달러를 절감했으며 10-15년간 1500만 달러를 절감할 것으로 예상되고 있습니다. “

[편집자 알림: TDF(Trainer Development Flight)는 FDM Technology와 다른 첨단 제조 방식으로 2008년 공군 참모총장 우수상을 받았습니다. 공군 및 기타 국방부 소속 기관에 필요한 훈련 기자재를 제작하는 탁월한 능력을 인정받은 것입니다.]

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