[케이스 연구] 터치 스위치를 사용하여 3D 프린터 모델링 정확도가 10배 향상되었습니다!

3D 프린터 성형 불량이 발생하는 이유는 무엇일까요?

3D 프린터에 대한 수요가 증가하고 있습니다.
제조업계에서는 이제 기존 제조 방식으로는 제작하기 어려웠던 시제품, 맞춤형 부품, 복잡한 디자인의 제품 등을 3D 프린터를 이용해 제작할 수 있게 되었습니다. 의료, 건설, 항공우주, 교육, 식품, 패션 등 다양한 산업 분야에서 3D 프린터의 활용도가 높아짐에 따라 수요는 지속적으로 증가할 것으로 예상됩니다.

한편, 3D 프린터 생산에 종사하시는 분들은 다음과 같은 문제점을 겪고 계신가요?

• 정확도 부족으로 인한 잦은 모델링 실패 .
• 제작 시간이 낭비되었고 마감일을 맞추지 못했습니다.

본 기사에서는 METROL의 터치 스위치를 3D 프린터에 탑재하여 고정밀 모델링을 구현한 3D 프린터 제조업체를 소개합니다.

놀라운 결과는 다음과 같습니다.

• 모델링 정확도가 10배 향상되었습니다.
• 모델링 시간 단축으로 첫 번째 레이어의 실패율이 90% 감소했습니다.
• 재현성이 10% 증가했습니다. 시간이 다 됐어요!

계속 읽어주세요!

[인터뷰 대상자 소개] 3D 프린터 제조업체 나고야코게이

이번에는 인터뷰를 진행했습니다. 나고야코게이 주식회사
이 회사는 3D 프린터를 제조하고, 3D 프린터를 활용한 산업 및 소비자 제품의 소량 생산 사업을 운영하고 있습니다.

그들은 "시중에 나와 있는 3D 프린터에 문제가 너무 많다면, 우리만의 이상적인 3D 프린터를 만들어보자"라고 말하며 2023년에 개발을 시작했습니다.
이 회사는 현재 주력 제품인 3D 프린터 "센주" 로 주목을 받고 있는데, 이 제품은 일본 최초로 자동 노즐 교환 장치를 탑재한 상용 3D 프린터입니다.

3D 프린터 개발에서 가장 중요한 문제는

이 단락에서는 나고야코게이가 3D 프린터를 개발하면서 직면했던 어려움과 이를 극복한 과정을 설명합니다.

3D 프린터는 어떻게 정확도를 획기적으로 향상시켰을까요?

나고야코게이는 성형 정확도의 핵심인 성형 테이블 변형을 매우 정밀하게 측정하고 보정하는 방법을 개발했습니다.

해결책: 근접 센서 대신 고정밀 터치 스위치를 활용하십시오.

해결책으로 정확도가 떨어지는 근접 센서 대신 "고정밀 접촉식 터치 스위치"가 채택되었다.
근접 센서로는 감지할 수 없었던 성형 테이블의 변형을 접촉식 터치 스위치를 사용하여 정밀하게 측정함으로써, 1층 성형 불량의 원인이 되는 테이블 변형을 보정하는 데 성공했습니다.

터치 스위치 본체 활용하여 왜곡을 보정하는 방법

터치 스위치를 이용하여 모델링 테이블의 왜곡을 보정하는 과정은 다음과 같습니다.

1. 터치 스위치를 이용하여 테이블 위의 여러 위치의 좌표를 측정합니다.
2. 측정 데이터를 컨트롤러로 전송합니다.
3. 측정 데이터를 기반으로 테이블 왜곡을 결정합니다.
4. 측정 후, 노즐과 터치 스위치는 자동 공구 교환 방식으로 교체되고, 테이블 높이를 조정하면서 성형이 시작됩니다.

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[설명 영상] 터치 스위치를 이용한 성형 테이블 측정 방법

아래 영상을 시청하시면 터치 스위치를 이용해 모형 제작대 높이를 측정하는 방법을 실제로 확인하실 수 있습니다.
터치 스위치를 이용해 테이블 위의 여러 지점을 감지함으로써 테이블 표면 전체의 변형 정도를 파악할 수 있습니다.

[이미지] 펌웨어 화면에서 측정된 성형 테이블의 변형률을 보여줍니다.

터치 스위치로 측정한 모델링 테이블의 변형은 아래 그림과 같이 높이 맵으로 나타낼 수 있습니다.
첫 번째 층을 성형하는 동안 이러한 왜곡을 수정함으로써 이제 "첫 번째 층 성형 불량"을 방지할 수 있습니다.

3D 프린터에 터치 스위치가 선택된 3가지 이유

유사한 제품들이 최종 후보에 있었지만, 나고야코게이는 주저 없이 METROL 제품을 선택했습니다.
이유는 세 가지입니다.

1. METROL 일본 국내외에서 압도적인 채택률을 자랑하며, 강력한 브랜드 인지도를 바탕으로 고객에게 안심을 제공합니다.
2. 고가의 레이저 센서 등에 비해 비용 효율적입니다.
3. 일본산 제품이므로 사후 서비스가 믿을 만합니다.

터치 스위치가 장착된 3D 프린터 센주의 결과물은 어떤 모습일까요?

터치 센서의 사용은 기존에 사용되던 근접 센서와 비교했을 때 다음과 같은 효과를 가져왔습니다.

결과: 성형 테이블 변형 측정 정확도를 10배 향상시켰습니다(50μm → 5μm).

일반적으로 3D 프린터 시장에서 사용되는 센서의 규격은 0.05mm(50μm)이지만, 나고야코게이의 "센주"는 그보다 10배 높은 정확도로 측정할 수 있습니다. 이러한 반복적인 측정을 통해 매우 정밀한 모델링이 가능해졌습니다.

몰딩 품질이 크게 향상되었습니다.

모델링 테이블과 노즐 사이의 거리를 최대한 정밀하게 제어함으로써 고정밀 모델링이 가능해집니다.
센주는 노즐을 자동으로 교체하는 자동 공구 교환 기능을 갖추고 있습니다.
가장 큰 장점은 노즐 직경을 자유롭게 변경할 수 있어 모델링의 재현성 범위와 대형 모델링 속도를 향상시킬 수 있다는 점입니다.

첫 번째 레이어의 불량률이 크게 감소했습니다!
3D 프린터 활용률과 생산성이 향상되었습니다.

터치 스위치의 사용은 다음과 같은 결과를 가져왔습니다.

3D 프린터 제조업체 나고야코게이의 미래 비전

우리는 시제품 제작용 3D 프린터가 아니라 대량 생산이 가능한 "공작 기계"를 만들고자 합니다.

질문: 3D 프린터의 미래 발전에 대해 어떤 비전을 가지고 계십니까?

저는 일본산 3D 프린터를 통해 일본이 기술 강국으로 부활하는 데 기여하고 싶습니다.

나고야코게이 총괄 매니저, 오카다 AM 사업부
시장을 살펴보면 3D 프린터는 대부분 해외 제품입니다.
현재 지원까지 포함하여 안심하고 사용할 수 있는 일본 제조업체의 장비는 몇 개 되지 않습니다.
우리는 이러한 상황에 도전하고자 하는 열망을 가지고 개발을 시작했습니다.
일본산 3D 프린터가 일본의 창조 산업을 활성화할 수 있다면, 일본 제조업은 이전보다 더 많은 독창성과 첨단 기술을 유지할 수 있을 것이다.
우리는 일본 제조업 발전에 기여한다는 목표 아래 더욱 높은 성능과 품질을 위해 끊임없이 노력할 것입니다.

저희 메트롤 센서가 나고야 대학의 지속적인 성장과 발전에 도움이 되기를 바랍니다. 진심으로 감사드립니다.

인터뷰는 나고야코게이 주식회사의 후원으로 진행되었습니다.

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