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Industry

Engineering [Case Study] Formlabs X Kastalon Inc 2023.12.22
3D프린팅 금형으로 제작한
맞춤형 폴리우레탄 부품
1963년 설립된 Kastalon Inc(Kastalon Polyurane Products)는 최고 품질의 재료와 엔지니어링 전문 지식으로 고객의 특정 요구사항을 충족시키는 세계적으로 인정받는 맞춤형 폴리우레탄 제조업체 입니다.
미국 일리노이주에 위치한 폴리우레탄 제조업체 Kastalon Inc는 고객의 다양한 요구사항을 충족할 수 있는 수천 개의 맞춤형 폴리우레탄 부품을 생산하기 위해 수십 년 동안 최적의 솔루션을 고민해왔습니다. 조립 라인용 컨베이어 롤러, 롤러코스터용 브레이크 패드, 전투기를 제자리에 고정하는 휠 초크 등 폴리우레탄 부품은 제품의 전체 시스템 작동에 필수적입니다. 대형 조립품의 일부로 원활하게 작동하려면 최적화된 재료를 사용하여 엄격한 공차와 장기간 하중 지지로 인한 변형을 모두 고려하여 설계되어야 합니다. 이러한 부분들을 고려하여 찾은 솔루션은 3D프린팅이었습니다. 3D프린팅 기술 도입은 Kastalon Inc의 폴리우레탄 부품 생산에 새로운 기회와 가능성을 열어주었습니다. 수백 개의 맞춤형 금형을 설계하고 제작하여 수십만 개의 폴리우레탄 부품을 생산하는 기업으로 거듭나게 되었습니다.
'±0.005의 허용 오차를 달성하고 새로운 금형을 3D프린팅할 수 있다는 것은 매우 큰 이점입니다. 이전에는 할 수 없었던 일을 해냈고, 그 양은 꾸준히 늘어나고 있습니다.'
- Kastalon Inc 제품 엔지니어, Brian Baer
3D프린터를 도입하기 이전에는 알루미늄이나 강철로 부품의 금형 제작 타당성을 평가해왔습니다. 많은 제조업체와 마찬가지로 가공 공정의 비용과 단기 생산 및 프로토타입 제작의 효율을 고려해야 했고, 연동 기능이 많거나 핀이 너무 작거나 많아 성형하기에 복잡한 설계의 금형은 제작에 있어 제약이 많았습니다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 도입한 3D프린팅 기술은 Kastalon Inc 엔지니어링 팀에 금속 주형으로는 완성할 수 없는 새로운 설계 기능과 형상을 시도하거나 가공된 주형 낭비에 대한 걱정 없이 설계를 변경할 수 있게 해주었습니다. 작은 부분의 수정으로 인해 기계 공장이 정체될 염려 없이 광범위하게 테스트를 진행하고 반복할 수 있었기 때문에 새로운 설계 개발에 주저하지 않게 되었습니다.
'①±0.005인치의 공차를 처리할 수 있는 장비 ②180~300℉의 온도를 견딜 수 있는 재료 ③합리적인 가격 시스템 이 세가지의 특정 요구사항을 모두 충족한 3D프린터 제품은 Formlabs의 Form3L이 유일했습니다.'
- Kastalon Inc 제품 엔지니어, Brian Baer
3D프린터로 출력한 테일 풀러 클램프 몰드
기존의 금형 제작 방식으로는 0.03125인치의 간격으로 24개의 핀을 배열한 테일 풀러 클램프 몰드와 같이 복잡하고 섬세한 설계는 제작이 불가했지만, Kastalon Inc 엔지니어링 팀에서 도입한 Formlabs의 Form3L 3D프린터로는 가능했습니다. 2시간 동안 디자인하여 약 30달러의 재료 비용으로 반나절 만에 금형 설계와 출력을 성공하였습니다. 이로 인해 3D프린팅 기술에 무한한 신뢰를 갖게되어 금형 제작의 범위를 한층 넓혀갈 수 있게 되었습니다.
3D프린터로 출력한 컨베이어 시스템의 충돌 방지 휠
Form3L 3D프린터는 작고 복잡한 설계로 금형을 가공하기 어려울 때 제대로 빛을 발합니다. 컨베이어 시스템에서 부드러운 제품(예. 판지 포장)을 고정하는데 사용되는 작은 부품인 충돌 방지 휠은 스프링 어셈블리 대신 사용되는데, 2인치의 바퀴 폭과 0.125인치의 좁은 간격으로 금형을 제작하는 것은 거의 불가능합니다. 그러나 3D프린터가 논리적인 솔루션이 되어 Form3L 3D프린터와 Rigid10K의 고온 레진을 사용하여 가공 금형 비용의 극히 일부만으로 25개의 휠을 주조하였습니다. Form3L을 도입하기 이전에는 비용과 시간적인 면에서 비효율적이었기 때문에 금형 제작을 진행할 수 없었지만 이제는 가능합니다. 더 이상 기존의 전통적인 방식에서 겪는 어려움에 제한되지 않고 이전에 시도하지 않았던 새로운 부품 제작을 시도할 수 있으며, 수천 달러의 인건비와 자재 비용이 드는 프로세스를 최적화할 수 있게 되었습니다. Kastalon Inc는 정확성, 일관성, 우수성으로 신뢰와 명성을 쌓아왔습니다. 처음에는 3D프린팅된 금형을 믹스에 추가하는 것이 쉽지 않았지만 3D프린팅 기술로 가능한 기계적 특성과 공차 및 기하학적 자유도를 입증함으로써 엔지니어 모두가 3D프린터를 적극 활용하고 있습니다. 
'우리는 Form3L 도입 이후 정말 작고 다양한 디자인의 휠을 만들었습니다. Form3L이 없으면 불가능한 작업입니다.'
- Kastalon Inc 제품 엔지니어, Brian Baer
3D프린터로 출력한 다양한 형상과 디자인의 프로토타입
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