필립스의 전구 모멘트: 생산라인에 대한 3D 프린팅 사고 방식이 필수적이 되다

진정으로 삶에 필수적인 전구는 방대한 양을 요구하며 기본 디자인은 섬세한 재료의 섬세한 조립을 필요로 합니다. 이 외에도 반복되는 가열 및 급속 냉각과 지속적인 생산의 마모 그리고 절대적으로 필요한 퀄리티 컨트롤이 전구 생산에 필요한 요소입니다.

만약 과정이 단축될 수 있다면 어떨까요? 만약 조립 라인 자체에서 최종 제품과 아주 밀접한 ‘혁신적인 사고’ 컨셉을 나타낼 수 있다면 어떨까요? Materialise와 필립스 라이팅은 3D 프린팅을 활용하여 어떻게 이 방법들을 찾을 수 있을지 결심하였습니다. 공동 프로젝트는 이전에 파트 손상이 쉬웠던 램프 받침대의 재발명과 경량 디자인을 사용하여 기존 노동 집약적 라인의 자동화란 결과를 낳았습니다. 그저 이 두 혁신만을 가지고도 운영 이익인 €89,000의 비용 절약을 실현할 수 있습니다.

1891에 설립되어 백열 전구와 기타 전기 제품을 제조하는 필립스는 125년 이상의 시간 동안 혁신해나가고 있습니다. 850명의 직원을 둔 벨기에 Turnhout에 위치한 필립스 라이팅은 전통을 유지하는데 중요한 역할을 하고 있으며 전문 조명 기술 분야의 동향을 결정하는 세계 선도자로서 광범위하게 인식되고 있습니다. 필립스 라이팅은 벨기에에 있는 연구 기관들과 파트너를 맺고 있으며 컨셉부터 생산까지 고압력 가스 방출 램프 분야의 혁신을 만들어가고 있습니다.

생산 프로세스에서의 3D 프린팅, 특히 메탈 프린팅이 가져다 줄 수 있는 잠재력에 관심이 있었던 필립스 팩토리 엔지니어링 디자이너, Danny Van der Jonckheyd와 그의 팀은 필립스만의 생산 라인 필수 조건에 대한 깊은 이해를 얻고자Materialise를 필립스로 초대하였습니다.

Materialise의 비즈니스 개발 매니저인 Sven Hermans가 회상에 의하면 “현장에서 직접 생산 라인 작동 관찰을 통해 특정 조립 요소에 대한 요구 사항, 어려움, 개선 사항을 확인할 수 있으며 또한 직원에 대한 중압감에 대해 이해할 수 있었습니다. 현장에 있는 동안 우리는 부품들을 확인하였으며 생산 라인 운영 및 유지 보수 팀 그리고 공장 엔지니어 등등 되도록이면 다양한 많은 직원들과의 대화를 통해 문제점들을 파악하였으며 3D 프린팅 솔루션으로 향상이 가능한 부분을 확인하였습니다.”

“더 가벼운 재료를 사용함으로써 어디에 영향을 미칠 수 있을까요? 업무 향상 또는 폐기물 감소 하는데 기존 제조 기술을 적용했을 때 어디에 구조적 디자인이 불가능하거나 또는 비용이 많이 들까요? 등등의 질문을 필립스 직원 에게 물었습니다.

향상이 필요하다고 결정된 첫 번째 파트는 브라켓/받침대로 이 파트는 유리 배기관을 용융 및 봉쇄에 사용되는 횃불의 열로부터 도입선을 멀리하게 하며 램프를 제자리에 받치는 데 사용됩니다. 네 개의 브라켓 조립으로부터의 구조가 들어간 용접선과 한 쌍인 이어지는 행렬 상의 고온에 대한 반복적인 노출은 브라켓의 얇아지는 두께를 의미하며 매 주 한 개 또는 두 개의 파트 파손을 야기합니다.

필립스는 기존에 손상된 브라켓은 비축된 예비 부품을 이용하여 현장에서 수리를 하였습니다. 하지만 4개가 하나로 이뤄진 제거와 분해는 어려운 작업으로 열로 팽창된 나사는 골칫거리 문제의 원인이 되며 제거 및 분해 작업은 최대 두 시간이 걸립니다. 또한, 완전한 새로운 부품이 필요하기 전까지 수리의 회수 또한 한정이 되며 또한 대략 8주의 납기 시간을 필요로 합니다.

필립스 팀과의 파트너쉽을 통해 Materialise는 새로운 단일의 구조형 브라켓을 필립스와 함께 재 엔지니어링 및 메탈 프린터로 제작하였습니다. 새 브라켓은 파트 조립에 필요한 시간 및 용접선의 압력점을 제거하는데 필요한 시간을 줄인 새로운 디자인으로 제작되었습니다. 사용하는 첫 세 달 동안 새 디자인의 브라켓은 고장 나지 않았습니다. 작은 변화 하나로 아주 큰 차이을 만들었습니다. 

“파손 감소의 의미는 교체 경비에 대한 감소를 의미하며 또한 우리는 ‘디지털 예비품’을 가지고 있어 단지 10일 내에 파트를 제작하여 받을 수 있으며 몇 안 되는 장소에만 예비 부품을 보관하면 됩니다.”

“또한 재 엔지니어링 전의 브라켓은 전선의 통관으로 인해 생성되는 마찰 홈 방지를 위해 자주 세척을 필요로 하였습니다. 이는 곧 최종 제품에 손상을 일으키는 원인이 되기도 하였습니다. 시간을 소비하는 이와 같은 방법으로 유지되기 위해 브라켓들은 생산 라인에서 제거가 필요하였습니다. 3D 프린팅 브라켓의 일 부분으로 원뿔 형태의 전선 받침대를 만들 수 있게 되었습니다. 전선 받침대의 내부 채널은 세척을 훨씬 적게 필요로 하며 자체 유지가 가능하도록 디자인 되었습니다.

“하지만 무엇보다도 가장 큰 차이점은 이 프로젝트로 인해 여기서 일하는 우리들의 사고방식에 미친 영향이었습니다. 모든 이들에게 우리 모두 다른 방식으로 할 수 있으며 해야 한다는 생각의 불꽃을 일으켰습니다. 최초 프로젝트 이 후 3D 프린팅이 적용될 수 있는 다른 방법을 위한 아이디어와 함께 제조에 대한 다양한 의견을 나누었습니다. 이는 진정으로 모든 필립스 직원이 함께하는 작업이였습니다.”

램프 브라켓의 개발 과정의 진행과 함께 필립스 생산 팀은 다른 기회를 포착, 현재의 고도의 노동 집약적 과정을 3D 프린팅으로 자동화가 가능한지에 대한 질문을 던졌습니다. 답은 당연히 ‘네’ 입니다.

장비 오퍼레이터는 12경의 그리퍼 내 파트를 배치, 재료를 적용 그리고 마감된 작업을 제거하는 작업을 합니다. 이 과정의 자동화는 그리퍼의 진공 흡입력의 향상을 요구하며 더 가벼운 구조이며 견고하여 로봇의 집기 놓기 작업 중 발생하는 압력을 견딜 수 있어야 합니다.

필립스는 3D 프린팅이 가져다 주는 엄청난 잠재성을 알고 있었으며 대안의 메탈 재료, 텍스처 그리고 내부 구조로 솔루션을 제공하며 Materialise와 함께 작업은 파트를 디자인 그리고 제작하여 시험할 수 있었습니다. 각 각의 많은 파트에 대한 필요를 줄이며 구조를 통합, 독특한 3D 프린팅 혜택으로 곡선의 내부 채널을 제작 그리고 알루미늄 (AlSi10Mg)으로 그리퍼를 3D 프린팅 제작함으로써 강도와 흡입이 향상되었으며 그리퍼의 무게가 줄어들었으며 더 빠르고 신뢰할 수 있는 작업이 가능해졌습니다.