활용사례[SLM 3D프린터 활용사례] 3D프린팅 기술을 이용한 레이스 사이클링에서의 혁신적인 솔루션


레이스 사이클링에서의 혁신적인 기술 


Tour de France 


3,460km의 투르 드 프랑스(Tour de France)와 같은 세계적인 장거리 레이스는 레이스 과정에서 탄력성을 유지하면서 무게를 최적화할 수 있는 엔지니어링 사항이 요구됩니다. 


덴마크에 기반을 둔 사이클링 및 산업 응용 분야용 세라믹 베어링 공급 업체인 CeramicSpeed는 Taastrup에 본사를 둔 독립적인 비영리 R&D 기관인 Danish Technological Institute (DTI)와의 협력을 통해 3D 프린팅 기술을 활용하여 전문 사이클리스트를 위한 풀리 휠(Pulley Wheel)을 개발했습니다.


CeramicSpeed는 세계 최고의 세라믹 베어링 공급 업체 중 하나입니다. 베어링 응용 분야에서 15년 이상의 경험을 보유하고 있으며 모든 베어링 부품은 덴마크에서 수작업으로 조립되어 고객에게 제공됩니다. 


CeramicSpeed 


덴마크 기술 연구소(DTI)는 독일 금속 3D 프린터 제조업체인 SLM Solutions사의 SLM®500 장비를 활용하여 CeramicSpeed가 사이클링 성능을 개선하기 위해 가볍고 내구성 있는 풀리 휠(기어 휠)을 제작할 수 있도록 도움을 주었습니다. 


이러한 바탕에는 DTI의 풍부한 금속 3D프린팅에 대한 경험이 있었습니다. DTI는 덴마크에서 유일하게 완전한 생산 라인을 갖춘 3D프린팅 센터를 보유하고 있으며, SLM Solutions사의 쿼드 레이저 SLM®500 장비와 트윈 레이저 SLM®280 장비를 도입하여 수년간 SLM 기술을 성공적으로 활용해왔습니다.  


DTI의 3D프린팅 센터에서 SLM 장비를 활용하고 있는 모습



** 아래의 영상에서 DTI가 SLM Solutions의 장비를 어떻게 활용하고 있는 지 확인해보세요! 




3D프린팅을 통한 고성능의 제품 달성


세계 최고의 베어링 공급업체와 3D프린팅 기술을 활용한 생산 전문가가 만나 세계에서 가장 가벼운 풀리 휠인 이른바 티타늄 풀리 휠이 탄생했습니다. SLM®500 장비에서 티타늄 재료로 제작된 풀리 휠은 각각 직경 2mm, 벽 두께 0.4mm인 17 개의 스포크(Spoke)가 장착되어 있습니다. 


3D프린트 티타늄 풀리 휠


 3D프린트 풀리 휠의 제작 데이터


SLM Solutions사의 SLM 기술은 부품에 필요한 복잡한 형상을 구현하는 데 많은 도움이 되었습니다. DTI의 Industrialization Manager인 Thor Bramsen에 따르면 3D프린팅 없이는 달성할 수 없었던 총 중량을 8.4g으로 줄일 수 있었으며, 속이 빈 기하학적 형태는 기존의 제조 방법으로는 제작할 수가 없었지만 3D프린팅 기술과 후처리를 통해 독창적이고 혁신적인 제품이 탄생할 수 있었다고 말하며 SLM 기술의 가능성에 대해 이야기했습니다. 


SLM 3D프린터로 출력된 풀리 휠 부품을 장착한 자전거


티타늄 풀리 휠은 기어 변속의 외부 기어에 장착되어 마모되기 쉬우므로 그 품질을 증명하기 위해 CeramicSpeed의 R&D 부서에서 엄격한 테스트를 거쳤습니다. 테스트를 통과한 풀리 휠은 기존 알루미늄 부품보다 내구성이 뛰어나고 내식성에 적합하며 낮은 밀도에서 더 높은 강도를 보여주었습니다. 


또한, 티타늄 풀리 휠을 개발하는 것 이상으로 CeramicSpeed와 DTI는 품질의 저하 없이 양산을 달성하기 위해 전체 프로세스 체인을 조정해야 했습니다.  이를 위해, DTI는 복잡한 형상과 제작 품질을 유지하면서 CeramicSpeed의 제품 설계를 최적화하는 작업(DfAM : Design for Additive Manucturing)을 진행했습니다. 설계를 변경하지 않고 CNC 가공이 필요한 표면에 재료를 추가하여 서포트를 최적화하고 벽 두께와 무게를 최소화할뿐만 아니라 그동안의 제조 노하우를 활용하여 효율적인 후처리 단계를 수립했습니다.


3D Printed Pulley Wheel




3D프린팅의 활용


CeramicSpeed만이 3D프린팅 기술을 사용하여 사이클링 혁신을 추구하는 것은 아닙니다. 최근, 캘리포니아의 Digital Light Synthesis 회사인 Carbon3D는 편안함이 향상된 자전거 안장을 제조하기 위해 미국의 주요 자전거 제조업체인 Specialized와 3D 출력 제품에 대한 파트너십을 체결했습니다.


Carbon3D x Specialized 3D printed bike seat



2019년 3월, 프랑스 맞춤형 스포츠 장비 제조업체인 Athletics 3D 역시 유럽 최초로 아이언맨 트라이 애슬론을 완주한 사지 마비 운동 선수인 Florian Jouanny를 돕기 위해 3D프린팅 기술을 활용했습니다. 마비로 인해 핸드 바이크의 손잡이를 잡는 데 어려움을 겪은 Jouanny를 위해 손에서 발생하는 힘의 속도를 자전거를 운전하는 에너지로 향상시키는 3D 프린팅 맞춤형 자전거 핸들을 설계했습니다. 특히, 개발 프로세스를 간소화하기 위해 Athletics 3D는 Jouanny의 집에 3D 프린터를 설치하여 직접 프로토 타입을 3D프린팅하고 테스트 할 수 있도록 했습니다.


0