세계 최대 항공우주 및 방위 제품 공급업체 중 하나인 Collins Aerospace에서는 Nikon SLM Solutions의 NXG XII 600 장비를 어떻게 활용할까요?
최근 미국 아이오와주 웨스트 디모인에 있는 Collins Aerospace 생산 현장에는 전체 공급망을 새롭게 대체할 수 있을 정도의 자원을 갖춘 시설이 추가되었습니다.
Collins Aerospace의 웨스트 디모인 시설에서 항공기 엔진 부품 생산을 위한 적층 제조의 핵심은 각각 12개의 레이저를 장착한 2대의 NXG XII 600 장비가 될 것입니다.
Collinse Aerospace의 AM
SLM 3D프린터, 적층제조 장비로 출력한 다양한 종류의 부품
현재 연료 노즐과 같은 복잡한 내부 기하학적 구조를 가진 터빈 부품들은 주조 또는 단조 후 가공, 브레이징, 그리고 추가 가공의 여러 단계를 거쳐 생산됩니다. 이 과정 중 일부는 협력업체에서 이루어지며 또 일부는 Collins 공장에서 이루어지지만 전반적인 작업은 넓은 공장 공간이나 지리적 위치에 걸쳐 여러 그룹과 작업장에서 분산되어 진행됩니다.
그러나, 늘어가는 항공 산업 고객의 요구에 대응하기 위해 Collins Aerospace는 기존에 기계 가공과 브레이징으로 제작되던 터빈 엔진 부품을 이번에 새롭게 도입한 Nikon SLM Solutions SLM 방식의 적층 제조 장비를 통해 생산할 예정입니다.
항공기 부품의 제조를 위한 새로운 생산 시스템은 Nikon SLM Solutions의 NXG XII 600으로 총 2대의 장비는 각각 니켈 기반 합금, 알루미늄 합금 전용 장비로 사용됩니다.
600x600x600mm의 빌드 볼륨을 장착한 NXG XII 600은 한 번에 여러 부품을 배치별로 생산할 수 있고, 12개의 레이저가 동시에 작업하여 사이클 시간이 상대적으로 빠릅니다. 또한, 시설에는 NXG 장비와 함께 디파우더링(파우더 제거), 세척, 열처리 그리고 방전가공을 통한 부품 절단(컷오프) 작업을 위한 후처리 장비들이 함께 갖춰져 있습니다.
Collins Aerospace AM 책임자인 Slater Johansen이 새로운 AM 시설을 소개하고 있는 모습.
Collins는 이전에 소형의 단일 레이저 장비(같은 LPBF방식의 3D프린터)를 사용하여 지상 터빈 부품을 유사한 방식으로 제작해왔습니다. 하지만, 지상 터빈 부품은 생산량이 적은 편으로 더 높은 생산율을 요구하는 미래 항공기 부품 제작을 위해 높은 생산성으로 제공하는 NXG XII 600을 도입하게 되었습니다.
적층 제조는 현재 브레이징을 통해 결합하여 제작되는 복잡한 내부 구조를
가진 부품을 하나의 단일 부품으로 3D 프린팅하여 더 빠르고 신뢰성 있게 생산할 수 있도록 합니다.
이렇게 항공기 제조사들에게 보다 통합된 공정을 통한 리드타임 단축은 AM으로의 생산 전환을 위한 주요 논거 중 하나입니다.
Collins은 여기에 더해 비용 절감이 단순히 시간 절약에서만 비롯되는 것이 아닌 터빈 부품을 적층 제조로 통합하여 제작하는 과정에서 과거의 하위 조립체를 단일 부품으로 대체할 수 있다는 장점을 말합니다. 이에 따라 조립 단계를 생략하여 노즐 부품같이 까다로운 조립 과정을 거쳐야 하는 경우 매우 큰 장점을 제공합니다.
예를 들어, 정밀하고 복잡한 내부 통로를 보장하기 위해 부품을 결합하는 브레이징 작업은 고숙련 작업이 요구되며, 폐기율이 높은 작업으로 알려져 있습니다. 이 작업이 50%의 생산 수율을 보이는 데 반해 적층 제조를 사용한 생산 수율은 90% 이상을 제공합니다.
이렇게 적층 제조를 통해 제조된 부품이 훨씬 더 큰 비율로 실제 항공기에 사용될 수 있습니다.
리드타임 및 조립 감소를 통한 적층제조의 이점
웨스트 데모인 생산 시설의 핵심 역량은 터빈 엔진 연료 공급 노즐 생산에 있으며, 이곳은 여러 시설에 걸쳐 약 450명의 직원이 근무하고 있습니다. Collins Aerospace는 전 세계에 300개 이상의 시설을 운영하며, 항공우주 및 방위 산업에 부품을 공급하는 글로벌 기업입니다.
웨스트 데모인에서 수행되는 작업에는 브레이징, 기계 가공, LPBF AM, 검사 등이 포함됩니다. 이곳에서 생산되는 부품에는 노즐 외에도 임펠라, 하우징 부품, 덕팅 등이 있습니다.
항공기 비행이 아닌 지상 발전용 터빈의 경우, 위에서 언급한 것처럼 2017년부터 이미 다른 LPBF 장비를 통해 적층 제조 방식으로 부품이 제작되고 있습니다. AM 방식으로 제작된 일부 노즐 설계에서는 기존에 20개의 부품으로 이루어졌던 조립체가 4~5개의 부품으로 대체될 수 있었습니다. Collins의 공정은 조립 단계를 제거한 복잡한 AM 부품의 검사를 위해 광학 스캐닝 및 CT 검사를 포함합니다.
Collins의 수석 AM 비즈니스 관리자 Jake Krohn은 과거에 조립체였던 부품을 적층 제조를 통해 하나의 단일 부품으로 생산할 수 있으며, 필요한 것은 피팅을 브레이징으로 접합하는 것 뿐이라고 설명합니다. 또한, 적층 제조는 고객에게 중요한 부품 특성을 최적화하는 데 상당한 자유를 제공한다고 덧붙입니다. 고도의 숙련된 수작업으로 이루어지는 조립은 이러한 자유를 제공하지 못합니다. 비용, 품질, 일정, 무게를 균형있게 조정하며 고객에게 중요한 요소에 맞춰 최적화할 수 있도록 회사는 NXG XII 600을 항공기 엔진 부품 제작에도 적용할 계획입니다.
새로운 NXG XII 600 장비는 금속 파우더가 담긴 호퍼가 장비 상단으로 공급되어 천장 높이가 높은 새 시설을 필요로 했습니다.
NXG XII 600을 통해 생산될 항공기 부품의 경우 기존 주조 공정을 비교하자면 리드 타임이 52주까지 연장되고 있다고 설명합니다. 반면, 적층 제조로 제작되는 부품의 전체 공정은 가장 시간이 오래 걸리는 HIP 공정을 포함하더라도 8주를 넘지 않습니다. 특히, 12개의 1kW 레이저 장비를 탑재한 NXG XII 600 장비로는 단 며칠 안에 완료됩니다.
항공기 부품을 위한 적층제조 생산의 여정
항공기 터빈 엔진은 지상 터빈과 작동 방식은 유사하지만, 요구되는 중요성은 크게 다릅니다.
Collins의 새로운 AM 시설에서 NXG XII 600 장비로 제작될 새로운 부품들은 더 까다로운 검증과 규제 요건을 충족해야 하며, 이는 앞으로의 진행 방식에 영향을 미칩니다.
그렇기 때문에 이 새로운 생산 능력을 완전히 활용하기까지는 시간이 필요합니다. 사람을 태우고 날아야 하는 항공기의 부품인만큼 항공기 제조업체(OEM)과 연방항공청(FAA)가 이 시설에서의 공정과 생산 부품을 검증하고 승인하는 과정에 관여하고 있습니다.
현재 각 NXG XII 600 장비에서 하나의 생산 부품만이 개발되고 있으며, 검증 요건의 규모를 감안할 때, 이 부품의 공정 승인은 2025년 말 내로는 완료될 것으로 보여집니다.
이번 부품에 대한 공정 검증 작업의 상당 부분은 동일 기계에서 제작될 향후 부품에도 적용될 수 있어 다시 수행할 필요가 없으므로 2025년 이후 Collins에서 미래 AM 부품 생산은 훨씬 더 빠르게 진행될 것이라 생각됩니다.
세계 최대 항공우주 및 방위 제품 공급업체 중 하나인 Collins Aerospace에서는 Nikon SLM Solutions의 NXG XII 600 장비를 어떻게 활용할까요?
최근 미국 아이오와주 웨스트 디모인에 있는 Collins Aerospace 생산 현장에는 전체 공급망을 새롭게 대체할 수 있을 정도의 자원을 갖춘 시설이 추가되었습니다.
SLM 3D프린터, 적층제조 장비로 출력한 다양한 종류의 부품
현재 연료 노즐과 같은 복잡한 내부 기하학적 구조를 가진 터빈 부품들은 주조 또는 단조 후 가공, 브레이징, 그리고 추가 가공의 여러 단계를 거쳐 생산됩니다. 이 과정 중 일부는 협력업체에서 이루어지며 또 일부는 Collins 공장에서 이루어지지만 전반적인 작업은 넓은 공장 공간이나 지리적 위치에 걸쳐 여러 그룹과 작업장에서 분산되어 진행됩니다.
그러나, 늘어가는 항공 산업 고객의 요구에 대응하기 위해 Collins Aerospace는 기존에 기계 가공과 브레이징으로 제작되던 터빈 엔진 부품을 이번에 새롭게 도입한 Nikon SLM Solutions SLM 방식의 적층 제조 장비를 통해 생산할 예정입니다.
항공기 부품의 제조를 위한 새로운 생산 시스템은 Nikon SLM Solutions의 NXG XII 600으로 총 2대의 장비는 각각 니켈 기반 합금, 알루미늄 합금 전용 장비로 사용됩니다.
600x600x600mm의 빌드 볼륨을 장착한 NXG XII 600은 한 번에 여러 부품을 배치별로 생산할 수 있고, 12개의 레이저가 동시에 작업하여 사이클 시간이 상대적으로 빠릅니다. 또한, 시설에는 NXG 장비와 함께 디파우더링(파우더 제거), 세척, 열처리 그리고 방전가공을 통한 부품 절단(컷오프) 작업을 위한 후처리 장비들이 함께 갖춰져 있습니다.
Collins Aerospace AM 책임자인 Slater Johansen이 새로운 AM 시설을 소개하고 있는 모습.
Collins는 이전에 소형의 단일 레이저 장비(같은 LPBF방식의 3D프린터)를 사용하여 지상 터빈 부품을 유사한 방식으로 제작해왔습니다. 하지만, 지상 터빈 부품은 생산량이 적은 편으로 더 높은 생산율을 요구하는 미래 항공기 부품 제작을 위해 높은 생산성으로 제공하는 NXG XII 600을 도입하게 되었습니다.
가진 부품을 하나의 단일 부품으로 3D 프린팅하여 더 빠르고 신뢰성 있게 생산할 수 있도록 합니다.
이렇게 항공기 제조사들에게 보다 통합된 공정을 통한 리드타임 단축은 AM으로의 생산 전환을 위한 주요 논거 중 하나입니다.
Collins은 여기에 더해 비용 절감이 단순히 시간 절약에서만 비롯되는 것이 아닌 터빈 부품을 적층 제조로 통합하여 제작하는 과정에서 과거의 하위 조립체를 단일 부품으로 대체할 수 있다는 장점을 말합니다. 이에 따라 조립 단계를 생략하여 노즐 부품같이 까다로운 조립 과정을 거쳐야 하는 경우 매우 큰 장점을 제공합니다.
예를 들어, 정밀하고 복잡한 내부 통로를 보장하기 위해 부품을 결합하는 브레이징 작업은 고숙련 작업이 요구되며, 폐기율이 높은 작업으로 알려져 있습니다. 이 작업이 50%의 생산 수율을 보이는 데 반해 적층 제조를 사용한 생산 수율은 90% 이상을 제공합니다.
이렇게 적층 제조를 통해 제조된 부품이 훨씬 더 큰 비율로 실제 항공기에 사용될 수 있습니다.
웨스트 데모인 생산 시설의 핵심 역량은 터빈 엔진 연료 공급 노즐 생산에 있으며, 이곳은 여러 시설에 걸쳐 약 450명의 직원이 근무하고 있습니다. Collins Aerospace는 전 세계에 300개 이상의 시설을 운영하며, 항공우주 및 방위 산업에 부품을 공급하는 글로벌 기업입니다.
웨스트 데모인에서 수행되는 작업에는 브레이징, 기계 가공, LPBF AM, 검사 등이 포함됩니다. 이곳에서 생산되는 부품에는 노즐 외에도 임펠라, 하우징 부품, 덕팅 등이 있습니다.
항공기 비행이 아닌 지상 발전용 터빈의 경우, 위에서 언급한 것처럼 2017년부터 이미 다른 LPBF 장비를 통해 적층 제조 방식으로 부품이 제작되고 있습니다. AM 방식으로 제작된 일부 노즐 설계에서는 기존에 20개의 부품으로 이루어졌던 조립체가 4~5개의 부품으로 대체될 수 있었습니다. Collins의 공정은 조립 단계를 제거한 복잡한 AM 부품의 검사를 위해 광학 스캐닝 및 CT 검사를 포함합니다.
Collins의 수석 AM 비즈니스 관리자 Jake Krohn은 과거에 조립체였던 부품을 적층 제조를 통해 하나의 단일 부품으로 생산할 수 있으며, 필요한 것은 피팅을 브레이징으로 접합하는 것 뿐이라고 설명합니다. 또한, 적층 제조는 고객에게 중요한 부품 특성을 최적화하는 데 상당한 자유를 제공한다고 덧붙입니다. 고도의 숙련된 수작업으로 이루어지는 조립은 이러한 자유를 제공하지 못합니다. 비용, 품질, 일정, 무게를 균형있게 조정하며 고객에게 중요한 요소에 맞춰 최적화할 수 있도록 회사는 NXG XII 600을 항공기 엔진 부품 제작에도 적용할 계획입니다.
NXG XII 600을 통해 생산될 항공기 부품의 경우 기존 주조 공정을 비교하자면 리드 타임이 52주까지 연장되고 있다고 설명합니다. 반면, 적층 제조로 제작되는 부품의 전체 공정은 가장 시간이 오래 걸리는 HIP 공정을 포함하더라도 8주를 넘지 않습니다. 특히, 12개의 1kW 레이저 장비를 탑재한 NXG XII 600 장비로는 단 며칠 안에 완료됩니다.
항공기 터빈 엔진은 지상 터빈과 작동 방식은 유사하지만, 요구되는 중요성은 크게 다릅니다.
Collins의 새로운 AM 시설에서 NXG XII 600 장비로 제작될 새로운 부품들은 더 까다로운 검증과 규제 요건을 충족해야 하며, 이는 앞으로의 진행 방식에 영향을 미칩니다.
그렇기 때문에 이 새로운 생산 능력을 완전히 활용하기까지는 시간이 필요합니다. 사람을 태우고 날아야 하는 항공기의 부품인만큼 항공기 제조업체(OEM)과 연방항공청(FAA)가 이 시설에서의 공정과 생산 부품을 검증하고 승인하는 과정에 관여하고 있습니다.
현재 각 NXG XII 600 장비에서 하나의 생산 부품만이 개발되고 있으며, 검증 요건의 규모를 감안할 때, 이 부품의 공정 승인은 2025년 말 내로는 완료될 것으로 보여집니다.
이번 부품에 대한 공정 검증 작업의 상당 부분은 동일 기계에서 제작될 향후 부품에도 적용될 수 있어 다시 수행할 필요가 없으므로 2025년 이후 Collins에서 미래 AM 부품 생산은 훨씬 더 빠르게 진행될 것이라 생각됩니다.
Collins Aerospace의 새로운 AM 시설 투어와 함께
회사가 항공기 엔진 부품을 어떻게 생산하려 하는지에 대해
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