폴란드의 Toyota 제조 공장은 유럽 전역으로 배송되는 자동차에 들어가는 하이브리드 및 기존 드라이브 조립을 전문으로 합니다 . 폴란드 공장은 3,000 명이 넘는 직원을 고용하고 있으며 상당한 생산량을 자랑합니다 . 이 글은 Zortrax 3D 프린터를 사용하여 유럽에서 가장 큰자동차 공장 중 하나에서 비용을 최적화하고 생산 리드 타임을 단축하는 방법을 소개합니다.

 

Zortrax 3D 프린터가 Toyota 에서 수행하는 작업

“여기 폴란드에서 우리가 책임지고 있는 주요 임무가 무엇인지부터 시작합시다. Toyota는 거대한 글로벌 제조업체이며 전 세계에 위치한 다양하고 전문적인 공장을 갖춘 더 큰 생산시스템의 일부로 운영됩니다 .” Toyota 공장에서 일하는 3D 프린팅 엔지니어인 Łukasz Kondek 은 말합니다. 이러한 엔진은 유럽 전역에 위치한 다른 Toyota 공장에서 배송되는부품으로 만들어집니다.

 

 

<도요타 공장에서 Zortrax M300 Plus 3D프린터로 3D프린팅한 밸브 레버 커버>
 

"이 제조 프로파일은 우리가 3D 프린터를 사용하는 용도로 직접 변환됩니다 . 우리가 출력하는 대부분의 모델은 다양한 지그와 고정구이며 다음과 같습니다."

- 조립 중인 부품이 서로에 대해 올바른 위치에 있는지 확인하는 데 사용되는 포지셔닝 지그.
- 다양한 부품을 더 쉽고 빠르고 반복적으로 조립하는 데 사용되는 조립 지그.
- 샤프트의 특정 부분에 윤활유를 바르고 다른 부분은 윤활되지 않은 상태로 두는 것과 같이조립 중 특정 작업을 수행하는 데 사용되는 조립 도구.
- 엔진 부품을 한 워크스테이션에서 다른 워크스테이션으로 옮길 때 먼지 및 기타 물체가 엔진 부품의 공동으로 들어가는 것을 방지하는 데 사용되는 씰 및 커버.

"물론 모든 것을 3D 프린팅할 수 있는 것은 아니며 다양한 제조 기술을 사용하여 단일 지그 또는 도구를 만드는 경우가 많습니다. 예를 들어, Zortrax 3D 프린터에서 3D 프린팅된 본체가 있는 부품이 있지만 금속 표면과의 접촉점은 특히 마모에 강한 재료로 전통적인 방식으로 만들어집니다. 이렇게 하면 자동차에서 3D 프린팅의 속도와 비용 효율성을 유지하고 뛰어난 내구성을 달성할 수 있습니다" 라고 Kondek 은 말합니다. 다음은 Toyota 제조 공장에서 3D 프린팅된 지그 및 도구의 세 가지 예입니다."

3D 프린팅 밸브 레버 커버
엔진이 한 조립 스테이션에서 다른 조립 스테이션으로 운반될 때 엔진 밸브 레버는 특정 위치로 유지되어야 합니다. 따라서 Toyota 엔지니어는 이러한 레버를 안정적으로 유지하기 위해 맞춤 설계된 덮개를 사용합니다. 또한 전체 세트를 설치하면 엔진이 운반되는 플랫폼에서 떨어지는 것을 방지할 수 있습니다. 올바른 조립 스테이션에 도착하면 커버가 제거됩니다.

 

<Z-ABS 필라멘트를 사용하여 Zortrax M300 Plus 3D 프린터로 토요타 공장에서 출력한 밸브 레버 커버 프로토타입>

 

"이것은 자동차의 3D 프린팅이 할 수 있는 일의 좋은 예입니다" 라고 Kondek 은 말합니다. 그에 따르면 그의 팀은 강도와 무게 모두에 대해 최적화하기 위해 커버의 12 가지 디자인 변경을 빠르게 반복했습니다 . 단 한 번의 교대 근무 동안 Kondek 은 세 가지 다른 형상 변경을 수행하고 Zortrax M300 Plus 3D 프린터에서 이 지그의 두 가지 연속 버전을 3D 프린트할 수 있었습니다
Kondek은 "밸브 레버 커버는 형상을 신속하게 변경하고 즉석에서 디자인을 조정할 때 3D 프린팅 기술의 이점을 보여줍니다" 라고 말합니다

 

3D프린팅 포지셔닝 지그
현재Toyota 공장에서 사용 중인 자동차용 3D 프린터인 Zortrax M300 Plus 에서 만든 지그의 또 다른 범주는 포지셔닝 지그입니다. 부품이 올바르게 조립되었는지 확인하기 위해 조립 라인에서 사용하는 다양한 지그가 있습니다 라고 Kondek 은 말합니다

 

<Toyota 공장에서 자동차용 3D 프린터인 Zortrax M300 Plus 3D 프린터로 출력한 포지셔닝 지그>

 

3D프린팅 포지셔닝 지그 사용의 주요 이점은 놀랍도록 긴 수명과 설계에 다른 제조 기술을 통합할 수 있는 옵션입니다. 아래 표시된 CAD 프로젝트에서 회색 구성 요소는 금속으로 만들어졌고 노란색 핀은 나일론으로 CNC 가공되었습니다. 빨간색으로 표시된 부분의 몸체는 3D프린팅됩니다.

 

Kondek은 "이 특정 지그의 흥미로운 점은 추가 조정을 위해 인턴된 프로토타입 테스트 부품으로 조립 라인에서 작업하는 팀에 전달되었다는 것입니다" 라고 말합니다 . 프로토타이핑 프로세스의 이 단계에서 그에 따르면 공차가 약간 벗어났고 지그에 적절한 슬라이딩 베어링이 부족했습니다. 그럼에도 불구하고 고장나기 전까지 반년 동안 매일 사용했습니다 그리고 고장난 경우 동일한 Zortrax M300 Plus 3D 프린터를 사용하여 단 7 시간 만에 또 하나를 만들 수 있습니다. 자동차 온보드용 3D 프린터가 없었다면 이 속도로 교체하는 것은 불가능했을 것입니다" 라고 Kondek 은 말합니다.

 

<Toyota 공장에서 Zortrax M300 Plus 3D 프린터로 3D 프린팅할 포지셔닝 지그의 CAD설계 . 완전히 조립된 지그에는 나일론으로 만들어진 접점이 있습니다. 디자인에 노란색으로 표시됨>

 

 

대형지그 프로토타이핑

<Zortrax M300 Plus 3D 프린터의 빌드 플랫폼에서 떼어내기 전에 Toyota 공장에서 3D 프린팅된 엔진 커버의 일부>

 

"이 지그의 목적은 조립 공정 중에 엔진 블록의 기술적 구멍을 밀봉하는 것입니다. 최종 엔진작동에 절대적으로 중요한 도구 , 나사 및 기타 물체가 이러한 구멍으로 떨어지는 것을 방지합니다" 라고 Kondek 은 말합니다. 그에 따르면 이 지그의 프로토타입은 M300 Plus 3D 프린터에서 제작되었습니다. 각 프로토타입은 여러 부품으로 3D 프린팅된 후 조립되었습니다. M300 Plus 를 사용하는 것은 설계를 미세 조정하고 지오메트리 검사를 위한 여러 프로토타입을 제작하는 가장 비용 효율적인 방법이었습니다.

상당히 큰 M300 Plus 3D 프린터로도 한번에 3D 프린팅하기에는 엔진 커버가 너무 큽니다. 그것이 Toyota 가 출력이 완료되면 조립되는 여러 부품으로 만드는 이유입니다

마지막으로 최종 사용 구성 요소는 개방형 아키텍처로 인해 M300 Plus 에서 지원할 수 없는 고성능 재료로 산업용 기계에서 3D 프린팅되었습니다. Kondek 은 대형 출력물에 심각한 영향을 미칠 수 있는 뒤틀림과 수축을 방지하기 위해 프린팅 챔버의 안정적인 온도를 보장하는 폐쇄형 아키텍처를 갖춘 Zortrax Endureal 과 같은 애플리케이션을 위해 자동차에 더 큰 3D 프린터가 필요합니다 라고 말했습니다.

 

시간 및 비용 절감
"우리는 수년 동안 3D 프린터를 사용해 왔습니다. 4 년 전 내가 Toyota 에 일하러 왔을 때 그들은 이미 여기에 있었습니다" 라고 Kondek 은 말합니다. 그에 따르면 오늘날 자동차 산업에서 3D 프린팅되는 지그는 CNC 기계 및 기타 절삭 가공 도구를 갖춘 별도의 툴링 부서에서 제작했습니다. 더 까다로운 디자인의 제작은 단순히 외부 하청업체에 아웃소싱했습니다.

 

<Zortrax M300 Plus프린터를 활용하여 Toyota 에서 만든 자동차 부품에 그리스를 바르는 지그 부품>

“분명히 이러한 도구를 사용하면 디자인 측면에서 할 수 있는 작업이 크게 제한되었습니다. 우리는 새로운 지그를 생각할 때마다 그것이 제작될 수 있는지에 대해 두 번 생각해야 했습니다. 자동차 부문의 3D 프린팅은 이 문제를 해결합니다" 라고 Kondek 은 설명합니다. 그는 현재 Toyota 공장에서 제작된 3D 프린팅 지그의 95% 이상이 Zortrax 3D프린터로 제조되고 있다고 덧붙입니다. 나머지는 다른 3D 프린팅 기술로 3D 프린팅 됩니다.

 

지금까지 Kondek에 따르면 3D 프린팅 장비에 대한 투자는 1년 이내에 모두 회수되었습니다. "자동차의 3D 프린팅은 가장 빠른 기술이 아니기 때문에 제조 속도에 관한 것이 아닙니다 .그러나 확실히 가장 민첩합니다 . 필요에 따라 3D 프린팅할 수 있으므로 예비 부품을 비축할 필요가 없습니다. 자동차의 3D 프린터는 거의 모든 가능한 형상을 제작할 수 있기 때문에 원하는 대로 설계를 최적화할 수 있습니다. 마지막으로 바로 출력을 시작할 수 있습니다. 툴링부서나 외부 하청업체가 작업에 사용할 수 있는 리소스를 확보할 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 우리의 리드 타임은 몇 주에서 몇 일, 어떤 경우에는 몇 시간으로 단축되었습니다" 라고Kondek 은 말합니다.

 

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