[케이스 스터디] 산업 제조 전문 기업 뵐링거 그룹의 금속 3D 프린팅 혁신

서포트 구조 최적화로 설계 자유도 확장 및 지속 가능한 제조 실현

머티리얼라이즈는 독일의 산업 제조 전문 기업인 뵐링거 그룹(BÖLLINGER GROUP)과 협력하여 금속 3D 프린팅에서 서포트 구조(support structures)를 획기적으로 줄이는 성과를 달성했다. 머티리얼라이즈의 최신 케이스 스터디에 따르면, 뵐링거 그룹은 머티리얼라이즈 소프트웨어를 활용해 재료 사용량, 생산 시간, 후처리 비용을 대폭 절감하며 항공우주, 자동차, 의료기기 산업에 새로운 표준을 제시했다. ■ 자료 제공 : 머티리얼라이즈

첨단 제조 기술에 투자하는 산업 제조 전문 기업

뵐링거 그룹은 독일에 본사를 둔 산업 제조 전문 기업으로, 80년 이상의 역사 동안 정밀 기계 가공, 공구 제작, 특수 강철 구조물 생산에서 세계적인 명성을 쌓아왔다. 공식 웹사이트에 따르면 이 회사는 항공우주, 에너지, 기계 엔지니어링 분야에서 고품질 설루션을 제공하며, 특히 금속 3D 프린팅과 같은 첨단 제조 기술에 적극 투자하고 있다. 뵐링거 그룹은 혁신과 지속 가능성을 핵심 가치로 삼아, 복잡한 부품 제작과 맞춤형 생산에서 업계 선두를 달리고 있다.

문제점 : 서포트 구조의 비효율성

금속 3D 프린팅, 특히 LPBF 공정에서는 복잡한 형상의 부품을 안정적으로 제작하기 위해 서포트 구조가 필수이다. 그러나 서포트 구조는 다음과 같은 문제를 가져오기도 한다.

재료 낭비 : 최종 제품에 포함되지 않는 서포트 구조는 고가의 금속 분말(티타늄, 알루미늄 합금 등)을 소모한다.
생산 시간 증가 : 서포트 구조의 프린팅과 제거 공정이 제작 시간을 연장한다.
후처리 비용 : 서포트 구조 제거를 위한 기계 가공, 연마 등의 추가 공정이 비용을 증가시킨다.

이러한 비효율은 전체 생산 비용의 20~50%를 차지하며, 특히 소량 맞춤 생산에서 경제성을 떨어뜨린다.

뵐링거 그룹의 혁신 : 머티리얼라이즈 소프트웨어 활용

뵐링거 그룹은 머티리얼라이즈의 소프트웨어 설루션, 특히 매직스(Materialise Magics)와 이스테이지 포 메탈+(e-Stage for Metal+)를 활용해 서포트 구조를 최소화하는 첨단 접근법을 구현했다. 주요 기술 요소는 다음과 같다.

부품 오리엔테이션 최적화 : 머티리얼라이즈 소프트웨어를 사용해 프린팅 방향을 조정함으로써, 중력 및 열 응력으로 인한 변형을 최소화하여 서포트 구조의 필요성을 줄였다.
래티스 구조 설계 : 부품 내부에 경량화된 래티스(lattice) 및 다공성 구조를 설계해 자체 강성을 강화했고, 서포트 구조 없이도 안정적인 프린팅을 가능하게 했다.
시뮬레이션 기반 설계 : 머티리얼라이즈의 시뮬레이션 도구는 프린팅 공정의 열적·기계적 응력을 예측하고 설계를 최적화함으로써, 서포트 구조의 사용량을 최대 60%까지 줄였다.
자동화된 서포트 생성 : 머티리얼라이즈의 이스테이지 포 메탈+는 최소한의 서포트 구조를 자동 생성하여 재료 사용과 후처리 작업을 줄였다.

성과 : 비용 절감과 효율성 향상

뵐링거 그룹은 머티리얼라이즈 소프트웨어를 적용해 다음과 같은 성과를 달성했다.

서포트 구조 사용량 60% 감소 : 최적화된 설계로 불필요한 서포트 구조가 대폭 줄어들었다.
데이터 준비 시간 50% 단축 : 설계 및 시뮬레이션 공정이 간소화되어 생산 준비 속도가 향상되었다.
복잡한 부품 서포트 85% 감소 : 복잡한 기하학적 부품의 서포트 구조가 기존 대비 85% 줄어들어 효율이 높아졌다.
후처리 시간 45% 단축 : 서포트 구조의 제거 공정이 간소화되어 전체 생산 주기가 단축되었다.
대형 부품 제작 : 18kg 크랭크케이스를 성공적으로 제작함으로써, 머티리얼라이즈 소프트웨어의 스케일링 가능성을 입증했다.
생산 용량 증가 : 단일 프린팅 패널에서 부품 수를 8개에서 12개로 늘려 단위당 1000 유로의 비용 절감을 달성했다.
작업 환경 개선 : 분말 잔여물이 줄어들어 작업장의 공기질과 안전성이 향상되었다.

이러한 성과는 뵐링거 그룹이 항공 우주 부품, 자동차 프로토타입, 의료기기 제작에서 경쟁력을 강화하는 데 기여했다.

산업적 시사점

뵐링거 그룹과 머티리얼라이즈의 협력은 금속 3D 프린팅의 경제성과 접근성을 크게 높였다. 항공 우주 산업에서는 경량화된 고강도 부품의 제작으로 연료 효율을 높였으며, 의료기기 분야에서는 환자 맞춤형 임플란트 생산이 간소화되었다. 자동차 산업에서는 고성능 부품의 신속한 프로토타이핑이 가능해졌다. 또한, 분말 잔여물 감소는 작업 환경의 안전성을 높이고, 재료 낭비 감소는 환경 지속 가능성에 기여한다.

머티리얼라이즈의 기술 책임자는 “뵐링거 그룹은 머티리얼라이즈의 기술을 통해 설계 자유도를 확장하고 지속 가능한 제조를 실현했다. 이 협력은 적층제조(AM)의 한계를 넘어서는 모범 사례”라고 전했다.

맺음말 : 적층제조의 미래

뵐링거 그룹의 사례는 머티리얼라이즈 소프트웨어가 금속 3D 프린팅의 상용화를 가속화하는 데 핵심 역할을 한다는 점을 보여준다. 서포트 구조 감소는 재료 낭비를 줄이고 에너지 효율적인 생산 공정을 구현하여 탄소 배출 저감 목표에도 부합한다. 머티리얼라이즈는 이 기술을 자사 플랫폼에 통합해 더 많은 고객에게 제공하며, 뵐링거 그룹과 같은 파트너를 통해 다양한 산업 응용 사례를 확대할 계획이다. 이 협력은 금속 3D 프린팅의 새로운 표준을 제시하며 적층제조의 미래를 밝게 하고 있다.