산업 제조의 초석인 파운드리 산업은 오랫동안 여러 가지 뿌리 깊은 문제에 직면해 왔습니다. 그중에서도 높은 불량률은 원자재의 직접적인 낭비를 의미할 뿐만 아니라 긴 제품 개발 주기, 높은 재작업 비용, 귀중한 시장 기회 손실로 이어지는 '숨겨진 비용'입니다. 주물의 구조가 복잡하고 기술적 요구 사항이 높은 경우 기존 공정의 수율이 급격히 떨어집니다. 이러한 딜레마로 인해 업계는 문제의 근본 원인을 해결할 수 있는 기술적 변화를 시급히 모색하게 되었습니다. 이러한 맥락에서 전통적인 주조 산업에 전복적인 전체 체인 디지털 솔루션을 제공하여 산업의 변화와 업그레이드를 위한 고유한 장점을 가진 적층 제조(일반적으로 3D 프린팅으로 알려져 있음)는 새로운 길을 제시합니다.

1장: 심층 분석: 기존 주조 결함의 근본적인 문제

1.1 일반적인 주조 결함과 그 근본 원인

주조 결함은 높은 불량률의 직접적인 원인입니다. 이러한 결함은 우발적인 것이 아니라 기존 주조 공정에 내재된 물리적 및 공정상의 한계로 인해 발생합니다.

첫째공기 방울와 함께크레이터. 다공성은 주로 주입 및 응고 과정에서 액체 금속에 가스(예: 수소, 금형 탈기체)가 포함되거나 효과적으로 배출되지 않아서 발생합니다. 액체 금속에 용해된 가스가 냉각 및 응고 과정에서 용해도가 감소하여 방출되면 제때 배출되지 않으면 주물 내부 또는 표면에 기포가 형성됩니다. 이와 관련된 수축은 응고 과정에서 금속의 부피가 수축하는 자연스러운 현상입니다. 냉각 시스템이 제대로 설계되지 않아 금형 온도가 국부적으로 높거나 보충 수축이 충분하지 않으면 수축 구멍으로 알려진 내부 공극 또는 함몰이 형성됩니다.

다음.샌드위치와 함께잘못된 모델. 기존의 모래 주조에서는 일반적으로 모래 주형과 모래 코어를 여러 조각으로 개별적으로 제작한 후 조립하고 접착해야 합니다. 이 과정에서 샌드 코어의 미세한 파열이나 부적절한 결합으로 인해 모래 입자가 금속 액체에 끼어 모래 포획 결함이 발생할 수 있습니다. 또한 금형 절단면이나 샌드 코어의 위치가 정확하지 않으면 주물의 상부와 하부가 잘못 정렬되는 오성형 결함도 발생할 수 있습니다.

끝차가운 장벽와 함께딱딱한. 금속 액체의 유동성이 좋지 않거나 주입 온도가 너무 낮거나 러너 설계가 좁으면 두 금속 스트림이 앞쪽 가장자리에서 완전히 합쳐지기 전에 응고되어 약하게 연결된 냉분리가 남게 됩니다. 또한 냉각 및 응고 과정에서 주물 내부에 응력이 고르지 않은 경우 수축 중에 열 균열이 발생할 수 있습니다.

1.2 전통적인 금형 제조의 '고비용' 및 '저효율' 딜레마

기존 주조 공정의 또 다른 핵심 문제점은 금형 제조 공정입니다. 기존의 목재 또는 금속 코어 박스 제조는 노동 집약적이고 고도로 숙련된 작업자에 의존하는 공정으로, 리드 타임이 길고 비용이 많이 듭니다. 설계를 조금만 변경해도 금형을 다시 제작해야 하므로 추가 비용이 많이 들고 몇 주 또는 몇 달의 대기 시간이 발생합니다.

물리적 금형에 대한 과도한 의존은 주물의 디자인 자유도를 근본적으로 제한합니다. 복잡한 내부 러너와 중공 구조는 기존의 금형 제작 공정으로는 한 번에 성형할 수 없으며, 여러 개의 개별 코어로 분해한 다음 복잡한 고정 장치와 수작업을 통해 조립해야 합니다. ². 이러한 공정 제한으로 인해 설계자는 최적의 냉각을 허용하지 않는 드릴링 공정을 수용하기 위해 냉각 채널을 단순화하는 등 제조 가능성을 위해 부품 성능을 타협하고 희생해야 합니다.

요약하면, 기존 주조의 높은 불량률은 고립된 기술적 문제가 아니라 핵심 공정의 산물입니다. 기존의 '물리적 시행착오' 방식은 주조업체가 결함을 발견하고 금형을 수정하고 다시 테스트하는 오랜 과정을 거쳐야 하는 고위험, 저효율의 사이클입니다. 3D 프린팅의 혁신적인 가치는 '금형 없는' 솔루션을 제공하여 기존의 '물리적 시행착오' 방식인 전체 생산 공정을 근본적으로 재구성한다는 것입니다. 3D 프린팅의 혁신적인 가치는 전체 생산 공정을 근본적으로 재구성하는 '금형 없는' 솔루션을 제공하여 기존의 '물리적 시행착오' 모델을 '디지털 시뮬레이션 검증' 모델로 전환함으로써 공정의 위험을 원천적으로 제거하여 노후화의 원인 대부분을 제거한다는 것입니다.

2장: 3D 프린팅: 기술에서 솔루션으로의 혁신적인 혁신

2.1 금형 없는 생산: 노후화의 근본 원인 제거

3D 프린팅의 핵심 장점은 '금형 없는' 생산 방식으로, 기존 주조에 내재된 모든 금형 관련 문제를 우회하여 불량률을 획기적으로 줄일 수 있다는 점입니다.

CAD에서 샌드 몰드로 바로 이동합니다. 적층 제조의 바인더 제팅은 이를 달성하기 위한 핵심 기술입니다. 3D CAD 디지털 모델을 기반으로 산업용 프린트 헤드에서 액체 바인더를 얇은 파우더(예: 실리카 모래, 세라믹 모래) 층에 정밀하게 분사하는 방식으로 작동합니다. 한 층씩 접착함으로써 디지털 파일의 3D 모델은 견고한 모래 주형 또는 모래 코어의 형태로 제작됩니다. 이 프로세스를 통해 물리적 금형에 의존할 필요가 완전히 사라집니다. 긴 금형 설계 및 제작이 필요 없기 때문에 금형 제작 주기를 몇 주 또는 몇 달에서 몇 시간 또는 며칠로 단축할 수 있어 '주문형 인쇄'가 가능하고 설계 변경에 신속하게 대응할 수 있어 초기 투자 및 시행착오 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

일체형 몰딩 및 복잡한 구조. 3D 프린팅의 레이어별 제조 방식은 전례 없는 디자인 자유도를 제공합니다. 엔진 내부의 구불구불한 러너와 같이 기존에는 여러 부분으로 나눠야 했던 복잡한 샌드 코어를 하나의 전체로 성형할 수 있습니다. 이를 통해 주조 공정이 단순화될 뿐만 아니라 더 중요한 것은 코어 조립, 접합 및 오정렬이 필요 없으므로 모래 끼임, 치수 편차 및 잘못된 형상과 같은 일반적인 결함을 완전히 제거할 수 있다는 점입니다.

2.2 프로세스 최적화: 주조 품질을 보장하는 데이터

3D 프린팅의 가치는 '금형이 필요 없다'는 것 그 이상입니다. 제조 공정을 완전히 새로운 디지털 차원으로 끌어올려 실제 제조가 이루어지기 전에 데이터를 검증하고 최적화하여 '수정'을 '예측'으로 전환할 수 있습니다.

디지털 시뮬레이션 및 디자인. 3D 프린팅 전 디지털 설계 단계에서 엔지니어는 고급 유한 요소 해석(FEM) 소프트웨어를 사용하여 붓기, 보충 수축 및 냉각 공정에 대한 정확한 가상 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 이를 통해 실제 생산 전에 다공성, 수축 또는 균열로 이어질 수 있는 잠재적 결함을 예측하고 수정할 수 있습니다. 예를 들어 러너 내 액체 금속의 흐름을 시뮬레이션하여 주입 시스템의 설계를 최적화함으로써 원활한 충전과 효과적인 배출을 보장할 수 있습니다. 이러한 디지털 선견지명은 첫 번째 시험 가동의 성공률을 크게 향상시키고 소스에서 주조 수율을 보장합니다.

뛰어난 모래 특성. 3D 프린팅 모래 주형은 레이어별 구조로 인해 기존 공정으로는 달성하기 어려운 균일한 밀도와 공기 투과성을 달성할 수 있습니다. 이는 주조 공정에서 매우 중요한 요소입니다. 균일한 가스 투과성을 통해 샌드 몰드 내부에서 생성된 가스가 타설 공정 중에 원활하게 빠져나갈 수 있어 배기 불량으로 인한 다공성 결함을 크게 줄일 수 있습니다.

모양으로 냉각하기. 컨포멀 냉각 기술은 주조 금형 분야에서 3D 프린팅의 또 다른 혁신적인 응용 분야입니다. 금속 3D 프린팅으로 제조된 몰드 인서트에는 주물의 표면 윤곽을 정확히 모방하도록 설계할 수 있는 냉각 러너가 있습니다. 이를 통해 빠르고 균일한 냉각을 달성하여 불균일한 수축으로 인한 변형과 수축을 크게 줄여 불량률을 획기적으로 줄일 수 있습니다. 데이터에 따르면, 팔로우스루 냉각 기능을 갖춘 금형은 사출 사이클 시간을 최대 70%까지 단축하는 동시에 제품 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다.

'물리적 시행착오'에서 '디지털 선견지명'으로. 3D 프린팅의 핵심적인 기여는 '시행착오'라는 기존의 파운드리 모델을 '예측 제조'로 전환하는 것입니다. 이를 통해 파운드리는 디지털 환경에서 비용 효율적인 방식으로 수많은 반복 작업을 수행할 수 있으며, 이는 사고방식과 비즈니스 프로세스의 근본적인 변화입니다. 이 '하이브리드 제조' 모델은 기존 파운드리에서 3D 프린팅을 더 쉽게 도입하고 가장 효율적인 생산을 가능하게 합니다. 예를 들어, 3D 프린팅을 사용하여 가장 복잡하고 오류가 발생하기 쉬운 샌드 코어를 만든 다음 기존 방식으로 만든 샌드 몰드와 결합하여 '강점을 기반으로 구축'할 수 있습니다.

3장: SANTI 기술: 파운드리 산업을 강화하는 디지털 엔진

3.1 핵심 장비: 캐스팅 혁신을 위한 '하드 파워'

중국 적층 제조 분야의 선구자이자 리더인 3DPTEK는 자체 개발한 핵심 장비를 통해 파운드리 산업에 강력한 '하드 파워'를 지원합니다.

이 회사의 핵심 제품 라인은 다음과 같습니다.3DP 샌드 프린터의 기술 리더십을 강조합니다. 플래그십 디바이스3DPTEK-J40004000 x 2000 x 1000mm의 초대형 몰딩 사이즈로 전 세계적으로 경쟁력이 높습니다. 이 대형 사이즈는 크고 복잡한 주물을 접합할 필요 없이 일체형으로 성형할 수 있어 접합으로 인한 잠재적 결함을 더욱 제거할 수 있습니다. 동시에, 예를 들어

3DPTEK-J1600Plus이러한 장치는 ±0.3mm의 높은 정확도와 효율적인 인쇄 속도를 제공하여 빠르게 생산하면서도 우수한 품질을 보장합니다.

또한, 샌티 테크놀로지의SLS(선택적 레이저 소결) 장비다음과 같은 시리즈LaserCore-6000이 장비는 정밀 주조 분야에서도 탁월합니다. 이 장비 시리즈는 특히 인베스트먼트 주조용 왁스 몰드 제조에 적합하며 항공우주 및 의료 부품과 같은 고급 정밀 부품에 보다 정확한 솔루션을 제공합니다.

샌디 테크놀로지는 장비 공급업체일 뿐만 아니라 재료 및 공정 솔루션의 전문가라는 점도 언급할 가치가 있습니다. 이 회사는 주철, 주강, 알루미늄, 구리, 마그네슘 및 기타 주조 합금과 호환되는 20가지 이상의 바인더와 30가지 이상의 재료 배합을 개발했습니다. 이를 통해 다양한 주조 애플리케이션에 장비를 원활하게 통합하여 고객에게 포괄적인 기술 지원을 제공할 수 있습니다.

3.2 올링크 서비스: 통합 캐스팅 솔루션

샌디 테크놀로지의 경쟁 우위는 하드웨어뿐만 아니라 전체 체인에 걸쳐 제공하는 통합 솔루션에도 있습니다. 이 회사는 "연구소 + 박사후 연구실 + R&D 팀"이라는 강력한 "트리니티" 혁신 시스템을 갖추고 있습니다. 이 모델은 지속적인 기술 반복과 혁신 모멘텀을 보장하며, 320개 이상의 특허를 보유한 것은 기술 리더십의 강력한 증거입니다.

이 회사는 설계와 3D 프린팅부터 주조, 가공, 검사에 이르는 '원스톱' 턴키 서비스를 제공합니다. 이 수직 통합 모델은 고객의 공급망 관리를 크게 간소화하고 통신 비용과 리스크를 줄이며 파운드리가 핵심 비즈니스에 집중할 수 있도록 합니다.

3.3 대표적인 사례: 데이터 기반 가치 증명

성공 사례는 잠재 고객을 설득하는 가장 설득력 있는 도구입니다. 샌디 테크놀로지는 일련의 실제 프로젝트를 통해 3D 프린팅 기술이 가져다주는 중요한 비즈니스 가치를 정량화했습니다.

를 사용하여차량용 수냉식 모터 하우징이 사례는 3DP 사형 주조 공정이 '대형, 얇은 벽, 복잡한 나선형 냉각 채널'의 일체형 성형 문제를 어떻게 해결하는지를 완벽하게 보여줍니다. ²¹. 이 기술을 신에너지 자동차 분야에 성공적으로 적용함으로써 고성능의 복잡한 구조 주물 생산에 상당한 이점이 있음이 입증되었습니다.

다른 쪽산업용 펌프 본체산디의 경우, 산디는 "3DP 외부 금형 + SLS 내부 코어"의 하이브리드 제조 모델을 채택했습니다. 이 보완 전략은 생산 주기를 80% 단축하는 동시에 주물의 치수 정확도를 CT7 수준으로 향상시켜 하이브리드 제조 모드의 강력한 효과를 완벽하게 입증했습니다.

신신 파운드리와의 합작 프로젝트는 가장 강력한 비즈니스 논거를 제공합니다. 3D 프린팅 기술을 도입함으로써 이 파운드리는 1,351 TP3T의 매출 증가, 이익률 2배 증가, 리드 타임 절반 단축, 비용 301 TP3T 절감이라는 성과를 달성했으며, 이는 파운드리 산업에서 3D 프린팅 기술의 투자 수익률을 반박할 수 없는 정량적 수치로 증명했습니다.

아래 표는 3D 프린팅이 기술 및 비즈니스 가치 측면에서 파운드리 산업의 문제점을 어떻게 해결할 수 있는지 시각화한 것입니다:

4장: 미래를 내다보기: 파운드리 산업의 디지털화와 지속 가능성

3D 프린팅 기술은 파운드리 산업을 전통적인 '제조'에서 '스마트 제조'로의 근본적인 변화를 이끌고 있습니다. 관련 보고서에 따르면 중국의 적층 제조 산업 규모는 계속해서 빠른 속도로 성장하고 있으며 2022년에는 320억 위안을 넘어설 것으로 예상됩니다. 이 데이터는 디지털 트랜스포메이션이 거스를 수 없는 산업 트렌드가 되었음을 분명히 보여줍니다.

앞으로 3D 프린팅은 인공지능(AI), IoT 및 기타 기술과 긴밀하게 통합되어 생산 라인의 완전 자동화와 지능적인 관리를 실현할 것입니다. 파운드리는 AI 알고리즘을 사용하여 주조 매개변수를 최적화하고 IoT 센서를 통해 생산 공정을 실시간으로 모니터링하여 수율과 생산 효율성을 더욱 개선할 수 있습니다.

또한 복잡한 경량 설계를 실현하는 3D 프린팅의 고유 한 장점은 자동차, 항공 우주 및 기타 다운 스트림 산업이 제품 성능을 개선하고 에너지 소비를 줄이는 데 도움이되며 이는 글로벌 지속 가능한 개발에 적합합니다. 3D 프린팅의 주문형 생산 모델과 높은 재료 활용률 (90% 이상의 비 결합 분말은 재활용 가능) 또한 폐기물 발생을 크게 줄여 파운드리 산업을 파운드리 산업에 환경 친화적인 발전 경로를 제공합니다.

결론 3D 프린팅은 주조의 끝이 아니라 혁신의 시작입니다. 3D 프린팅은 '금형 없음'과 '디지털'이라는 두 가지 핵심 장점을 통해 기존 파운드리 산업에 전례 없는 유연성, 효율성 및 품질 보증을 제공합니다. 이를 통해 파운드리는 높은 불량률에서 벗어나 효율성과 경쟁력을 높이고 혁신을 수용하는 새로운 시대로 진입할 수 있습니다. 경쟁이 치열한 시장에서 돋보이고자 하는 모든 파운드리 업체에게 3D 프린팅 기술을 도입하는 것은 더 이상 선택이 아니라 미래를 향한 필수적인 선택입니다.