파라손 코퍼레이션 주목받는 응용사례: 간편 교체 마운트 플레이트

파라손 코퍼레이션(Farason Corporation)은 30년 이상 맞춤형 자동화와 로봇 시스템을 설계하고 제조사에 공급해 왔으며 북미, 아시아, 남미, 유럽에 900대 이상의 장비를 납품했습니다. 파라손 팀은 고객이 당면한 특정 과제에 밀착하여 맞춤화된 유일무이한 솔루션을 제공한다는 파라손의 약속에 따라 설계 및 생산 능력을 강화하기 위해 Markforged 3D 프린터를 추가했습니다. 그들은 Markforged를 사용하여 진공 그리퍼 엔드오브암 툴링 솔루션에 맞춤형 퀵 체인지 마운트 플레이트를 제작했습니다.

옮겨야 할 패키징 제품(충전된 샴푸 병)이 무겁고 모양이 불규칙하며 라인에서 빠르게 움직이는 점을 고려할 때, 리프트 이송에 적합한 기존의 기성 패키징 솔루션은 로봇의 적재 하중 한계에 비해 무게가 너무 무거워서 사이클 속도와 이동 거리 목표를 달성할 수 없었습니다. 제품 가짓수가 많아서 Onyx® 및 연속 탄소 섬유 맞춤형 EOAT로 프린트된 퀵 체인지 마운트 플레이트가 필요했습니다. 기존(Delrin 맞춤형 밀링 부품) 솔루션은 각 교체 때마다 단일 제품 솔루션으로 바꾸니까 생산 일정에 부정적인 영향을 미치고, 사용할 수 있는 로봇과 운반되는 패키지의 변화에 맞춰 경제적으로 확장하지 못하는 등 솔루션이 적합하지 못했습니다.

파라손 팀에 따르면 맞춤형 EOAT가 필요했지만 기존(Delrin 맞춤형 밀링 파트)은 성능이 좋지 않았습니다: 

• 파트는 비용이 많이 들고 빠른 사이클 속도에 비해 여전히 너무 무거울 겁니다.
• 성능이 최적화된 EOAT는, 즉 여러 축에 기능을 제공하려면 고비용 밀링 작업이 여러 번 필요하므로 외주 생산 시 비용이 증가하고 리드 타임이 길어집니다.
• 추가 중량 감소 단계를 밟으면 경량화는 할 수 있지만 파트에 무리를 주어 스크랩 위험이 커지고 추가 지연이 발생할 수 있습니다.
• 일회성 맞춤형 EOAT민 제작하는 것은 플랫폼 자동화와 제품 패키징의 변화가 생기면 생산 규모를 확장하기 어렵습니다.

파라손의 R&D 지원 엔지니어인 리처드 쿡은 다른 장비 구성품과 함께 산업용 3D 프린팅의 기능을 활용하여 맞춤형 퀵 체인지 마운트 플레이트 및 리시버 플레이트 시스템을 만들었습니다. 이러한 하이브리드 부품은 기존 진공 그리퍼 EOAT(End-of-Arm-Tooling) 퀵 체인지 시스템의 크기, 중량, 부품 수를 줄이면서도 신뢰할 수 있는 그리퍼 구성품으로 통합했습니다. 리차드 쿡은 경량화된 EOAT 솔루션이 26인치 이상의 긴 이동 거리를 포함하여 분당 80개의 사이클 속도를 달성했을 뿐만 아니라, 생산이 가능한 이 솔루션은 제품을 받는 리시버 플레이트 교체 시 공구 없이도 전환이 가능하다고 강조했습니다.

설계 지원 엔지니어인 크리스티안 웨더는 파라손에서 Markforged 장비로 3D 프린팅 파트 설계 및 제작을 지원하는 핵심 업무를 담당하고 있습니다. 그는 "이 공구를 제작하려고 3D 프린팅을 선택한 것이 정말 좋았고, 알루미늄의 양을 실제로 줄이면서 장비 파트들을 통합할 수 있었습니다. 생산 공정이 빠르게 움직이고 있기 때문에 공구를 가볍게 유지하는 것은 매우 중요합니다." 크리스찬 웨더는 기계 가공된 델린으로 만든 대체 파트로는 같은 로봇 페이로드 목표 중량을 달성할 수 없으며, 불필요한 재료를 추가로 제거하고 기능을 추가하는 일 때문에 가공된 부품이 폐기될 위험이 있어 고객에게 배송하는 시간이 크게 늘어날 수 있다고 지적했습니다.

파라손 코퍼레이션은 Markforged X7™ 산업용 프린터를 사용하여 부품 안 필요한 곳에 연속 탄소 섬유를 추가해 강도를 높여 Markforged Onyx® 재료로 파트를 생산합니다. 이렇게 하면 오래 쓰거나 여러 번 교체해도 문제 없는 튼튼한 파트가 됩니다. 그들은 Markforged가 필요했습니다. 왜냐하면 적절히 강한 재료로 복잡한 파트 형상을 만들고, 프린팅되지 않은 구성품을 CAD 설계에 추가하는 데 필요한 라우팅 및 장착 기능을 통합해주기 때문입니다. 따라서 전통적인 툴링을 사용하여 다축으로 기능을 깎아 만드는 데 필요한 여러 밀링 작업을 하지 않아도 됩니다. 그 다음에는 와셔와 너트 플레이트와 같은 간단한 금속 파트와 진공 그리퍼 등을 조립품에 바로 통합하여 요구 중량을 초과하지 않으면서도 강화된 기능성 공구를 생산할 수 있었습니다. 

비용이 많이 드는 기존 일회성 제작 방법을 포기함으로써 파라손 팀은 발전하는 요구 사항을 충족하도록 솔루션을 확장할 수 있었습니다. 설계를 확정하고 테스트한 후 4대의 로봇에 솔루션을 장착하고, 제품에 맞는 리시버 플레이트 시리즈를 추가할 수 있었습니다. 수신 플레이트에도 3D 프린팅을 사용하여 퀵 체인지 마운트 플레이트를 배송 및 설치한 후에도 고객에게 추가 옵션을 줄 수 있었습니다. 

리차드 쿡은 이 디자인에 3D 프린팅을 적용함으로써 얻을 수 있는 다른 이점으로 온파트 텍스트, 굴절식 잠금 배럴의 스냅 클램프, 단방향 전용 탭, 제품 리시버 라벨의 색상 견본을 위한 홈을 꼽았습니다. 이러한 추가 요소는 툴리스 전환 공정에 도움이 되며, 중량을 늘리지 않고도 달성할 수 있습니다. 리처드는 "3D 프린팅 덕분에 로봇의 페이로드와 관성 한계 내에서 최고 속도로 움직일 수 있었다"고 말합니다. 

하지만 리차드 쿡에 따르면, 파라손 팀이 Markforged 장비에 전념하는 가장 중요한 요소는 한 마디로 요약하면: 일관성. "고객이 1년 후에 전화해서 또 한 개 더 필요하다면 똑같이 제작할 수 있습니다."라고 리처드는 말합니다. 프린트된 파트가 맞아야 하며, 강도가 다르거나 표면 마감이 다르거나 고객에게 문제가 될 수 있는 다른 요소가 있어서는 안 됩니다. 모든 면에서 재봐도 같은 수치가 나올 것입니다." 


Markforged의 장점

• 파라손 팀은 Markforged 솔루션이 기존 CNC 밀링 방식 비용의 25%에 불과하다고 보고했습니다.
• 부품 개수 감소: 마운팅 솔루션을 3D 프린팅 구성품에 통합하면 필요한 장비 구성품의 수가 줄어듭니다.
• 더 가볍고 성능이 뛰어난 3D 프린팅 EOAT는 더 많은 사이클을 달성할 수 있습니다.
• 몇 주가 아닌 몇 시간 만에 생산하고 필요에 따라 여러 번 만들 수 있습니다.
• 필요할 때 프린팅하므로 재고 비용이 감소합니다.