세계 최대 모래 주형 3D 프린터

Voxeljet, GE Vernova, Fraunhofer IGCV가 함께 세계 최대의 모래 주형용 3D 프린터인 VX9000을 개발했다.

3D를 통해 풍력 및 수력 발전소의 핵심 부품에 대한 효율적이고 자원 절약적이며 현지화된 적층 제조가 가능해졌다.

적층 제조는 프로토타입 및 소규모 시리즈 제작에 주로 사용되었다. 그리고, 일반적인 시스템의 빌드 볼륨은 작은 부품으로 적용 프로그램

범위가 제한되고 있다. 따라서 3D 프린팅이 소형 응용 분야에만 적합하다는 인상을 준다. 그러나 풍력 또는 수력 발전소와 같은 에너지 부문에서는

부품의 규모가 완전히 다르다. 특히 로터 허브와 같은 풍력 터빈 부품의 경우 개별 부품의 무게가 최대 66톤에 달할 수 있다.

대규모 부품의 형식일지라도 설계 자유도 극대화, 무게 및 재료 사용량 감소, 리드 타임 단축, 분산형 제조 가능성 등 소형 부품과 동일한

목표를 가지고 있다. 적층 제조의 이러한 이점을 멀티 톤 범위의 부품에 적용하기 위해 Voxeljet은 GE Vernova, Fraunhofer IGCV와 함께

VX9000 3D 프린팅 시스템을 개발했다. 이 시스템은 세계에서 처음으로 산업용 바인더 분사 기술을 멀티 톤 주조 부품에 대한 요구 사항을 충족하는

기술 수준으로 높였다.

Voxeljet은 2021년 9월부터, GE Vernova(당시 사명은 GE Renewable Energy), Fraunhofer IGCV와 함께 공동 연구 프로젝트를 시작했다.

목표는 Haliade-X 해상 풍력 터빈의 주조 부품 몰드 생산을 최적화하는 것이었다. 이른바 ACC(Advanced Casting Cell)를 사용하여 최대 66톤의

개별 부품용 모래 주형을 기존 성형 공정보다 더 빠르고 유연하고 자원 효율적으로 생산해야 했다.

계획했던 기술 혁신의 주요 목표는 생산 시간의 대폭 단축으로, 10주에서 2주로 예상했다. 또한 설치 현장에서 적층 제조 공법을 사용하면

물류 코스트와 CO₂ 배출량이 감소한다. 독일 연방 경제에너지부도 기술 중심 혁신 프로그램의 일환으로 이 프로젝트를 지원했다.

기술 플랫폼: 산업 규모의 바인더 분사

ACC(Advanced Casting Cell)의 일환으로 Voxeljet의 VX9000 3D 프린터가 설계되었다. 바인더를 사용하여 모래를 층별로 선택적으로 응고시키는

바인더 분사 기술을 기반으로 한다. 이 기술을 기반으로 치수 정확도가 높은 복잡한 형상을 생산할 수 있다. 30 × 23 × 6피트의 빌드 볼륨을 갖춘

3D 프린터는 일반적인 3D 샌드 프린터의 빌드 볼륨을 능가하는 전 세계에서 가장 큰 시스템 중 하나이다.

2023년 10월, GE Vernova는 이 프로젝트로 미국 에너지부(DoE)로부터 1,490만 달러의 자금을 지원받았고, Voxeljet은 VX9000을 추가로

개발하기 위한 기술 구현 파트너로 선정되었습니다.

프로토타이핑과 시스템 통합

첫 번째 VX9000 플랫폼은 Friedberg(독일)에 있는 Voxeljet 본사에서 조립되었다. 시스템의 크기는 기존 시설을 훨씬 능가하며, 모래 주형을 위한

가장 큰 상용 3D 프린팅 시스템 중 하나였던 이전 모델 VX4000과 비교하면 비약적으로 커졌다. VX4000은 13 × 7 × 3피트의 빌드 부피를 가지고 있다.

VX9000은 빌드 볼륨이 증가된 것 외에도 다음과 같은 기술 발전이 있었다.

•산업용 주조 모래 가공 - 재활용성이 높은 비용 효율적이고 현지에서 구할 수 있는 모래 사용; 기존 석영 모래에 비해 준비가 훨씬 간단하다.

•레이어 두께 증가 및 인쇄 기술 개선 - 최대 0.04인치의 레이어 두께는 빌드 프로세스를 가속화하고 프로세스 비용을 절감.

•오프셋 분사 전략 - 제작 시간을 크게 단축하기 위해 오프셋 거리가 매우 짧은 대형 프린트 헤드 설정.

•통합 공정 센서 - 관련 공정 매개변수를 실시간으로 모니터링하여 일관된 적층(프린팅) 품질과 추적성을 보장.

생산 조건 검증

2025년 여름에 VX9000의 첫 번째 대형 모래 주형이 스웨덴 Baettr Foundry에서 성공적으로 주조. 총 20개의 벤치마크 주형이 실제 주조 조건에서

최대 25피트 길이의 프린팅 작업 처리. 합금 EN-DJS-400-18-LT가 주조되었으며 최종 주조 부품의 무게는 16,000파운드.

다음과 같은 결과 달성

•치수 공차는 요구 값 내에 들어옴

•전통적으로 제조된 대형 몰드에 비해 부품 피팅 정확도 높음

•주조 몰드 조립 쉬워짐

•표면 품질 향상 및 버 감소로 인해 부품의 후처리 작업 공수 감소

•연속 생산 조건에서 원활한 주조

•주조 결함 없음

•핸드링 및 워크플로의 프로세스 최적화에 대한 초기 결과 확인

위와 같은 검증을 통해 시스템의 산업적 적용 가능성이 확인되었다. VX9000은 중요한 대형 부품에 대한 기하학적 및 주조 요구 사항을 모두 충족했다.

"Baettr는 2018년부터 모래 3D 프린팅의 추가 개발을 위해 Voxeljet과 협력해 왔습니다. 오늘날 코어는 더 커졌고 조립하기 쉬우며 최고의 정확도와

품질 표준을 계속 충족하고 있습니다. 이러한 긍정적인 경험을 통해 우리는 이 기술의 미래를 적극적으로 형성하는 것을 목표로 합니다"라고 Baettr의

프로젝트 관리자인 Nicolas Ory-Studer는 설명한다.

애플리케이션 스펙트럼 및 확장성

VX9000은 주로 해상 풍력 산업을 위해 개발되었지만 다른 여러 분야에 적용될 수 있다. 수력 터빈(예: 프랜시스 러너, 나선형 케이싱),

견고한 로터 허브 및 기어박스 하우징은 물론 대규모 에너지 또는 인프라 프로젝트를 위한 구조적 부품으로 확대할 수 있다.

VX9000은 대규모 적층 제조가 어떻게 산업에 현실로 적용되는지 보여준다. 모듈식 설계, 정밀한 바인더 분사 기술, 디지털 공정 통합을 갖춘 이 제품은

단순한 기술적 프로토타입이 아니라 대형 주물 분야의 제조 판도를 바꾸는 3D 솔루션이다.

출처ㅣhttps://www.all-about-industries.com/voxeljet-largest-3d-printer-sand-molds-world-a-2bd334e72b801aaf5806910854e6aaf8/​