AM 열교환기의 혁신은 어떤 모습일까요?

비교적 짧은 기간 동안 적층 제조 열교환 기술에서 많은 진전이 있었지만, 대량 제조 및 생산으로 확장하기 위해서는 여전히 극복해야 할 장애물이 많이 남아 있습니다.

이 글에서는 3D 프린팅으로 알려진 열교환기와 적층 제조(AM)의 과제와 이 기술을 대량 생산할 수 있도록 개선하는 방법에 대해 집중적으로 다룹니다. 또한 3D 애플리케이션 회사에서 제품 전략의 중요성과 업계의 미래에 대한 전망에 대해 Conflux Technology의 최고 제품 책임자로서의 경험을 공유할 것입니다.

AM 열교환기의 혁신은 어떤 모습일까요?

적층 제조(AM)를 통한 혁신의 잠재력이 점점 커지고 있다는 것은 사실이며, 이는 Conflux에서 다음과 같은 사례를 통해 반복해서 입증된 바 있습니다. 환형 그리고 물 충전 공기 냉각기 (WCAC) 디자인.

예를 들어 물결 모양의 금속 컷어웨이는 최근 몇 년 동안 많은 기사에 등장했으며, 다양한 채널, 핀 및 복잡한 표면뿐만 아니라 복잡하고 모놀리식 부품을 만들 수 있다는 비전으로 인해 그 매력에 기여했습니다. 하지만 혁신은 단순히 무언가를 '발명'하는 것만이 아닙니다. 혁신은 새로운 아이디어에서 가치를 창출하는 것이기도 합니다.

공정의 모든 단계에서 적층 제조(DfAM)를 위한 설계를 메쉬화하고, 열 및 성능 결과를 매우 명확하게 파악하고, 설계와 결과에 맞게 제조 공정을 반복적으로 조정하는 것이 필수적입니다. 적층 가공 설계의 혁신은 기계의 성능을 정확히 파악한 다음 이러한 성능의 경계에서 일관된 결과를 만들어내는 것을 의미합니다.

팀은 피드백의 선순환을 만들고, 매우 민첩하고 연결된 방식으로 작업하여 기계의 성능을 테스트할 뿐만 아니라 성공 또는 실패에 대한 데이터와 시뮬레이션을 실시간으로 디자이너에게 피드백하는 설계를 마련해야 합니다.

적층 제조(AM) 열교환기의 가장 큰 과제는 가치를 창출할 수 있는 성능을 제공하는 것입니다. 많은 아름답고 유기적인 부품은 유체를 잘 혼합하지만 흐름을 크게 방해하여 압력 강하를 유발하는 경향이 있어 바람직하지 않은 결과를 초래합니다. 이러한 부품에 남아있는 분말을 제거하는 것도 성공의 걸림돌이 될 수 있습니다.

Conflux는 열교환기를 통해 흐르는 각 유체에 맞게 다양한 표면을 프린팅하는 열교환기를 개발해 왔습니다. 다양한 유체가 가열 및 냉각될 때 변화하는 특성을 수용하기 위해 채널 내 구조를 다양화했습니다. 또한 분말 제거를 위한 설계를 통해 공정과 설계를 개선하여 큰 효과를 거두고 있습니다.

Conflux '카트리지' 열교환기

Conflux '카트리지' 열교환기는 혁신이 가치를 창출하는 파트너십의 한 예입니다.

카트리지 설계의 기본 개념은 적층 제조된 코어를 더 큰 시스템(전통적으로 제조된 케이스 또는 기어박스 하우징과 같은 다른 구성 요소의 필수 부품)에 내장하여 열원 가까이에서 열 교환이 이루어지도록 하여 전체 시스템을 간소화하는 것입니다.

적층 제조 부품은 적층 제조의 획기적인 성능 이점을 통합하고 서비스 또는 교체를 위해 쉽게 접근할 수 있으며 유사 기술과의 비용 경쟁에서 우위를 점할 수 있습니다.

간단히 말해, 접근이 중요한 사용 사례에서 열교환 장치의 더러워진 부분에 접근하여 꺼내서 교체할 수 있다는 뜻입니다. 여러 대의 장치를 병렬로 연결하여 연속 공정을 진행하면 유지보수를 위한 가동 중단을 피하고 비용을 크게 절감할 수 있습니다.

Conflux '카트리지' 열교환기에 대해 더 자세히 알고 싶으신가요?
사례 연구 전문을 읽어보세요.

3D 애플리케이션이 제품 전략에 어떻게 활용될까요?

AM 열교환기에서 최대 출력을 보장하기 위해 개선해야 할 요소는 기능적 설계 프로세스를 갖추는 것만이 아닙니다. 효과적인 제품 전략을 세우는 것도 무엇보다 중요합니다.

컨플럭스 테크놀로지는 당시 아무도 하지 않았던 3D 프린팅 열교환기를 개발하는 데 적층 제조를 활용하는 것에 대한 몇 가지 통찰력을 바탕으로 시작되었습니다.

항공, 모터스포츠, 에너지 분야의 고객과 함께 일하면서 많은 것을 배웠고, 이러한 통찰력을 바탕으로 점점 더 많은 열 문제에 적용할 수 있는 열교환기 핵심 설계를 개발했으며, 특히 그린 에너지, 전기 자동차, 배터리, 컴퓨팅 파워 등 엄청난 양의 열이 발생하는 현재 확장 중인 산업에 적용할 수 있었습니다.

엔지니어링 설계와 적층 제조 기술의 혁신을 결합하면 획기적인 성능을 갖춘 경량 열 응용 제품을 만들 수 있는 기회가 있다는 것을 알게 되었습니다. 그러나 무엇보다도 가장 중요한 것은 압력을 견디는 얇은 벽의 복잡한 구조물을 프린팅하는 방법을 배웠다는 점입니다. 이는 AM 열교환기의 가장 큰 과제였습니다.

Conflux는 이제 조직 발전의 새로운 단계에 접어들고 있습니다. 열 교환은 좁아 보일 수 있지만 모든 산업에서 열 교환에 대한 수요가 있습니다. 따라서 저희는 급진적인 성능, 신속한 프로토타입 제작, 맞춤형 제품, 분산 제조 등 적층 가공의 모든 이점을 통해 시장의 요구를 선제적으로 해결할 수 있는 애플리케이션으로 노하우를 확장하기 위해 도전하고 있습니다.

3D 프린팅이 제공하는 디자인의 자유는 무궁무진합니다. 제품 관점에서 볼 때, 우리의 목표는 특정 애플리케이션 개발과 새롭고 혁신적인 제품에 영감을 줄 수 있는 광범위한 카테고리 사이의 균형을 완벽하게 맞추는 것입니다.

이제 더 광범위한 애플리케이션을 선보이고 맞춤형 열교환 개발을 통해 가장 큰 혜택을 누릴 수 있는 고객이 더 효율적이고 쉽게 접근할 수 있도록 하여 이러한 고객에게 가치를 제공할 때입니다.

문제는 맞춤형 제품 또는 구성 제품입니다.

모든 고객은 다릅니다. 따라서 각 고객의 열 교환 문제의 경계 조건 및 기타 요구 사항을 이해하기 위한 발견 프로세스를 완료하는 것은 과소평가할 수 없는 매우 중요한 첫 단계입니다. 즉, 혁신은 가치를 더하는 것이라는 당사의 신념은 맞춤형 제품 사용과 구성 제품 중 하나를 선택하는 것이 고객에게 제로섬 게임의 결정이 될 필요가 없다는 것을 의미합니다.

맞춤형 프로젝트를 진행할 때는 적절한 코어 디자인을 선택하고 이를 열교환기로 제작하여 특정 유체와 조건에 맞게 내부 형상의 특징을 변경한 다음 대규모 구조와 패키징을 개발합니다. 그러나 구성 제품의 경우, 당사는 파라미터화된 코어 형상을 중심으로 패키징을 정의합니다.

이러한 매개변수 내에서 설계를 확장할 수 있는 도구와 모델을 개발하여 유체 일치 형상의 모든 이점을 훨씬 더 짧은 개발 시간으로 누릴 수 있게 되었습니다. 필요한 열교환기 크기를 정확히 계산하고 며칠이 아닌 몇 시간 만에 사용할 첫 번째 사이징에 도달할 수 있습니다.

물론 이 시점에서는 아직 엔지니어링 작업을 거쳐 인쇄할 수 있는 형태로 렌더링해야 하지만, 이미 디자인에 작업을 넣었기 때문에 상당한 시간을 절약할 수 있습니다. 그리고 디자인에서 절약되는 모든 시간은 고객이 비용을 지불할 필요가 없는 시간입니다.

그렇다면 대량 생산을 어떻게 극복할 수 있을까요? 표준 및 품질 관리 문제?

적층 제조를 대량 생산 기술로 확장하는 것이 가장 큰 과제입니다. 가장 명확하고 현재 직면한 두 가지 장애물은 생산 비용과 업계 전반의 인증/인증/표준 개발입니다.

부품을 프린트할 때 가장 큰 비용이 드는 것은 3D 프린팅 장비 가격이고, 그 다음이 후처리 비용입니다. 따라서 장비 비용을 낮추거나 속도를 높이는 것이 중요합니다. 그동안 콘플럭스는 하우징을 3D 프린팅하는 것보다 프린팅 시간이 적게 걸리는 고부가가치 열교환에 초점을 맞춘 소형 부품을 프린팅하여 경쟁력을 높이고 비용 효율을 높이는 데 주력해 왔습니다.

확장을 위한 또 다른 과제는 강력한 산업 표준 인증, 검증 및 테스트 프로세스를 갖추는 것입니다. 현재로서는 적층 제조 인증 표준에 대한 업계의 수용이 불투명합니다. 컨플럭스는 이 문제를 명확히 하는 데 기여하고자 합니다. AS9100D 인증을 시작함과 동시에 항공우주 분야 공인 감사관이자 사고의 리더인 앤드류 밀너를 영입하여 품질 관리를 추진하고 있습니다.

인쇄 속도에 급진적인 변화를 주는 데 주력하는 여러 회사가 있으며, 저희는 이 분야에 큰 관심을 가지고 지켜보고 있습니다.

여기서부터 어디로 가나요?

저는 3D 프린팅 전반에서 향후 5년 동안 광범위한 기술 변화가 있을 것이라고 생각합니다. 의료 및 관련 분야는 물론 엔지니어링과 제조 분야에서 일어나고 있는 발전은 사회에 막대한 영향을 미칠 것입니다.

향후 5년 동안 생산 능력과 역량의 증가로 생산 부품의 경제성과 보급률이 높아지면서 적층 제조의 잠재력이 실현될 것으로 확신합니다. 서비스 뷰로와 애플리케이션 기업 모두 비즈니스 모델이 성숙해지면서 분산 제조의 진화를 주도하고 있습니다.

지적 재산 보호 기능이 상용화되고 있습니다. 우리 같은 기업들은 전 세계 어디에서나 안전하게 부품을 인쇄할 수 있게 될 것이며, 규모에 맞게 인쇄할 수 있는 능력이 향상되면 패러다임의 전환이 일어날 것입니다. 재료 조사와 연구를 통해 새로운 재료, 새로운 코팅, 새로운 응용 분야, 우리에게 도움이 될 새로운 놀라움 등 흥미로운 것들을 만들어낼 수 있을 것입니다.

저는 적층 제조의 미래가 밝다고 생각하며, 특히 금속 적층 제조가 새로운 최고급 열 교환을 제공하는 지배적인 메커니즘으로 발전할 것이라고 생각합니다.