[논문]적층제조기술의 품질 표준화 동향

최한신; 박진수

doi:10.4150/kpmi.2020.27.5.420

적층제조기술의 품질 표준화 동향
Technology Trend of Additive Manufacturing Standardization 원문보기

한국분말야금학회지 = Journal of Korean Powder Metallurgy Institute, v.27 no.5, 2020년, pp.420 - 428

최한신 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소 융합공정소재연구그룹) , 박진수 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소 융합공정소재연구그룹)

Abstract ▼ AI-Helper

Additive manufacturing technology is recognized as an optimal technology for mass-customized distributed production because it can yield products with high design freedom by applying an automated production system. However, the introduction of novel technologies to the additive manufacturing industry is generally delayed, and technology uncertainty has been pointed out as one of the main causes. This paper presents the results of the research and analysis of current standardization trends that are related to additive manufacturing by examining the hierarchical structure of the quality system along with the various industry and evaluation standards. Consequently, it was confirmed that the currently unfolding standardization does not sufficiently reflect the characteristics of additive manufacturing technology, and rather can become a barrier to entry for market participants or an element that suppresses the lateral shearing ability of additive manufacturing technology.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 평가표준에서는 AM 기술에 특화된 새로운 평가표준 중 공통적으로 주요한 표준을 대상으로 소개한다. 적층제조 과정에서는 CAD 파일을 변환하고 작업 공정조건을 도출한 후 g-code를 출력하는 과정을 거친다.
ISO/ASTM 52921[33]은 적층제조의 작업 공간 (build volume)에 대한 3차원 좌표계와 파트 위치와 방향을 표기하는 방법에 대한 표준을 제시하고 있다. 이는 작업별 파트의 배치와 관련하여 추적 가능성을 높이는 방법을 제시한다. 적층제조 공정의 특성에 따라서 part 디자인과 관련한 배치의 가이드라인이 달라질 수 있다.
이상에서 적층제조 기술과 관련한 글로벌 표준 동향을 계층화된 구조에서 살펴보았다. 표준화를 통해서 적층제조기술의 산업도입과 관련한 이해당사자의 품질 불확실성 이슈가 상당히 완화될 수 있음을 확인할 수 있다.
지금까지 품질체계와 관련한 요구사항에 대한 표준을 살펴보았다. 그러나, 요구사항과 기업의 품질 매뉴얼 사이의 간극이 존재한다.
이러한 품질심사의 요구사항과 기업의 디지털 품질체계 기반의 간극을 극복하는 테스팅 가능한 MES S/W가 개발[18]되어 상용화 되고 있다. 항공용 파트를 적층제조 하여 납품하는 사업범위에 서는 통상 전용소재를 구매하여 최종 파트를 공급하는 것을 목표로 한다. 그러나, 실제로 최종 제품화는 적층제조 이외에도 열처리, 기계가공, 표면처리, 파괴검사와 비파괴 검사의 공정과정을 필요로 하고 이 경우 복수의 NADCAP을 인증 받고 유지할 필요가 있어 품질체계 비용이 시장 진입의 장벽이 될 수 있다.

제안 방법

궁극적으로는, 적층제조기술의 시장도입 활성화 측면과 산업생태계 및 사회의 안전망을 확보하는 측면에서 최적화된 규제체계의 틀을 구축하는 데 있어 기초가 될 수 있다. 표준화의 대상과 범위가 매우 넓어 본표준화 동향 분석은 가장 활발하게 표준이 이루어지고 있는 항공/국방 분야를 기준으로 글로벌 품질표준 체계, 표준화 활동 및 표준의 개요를 제시한다. 그러나, 적층제조 기술이 가지는 횡적 전단능을 고려할 때 이러한 품질체계는 일반 소비재 산업이나 건축 산업 등까지 포괄적으로 적용 가능한 틀로 이해할 수 있다.

대상 데이터

적층제조기 술의 품질심사를 적용한 사례로, AC 7110/14로 레이저 및 전자빔을 이용한 분말베드 용융적층제조의 심사 요구사항이 규격화 되었다. AC7110 용접 기본 심사의 승인을 함께 받은 상태를 전제로 AC7110/14[17]규격을 인증받기 위해서는 크게 소재, 장비/장치, 공정관리, 작업, 검사와 적합성 기준, 장비/장치의 검보정을 심사대상으로 한다. 컴퓨터 기반 공정의 특성상 디지털 정보 처리와 관련한 S/W 관리, 파일관리, 보안 등에 대한 기록화 된 관리절차와 입증을 요구하고 있어 일반 제조 기업이 이를 충족하는 체계를 구축하는 것이 용이하지 않다.

이론/모형

레이저 PBF AM의 경우는 ISO/ASTM 52911[34]에 경험적인 디자인과 파트 배치전략의 가이드라인이 제시되었다. 적층 제조 파트의 형상특성은 ISO 14638[35]을 기반으로 정밀 도를 평가한다. 요구사항에 명기된 평가항목에 따라 대응되는 평가표준을 배치하고 절차화 하는 과정이 필요하다.
이 경우에는 ISO 17123[39]시리즈로 대형 레이저 스캐닝의 평가 표준이 규격으로 제시되고 있다. 표면의 질감 (texture)는 ASME Y14.36[40]의 기호체계를 이용한 평가 규정과 ASME B46.1[41]의 평가 표준규격에 따라서 분석한다. 표면 텍스처의 경우 roughness, waviness, lay로 구분하여 평가하나 연구논문[42]을 조사하면 구분이 없이 roughness로 표현하고 있다.

성능/효과

잔류응력제거 열처리, 용체화 열처리 및 HIP 처리된 상태의 파트의 AMS 표준 규격은 Tii-6Al-4V에 대해서 확인되지 않으나 AMS7000에 Ni 합금에 대한 표준이 발행되어 있다. 가공과 관련해서는 NADCAP의 심사 체크 리스트에 따라서 품질체계를 구성하는 것이 효율적이다.
실제로, 품질 체계를 구축하기 위해서는 상당한 비용과 시간이 소모[12]되므로 산업생태계의 집단적인 협력과 지성이 요구된다. 결론적으로, 품질 표준화는 산업별로 핵심이 되는 요구사항을 규정하고 요구사항을 충족하는 방법을 합리적인 합의의 틀로써 체계화하는 과정이라는 점에서 혁신 제조 기술의 선제적 표준화는 시장도입 단계에서 제기되는 다양한 불확실성을 완화할 수 있다. 따라서, 표준화 동향분석은 연구계와 산업계가 대상기술을 이해하는 사고의 틀을 이해하는 동시에 기술의 공급자와 수요자가 어떤 관점에서 품질체계를 구축하여야 하는 지에 대한 가이드라인을 제공할 수 있다.
이상에서 적층제조 기술과 관련한 글로벌 표준 동향을 계층화된 구조에서 살펴보았다. 표준화를 통해서 적층제조기술의 산업도입과 관련한 이해당사자의 품질 불확실성 이슈가 상당히 완화될 수 있음을 확인할 수 있다. 반면에, 이러한 표준화 동향은 적층제조기술의 특수성에 대한 고려가 부족해서 공급기업이 구축해야할 품질체계의 범위가 확대되는 문제를 야기한다.

후속연구

작업자의 관리 역시 교육과 시험을 통한 능숙함을 평가하고 권한을 위임하는 일반적인 요구사항을 제시하고 있다. AMS7003의 요구사항의 적용은 품질체계에 있어 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대되나 상당한 시간과 비용이 소모될 것이 예상된다. 더욱이, 공급기업 측면에서 AMS7003 적용의 매우 어려운 문제점은 PCD를 통해서 승인된 사항에서 변경이 발생하는 경우에는 변경 내용에 따라 재승인의 과정을 거친다는 점이다.
반면에, 표준화는 제조기업에 있어 품질체계 구축의 복잡성과 비용을 초래할 수 있고 이는 산업의 활성화 측면에서는 역작용으로 볼 수 있다. 결론적으로, 적층제조기술의 산업도입을 촉진하기 위해서는 산업생태계가 협업적인 상호작용이 필요하다. 글로벌 표준의 표준화 동향을 통해서 시장 참여자는 고객의 품질체계를 고려한 시장전략을 수립하고 수행하는 것이 결론적으로 시장 참여자의 향후 시장 확대의 강점이 될 수 있다.
글로벌 표준의 표준화 동향을 통해서 시장 참여자는 고객의 품질체계를 고려한 시장전략을 수립하고 수행하는 것이 결론적으로 시장 참여자의 향후 시장 확대의 강점이 될 수 있다. 분말의 재이용과 관련하여 핵심적인 분말특성 인자를 규정하고 추적 가능한 표준평가방법을 제시하는 분말 공급자, testability를 제공하는 S/W 공급자, 후속공정을 생략하고 장비의 건전성 평가 및 검보정 장치와 방법을 제공하는 장비 공급자, AM 파트의 물성 불확실성을 제거하는 후열처리 서비스 공급자, 자격 요건을 갖춘 비파괴 검사 서비스 공급자 등의 시장참여가 적층제조 산업생 태계를 활성화할 수 있을 것이다. 연구계와 학계에서는 새로운 혁신기술의 연구개발시 품질체계를 고려한 개발전략이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	적층제조기술의 기술 분류는 무엇에 표준화되어 있는가?	적층제조기술의 기술 분류는 ISO/ASTM DIS 52900에 표준화 되어 있으나, 표준 분류상에 규정하기 어려운 새로운 유형의 기술이 제시되고 있다. 세포, 음식재료, 약물과 같은 소재와 이를 이용하는 적층제조 기술이 개발되거나 상용화되고 있으나, 일반적인 적층제조기술의 범위로 분류되지 않고 폴리머, 금속, 세라믹 및 복합소재가 주요 소재 군으로 분류된다.
	적층제조 기술의 산업 도입에 따른 공급망 재편에서 강조될 수 있는 핵심적 특징 중 하나는 무엇인가?	대상 산업 역시 항공우주/국방, 바이오 디바이스, 헬스케어, 자동차, 발전/에너지, 조선/해양, 건축/건설, 인쇄전자, 소비재/쥬얼리 등 전 산업으로 확장되고 있다. 적층제조 기술의 산업 도입에 따른 공급망 재편에서 강조될 수 있는 핵심적 특징 중 하나로 횡적 전단능(cross-cutting ability)를 들 수 있다. 횡적 전단능은 제조 산업생태계 참여자가 산업 간의 경계를 넘어 시장에 참여할 수 있는 능력, 디지털 기술과 실물제조기술간 경계를 넘어설 수 있는 능력, 상이한 기술을 보유한 참여자간 연계성을 형성하는 능력, 수요자와 공급자간 경계를 넘어서는 능력을 포괄적으로 포함하는 경쟁력으로 정의하였고 제조기술이나 공급자의 소재부품 공급망 선택성의 척도로 활용할 수 있다.
	제품설계 개발에 있어 적층제조기술의 강점은 무엇인가?	적층제조기술의 산업도입의 유형은 기능파트(prototype) 제조를 이용한 제품설계 개발에 적용하는 유형과 제조 현장에서 필요한 각종 도구를 제조하거나 제품화 과정의 패턴, 몰드 등을 생산하는 유형으로 적용된다. 반면에, 적층제조기술은 대상 파트를 직접 생산(rapid manufacturing) 하는 기술로 강점을 가진다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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