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ISSOFT CASE STUDY
금형 제작부터 최종 검사까지, 품질과 효율을 한 번에 잡는 방법
고품질 부품 생산, 재작업 최소화, 생산성 향상 주조 산업에서 이 세 가지는 늘 숙제처럼 따라붙습니다. 고품질의 부품을 빠르게 생산하고 불량률을 낮추기 위해선 단계마다 정확한 데이터 기반 검사가 필수적인데, 그동안 좌표 측정기(CMM)에 의존해 온 치수 검사는 측정 속도와 유연성에 한계를 보여왔습니다.
이러한 상황에서 3D스캐너는 전통적인 계측 방식의 대안을 넘어 주조 공정 전체를 혁신하는 핵심 장비로 떠오르고 있습니다.
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01 금형 제작부터 시작되는 정확도 – 3D스캐너의 첫 번째 역할 |
주조 공정은 패턴, 툴링, 금형 제작에서부터 시작됩니다.
이때, 3D스캐너를 활용하면 금형과 다이를 정밀하게 측정해 설계 요구 사항 및 공차 준수 여부를 확인할 수 있으며, 첫 단계에서 정확한 치수를 확보할 수 있고 수정이 필요할 경우 3D스캐닝으로 정확한 부분 조정 파악이 가능합니다.
CMM은 캐비티의 작은 영역만 측정하기 때문에, 각 측정 지점 사이의 데이터에 대한 불확실성이 큽니다. 또한, 프로브의 길이와 루비 크기로 인해 깊은 리브나 긴 코어 핀 주변을 정확하게 측정하기 어려울 수 있어 불편합니다. 기존 기술을 활용한 측정 결과를 CAD과 일치시키는 것도 쉽지 않습니다.
반면, 3D스캐닝을 활용하면 주조 공장에서 부품이나 왁스 패턴의 수축 및 변형을 쉽게 파악하고 형상 및 치수의 편차를 감지할 수 있습니다.
✅ 주요 응용 사례
● 치수 검증 : 금형 설계 및 공차 기준에 부합되는지 확인
● 툴링 검증 : 캐비디 형상이 CAD 모델과 일치하는지 검사
● 수축 및 뒤틀림 보정 : 주조 부품(또는 왁스 패턴)의 수축을 측정하고 정확도를 위해 금형을 조정
핸드헬드 스캐너는 좁고 깊은 캐비디 내부까지 측정 가능하여 CMM보다 더 많은 형상 정보를 빠르게 측정하고 정확하게 데이터를 수집할 수 있습니다.
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02 프로토타입 검증부터 초도품 검사(FAI) 및 품질관리까지 |
초도품 검사(FAI)와 품질관리에서도 ‘3D스캐너’는 대활약합니다. 기존처럼 일부 포인트만 찍는 것이 아니라 전제 표면 데이터를 수집하므로 CMM을 보완할 수 있습니다.
3D스캐너는 주조물 전체 표면의 데이터를 정확하게 수집하므로 다공성, 휨, 냉각 과정에서 발생하는 결함을 빠르게 식별할 수 있습니다.
다공성은 누수, 가공 문제를 유발하고 뒤틀림은 조립 및 장착의 문제를 초래하며, 냉각 결함은 수축과 균열 등으로 이어져 내구성을 저하할 수 있습니다. 이러한 결함은 제품 성능과 구조적 안전성에 영향을 미치므로 3D스캐너를 통한 조기 발견이 중요합니다.
✅ 주요 응용 사례
● 주조 결함 방지 : 다공성, 뒤틀림, 냉각으로 인한 결함 식별
● 코어, 인서트, 슬라이드 : 적절한 사이즈와 착용감, 정렬 확인
● 부품 및 CAD 비교 분석 : 주조물을 스캔하여 원래 설계와의 편차 감지
● 생산 부품 승인 프로세스(PPAP) 자동 보고서 생성
특히, CAD 데이터와 부품의 편차 차이를 시각적으로 보여주는 ‘컬러맵’은 원래 설계와 편차를 신속히 확인하여 불필요한 재작업을 줄일 수 있습니다.
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03 공정 최적화 & 성능 향상 – 똑똑한 생산성 및 일관성 확보 |
초도 주조물 생산 후에는 생산성과 일관된 품질을 위한 제조 공정의 최적화 단계로 나아가게 됩니다. 3D스캐너에서 제공하는 ‘정밀 데이터’는 주조 생산라인의 공정 개선에 유용합니다.
생산의 여러 단계에서 3D 스캔 데이터를 활용하면 허용 공차를 벗어난 주조물을 조기 선별할 수 있어, 최종 품질 검사에서 불합격 판정을 받기 전에 문제를 해결할 수 있습니다. 또한, 생산 라인을 즉시 조정하거나 주물을 즉시 재가공할 수 있어 불량률과 폐기율을 줄일 수 있습니다.
예로, 러너, 스프루 등을 스캔해 금속의 흐름을 스캔하고 재료 손실을 줄일 수 있으며, 열변형 분석을 통해 온도 변화로 인한 금형의 팽창이나 수축 상태까지 파악하여 치수 안전성을 확보할 수 있습니다.
✅ 주요 응용 사례
● 프로세스 개선 : 스캔 데이터를 기반으로 주조 기술 개선 및 폐기율 감소
● 러너, 스프루, 게이팅 시스템 분석 : 응용 금속 분포를 개선하기 위한 흐름 채널 스캔
● 열 변형 분석 : 온도 변화에 따른 금형 팽창 및 수축 감지
● 사이클 타임 단축 : 부품 정확도를 빠르게 검증하여 주조 생산 최적화
● 주조 정렬 : 가공 전 재료 두께가 최적인지 확인
생산의 여러 단계에서 3D 스캔 상세 데이터를 활용하면 허용 공차를 벗어난 주조물을 조기에 선별할 수 있으며, 시스템적 문제를 추적하고 해결하는 데도 유리합니다.
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04 고장 분석 및 마모 추적 - 장비 수명 연장이 핵심! |
금형은 시간이 지남에 따라, 마모되고 휘어질 수밖에 없습니다. 표면 열화, 뒤틀림, 균열 등을 고해상도 3D스캐너로 스캔한 후 3D 모델과 비교해 미묘한 변화 추이를 감지하고 금형 열화를 평가할 수 있습니다. 이 데이터를 정기적으로 측정하면 품질관리팀은 집중적인 유지 보수를 계획하여 주조 생산 과정에서 결함을 방지하고 금형의 수명을 연장할 수 있습니다.
또한, 컬러맵으로 주조물을 원래 설계 사양과 비교하면 재료 불일치, 부적절한 주조 조건 등의 원인을 식별하여 장비 유지 보수를 수행하거나 금형을 선제적으로 교체할 수 있습니다.
✅ 주요 응용 사례
● 균열 및 마모 감지 : 주조 부품의 응력 균열 및 과도한 마모 식별
● 근본 원인 분석 : 결함 부품을 설계 사양과 비교하여 결함 진단
● 마모 및 변형 분석 : 시간 경과에 따른 금형의 휘어짐이나 표면 마모 감지
툴링 수명 연장, 기술적 문제 해결, 고비용 결함 방지를 위한 고장 분석 워크플로우에 통합할 수 있는 신뢰 방법입니다.
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단종된 부품이나 금형 설계를 복원하거나 개선할 때도 3D스캐너는 강력한 도구입니다.
실제, 독일 기업 ‘BOMAG GmbH’은 단종된 부품을 디지털화해 CAD 모델로 재생성하고 주요한 부품 유지와 재생산을 이어가고 있습니다.
3D 스캐닝의 높은 정확도와 해상도로 경쟁사 부품을 스캔하여 치수나 설계 성능을 분석하는 등 벤치마킹 자료로 활용할 수 있습니다. 또한, 커스터마이징 제조에서도 기존 설계에 대해 빠르게 조정하거나 최적화하는 것이 가능하며 금형 아카이빙으로 디지털 사본 생성을 지속함으로써 향후 복제 및 수정 시 쉽게 접근할 수 있습니다.
✅ 주요 응용 사례
● 레거시 부품 디지털화 : 단종 부품을 CAD 모델로 재생성
● 경쟁사 벤치마킹 : 부품 스캔을 통한 설계 비교
● 커스터마이징 제조 : 기존 디자인 수정 및 개선
● 금형 아카이빙 : 금형 디지털 사본 보관
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