주조 산업에서 고품질 부품을 재작업 없이 효율적으로 생산하기 위해서는 각 제조 공정을 최적화할 수 있는 정밀한 데이터가 필수적입니다.전통적으로 주조업체는 치수 측정을 위해 일반적인 검사 기술에 의존해 왔으며, 그중 좌표 측정기(CMM)는 대표적인 장비입니다. 그러나 CMM은 측정 속도가 느리고 작업 병목 현상을 유발하여 생산 지연의 원인이 되곤 했습니다.이러한 문제를 해결하기 위해 3D 스캐닝 기술이 주조 산업에 도입되기 시작했습니다.

 

 

주조 표면의 완전하고 정확한 3D 스캔 데이터를 생산 공정의 여러 단계에서 캡처함으로써, 3D 스캐너는 주조업체가 금형 검증, 품질 관리, 결함 분석, 역설계(리버스 엔지니어링) 과정을 간소화할 수 있도록 지원합니다.금형 제작, 주조 검사 또는 마모 추적에 관계없이 3D 스캐너는 측정 장비 키트에 필수적인 도구이며, 때로는 좌표 측정기(CMM)를 대체할 수 있는 이상적인 솔루션입니다.본 기사에서는 주조 산업 내 3D 스캐닝의 다양한 활용 사례를 탐구하며, 생산, 검사, 주조품 성능 향상에 어떻게 기여할 수 있는지 살펴봅니다.주조 제조 공정의 각 단계에서의 3D 스캐닝

 

패턴, 금형 및 몰드 제작

주조 제조 과정은 패턴, 금형, 몰드 제작에서 시작됩니다. 휴대용 3D 스캐너를 사용하여 금형과 다이를 측정하면, 기술자들은 설계 요구사항과 공차에 대한 적합성을 확인할 수 있어 처음부터 정확한 치수를 보장할 수 있습니다. 수정이 필요할 경우, 3D 스캐닝은 어떤 부분을 조정해야 하는지 정확하게 파악할 수 있습니다. (예: Duisburger Modellfabrik GmbH는 Creaform MetraSCAN 3D 스캐너를 사용해 대형 주조품의 3D 스캔 데이터와 CAD 모델을 비교합니다.)

3D 스캐너는 접근이 어려운 내부 공동부(캐비티) 형상을 측정하고 CAD 모델과 일치 여부를 검증하는 데에도 이상적인 도구입니다. 복잡한 공동부의 육안 검사는 세부사항을 놓치기 쉽습니다. CMM의 경우, 공동부 내 소규모 영역만 측정할 수 있어 개별 측정점 사이에 위치한 형상에 대한 불확실성이 큽니다. 프로브 길이와 루비 팁 크기로 인해 깊은 리브(rib)나 긴 코어핀 주변 부위 접근이 어렵기도 합니다. 또한, 전통적 측정 결과를 CAD와 정확히 매칭하는 작업도 매우 어렵습니다. (예: EXCO Engineering은 중요한 공동부 측정에서 CMM 한계를 인지하고 Creaform 3D 스캐닝 기술을 채택했습니다.)

3D 스캐닝을 통해 주조업체는 주조품이나 왁스 패턴의 수축 또는 변형을 쉽게 식별하고, 형상이나 치수의 편차를 탐지할 수 있습니다. 이러한 차이를 분석하여 어느 부분을 조정해야 하는지 결정하고, 재료 수축이나 변형을 보상할 수 있도록 금형 설계를 개선하여 일관된 품질을 확보합니다.

패턴, 금형 및 몰드 제작에 대한 적용 사례

• 치수 검증(Dimensional Validation) – 금형과 다이가 설계 및 공차에 부합하는지 확인

• 금형 검증(Tooling Verification) – 형상 공동부가 CAD 모델과 일치하는지 확인

• 수축 및 변형 보상(Shrinkage & Distortion Compensation) – 주조품(또는 왁스 패턴)의 수축을 측정하고 금형을 조정하여 정확도 확보

 

 

프로토타입 검증, 초기 샘플 검사 및 품질 관리

프로토타입이 검증된 이후, 3D 스캐너는 초기 샘플 검사(FAI)와 품질 관리(QC) 과정에서 CMM을 보완하는 핵심 장비로 자리잡고 있습니다.3D 스캐닝은 주조 표면 전체의 포괄적인 데이터를 캡처하므로, 기공(포로시티), 휨(왜곡), 냉각 관련 결함 등 성능이나 구조적 완전성을 저해할 수 있는 문제를 쉽게 감지할 수 있습니다.기공은 재료를 약화시켜 누수나 가공 문제를 일으킬 수 있으며, 휨은 부품의 맞춤과 조립에 영향을 미칩니다.냉각 관련 결함은 수축, 균열 또는 취성을 유발해 내구성과 피로 저항성을 저하시킵니다.
3D 스캐닝을 통해 이러한 문제를 조기에 파악함으로써, 주조업체는 부품이 품질 요구사항을 충족하도록 보장하고 비용이 많이 드는 재작업을 방지할 수 있습니다.또한 3D 스캐닝은 코어, 인서트, 풀, 슬라이드 등의 적합성 및 정렬 상태를 검증하는 데도 효과적이며, 부품 간 완벽한 통합을 지원합니다.명확하고 시각적인 컬러맵은 부품과 CAD 모델 간의 정밀한 비교를 가능하게 하여 원래 설계에서 벗어난 편차를 신속하게 식별하고, 시간 소모가 큰 재제작을 예방합니다.

 

 

마지막으로, 3D 스캐너는 생산 부품 승인 절차(PPAP)를 자동 보고서 생성 기능과 함께 간소화하여 공차 준수를 보장하고 승인 주기를 가속화합니다.

프로토타입 검증, 초기 샘플 검사 및 품질 관리 적용 사례

• 주조 결함 탐지 – 기공, 휨, 냉각으로 인한 결함 식별

• 코어, 인서트, 풀 및 슬라이드 – 적절한 맞춤 및 정렬 보장

• 부품과 CAD 비교 – 주조 부품 스캔으로 원래 설계와의 편차 탐지

• 생산 부품 승인 절차(PPAP) 자동 보고서 생성

주조 성능 및 최적화

금형이 개발되고 초기 주조품이 생산 및 검사된 후, 다음 단계는 일관된 품질과 효율성을 위한 제조 공정 최적화입니다. 속도와 정확성을 결합한 3D 스캐닝은 주요 생산 관리 개선과 주조 성능 향상에 중요한 역할을 합니다.생산의 여러 단계에서 3D 스캔 데이터를 수집함으로써, 주조업체는 공차를 벗어난 주조품을 조기에 식별하여 이후 품질 검사에서 불합격되는 것을 방지할 수 있습니다.생산 공정을 즉시 조정하거나 주조품을 재작업하여 결함을 최소화하고 스크랩률을 줄입니다. 각 단계에서 상세한 기록을 유지함으로써 체계적인 문제 추적과 해결이 용이해집니다.
정기적인 검사에 3D 스캐닝을 통합함으로써 주조 기술을 지속적으로 개선하고 전체 제조 공정을 향상시킬 수 있습니다.

유사하게, 러너, 스프루 및 게이팅 시스템을 자주 상세히 3D 스캔하면 용융 금속의 분포에 관한 중요한 정보를 제공하여 엔지니어가 재료 활용을 극대화하도록 유로(flow channel)를 최적화하는 데 도움이 됩니다. 또한 3D 스캐닝은 온도 변화로 인한 금형의 팽창 또는 수축을 감지하여 열 변형 분석을 정확히 수행함으로써 치수 안정성을 확보할 수 있습니다.

 

 

또한, 3D 스캐너는 단 몇 분 만에 주조 부품 전체 형상을 캡처하므로, 빠르고 정확한 부품 검증이 가능하여 사이클 타임 단축에 기여합니다.따라서 3D 스캐너를 계측 장비 키트에 통합하면 높은 부품 품질을 유지하면서 주조 생산 속도를 가속화할 수 있습니다. 마지막으로, 3D 스캐닝은 주조 부품의 정렬 상태를 보장하고 가공 전 재료 두께와 양이 적절한지 검증하는 데 도움을 줍니다.가공 지그는 최적 정렬을 위한 기계 좌표를 계산할 수 있으나, 이러한 지그는 고가이며 주조품 종류별로 별도의 모델이 필요합니다. 휴대용 또는 자동화된 3D 스캐너를 사용하는 경우, 이 과정이 크게 개선됩니다.
품질 관리 목적으로 이미 수행된 부품 스캔부터 시작하여, 맞춤형 매크로를 통해 CAD 모델을 주조품 내에 정렬하여 위치를 최적화합니다.이후 소프트웨어가 CNC 기계에 필요한 기준 정렬 점(reference alignment points)을 생성합니다. 그 결과 CNC 기계는 주조품을 정확히 정렬할 수 있어 균형을 최적화하고 재료 두께를 일정하게 유지할 수 있습니다.

 

주조 성능 및 최적화 적용 사례

• 공정 개선(Process Improvement) – 스캔 데이터를 활용해 주조 기술을 정밀화하고 스크랩률 감소

• 러너, 스프루 및 게이팅 시스템 분석(Runner, Sprue & Gating System Analysis) – 유로(flow channel)를 스캔하여 용융 금속 분포 개선

• 열 변형 분석(Thermal Distortion Analysis) – 온도 변화로 인한 금형 팽창 및 수축 감지

• 사이클 타임 단축(Cycle Time Reduction) – 빠른 부품 검증으로 주조 생산 최적화

• 주조 정렬(Casting Alignment) – 가공 전 재료 두께 최적화 검증

 

고장 분석 및 마모 추적

3D 스캐닝은 고장 분석 워크플로우에 신뢰할 수 있는 방법으로 통합되어 금형 수명을 연장하고 기술적 문제를 해결하며 비용이 많이 드는 결함을 예방합니다.시간이 지남에 따라 반복 사용으로 균열, 휨, 표면 마모가 발생할 수 있으며, 3D 스캐닝은 금형 열화를 신속히 감지할 수 있습니다. 고해상도 표면 데이터를 캡처하고 원래 금형의 3D 모델과 비교함으로써, 재료 손실, 표면 결함, 변형과 같은 미세한 변화를 식별할 수 있습니다. 정기적으로 데이터를 측정하면 품질 관리 팀은 목표를 설정한 유지보수를 계획하여 주조품 결함을 방지하고 금형 수명을 연장할 수 있습니다.

 

 

컬러맵은 결함이 발생한 주조품을 원래 설계 사양과 비교하는 데 이상적인 도구로, 품질 보증 팀이 재료 불일치, 부적절한 주조 조건, 또는 작업 스트레스 등 결함의 원인을 정확히 파악할 수 있도록 돕습니다. 또한, 3D 스캐닝의 포괄적인 데이터는 금형의 장기적인 마모 및 변형 분석을 가능하게 하여 점진적인 휨이나 표면 열화를 조기에 감지할 수 있습니다.이를 통해 품질 관리 팀은 적시에 유지보수를 수행하거나 선제적으로 금형을 교체할 수 있습니다.

(왜 GF Casting Solutions가 기존 측정 솔루션에서 Creaform 3D 스캐닝 기술로 업그레이드했는지 읽어보세요.)

고장 분석 및 마모 추적 적용 사례

• 균열 및 마모 감지 – 주조 부품의 응력 균열 또는 과도한 마모 식별

• 근본 원인 분석 – 실패 부품을 설계 사양과 비교하여 결함 진단

• 마모 및 변형 분석 – 금형의 장기간 휨 또는 표면 마모 감지

역설계 (Reverse Engineering)

주조 제조 공정 개선뿐만 아니라, 3D 스캐닝은 역설계에 현명하게 활용되어 엔지니어가 정확한 디지털 3D 모델을 재생성하고 기존 설계를 개선할 수 있도록 지원합니다.3D 스캐닝은 독일 건설 장비 제조사인 BOMAG GmbH와 같은 산업체가 기존 부품을 디지털화하고, 단종되었거나 더 이상 구할 수 없는 부품의 CAD 모델을 재생성하는 데 사용됩니다.이를 통해 중요한 부품을 유지하거나 재생산할 수 있습니다.

높은 해상도와 정밀도를 지닌 3D 스캐닝은 경쟁사 부품 분석과 비교 벤치마킹에도 활용되어 설계 치수와 성능에 관한 귀중한 인사이트를 제공합니다.맞춤형 제조에서는 3D 스캐닝을 통해 기존 설계를 빠르게 수정 및 개선할 수 있어 특정 요구에 맞춘 최적화가 가능합니다. 또한 금형 아카이빙은 금형의 디지털 복사본을 생성하고 세부적인 금형 정보를 장기 보관함으로써, 향후 재생산이나 수정 시 더 쉽게 접근할 수 있도록 합니다.

역설계 적용 사례

• 기존 부품 디지털화 – 단종되었거나 오래된 부품의 CAD 모델 재생성

• 경쟁 벤치마킹 – 경쟁사 부품 분석

• 맞춤형 제조 – 기존 설계 수정 및 개선

• 금형 아카이빙 – 금형의 디지털 복사본 생성 및 보관

 

주조 제조에서 3D 스캐닝을 사용하는 5가지 주요 이유

 

1. 빠른 3D 스캐닝으로 신속한 품질 관리

다중 레이저 크로스를 갖춘 3D 스캐너는 다른 측정 기술보다 높은 측정 속도로 데이터를 획득하여, 주조 공장의 검사 시간을 수 시간에서 수 분으로 단축합니다.
Creaform 3D 스캐닝 솔루션은 메쉬를 자동으로 생성하여 스캔부터 활용 가능한 데이터까지의 작업 흐름을 간소화합니다.
(EXCO Engineering이 MetraSCAN 3D를 통해 검사 시간을 절반으로 줄인 경험에 대해 더 알아보세요.)

 

2. 표면 및 형상 전체 분석을 위한 포괄적 데이터

CMM과 측정 암에 주로 사용되는 프로빙과 달리, 3D 스캐닝은 이산 점이 아닌 전체 표면 프로파일을 캡처합니다.
이로 인해 더 완전하고 정확하며 신뢰할 수 있는 검사가 가능해집니다.
전체 형상의 명확한 컬러맵 시각화는 변형을 쉽게 식별할 수 있게 하여, 분석, 보고서 공유 및 부서 간 협업을 향상시킵니다.

 

3. 모든 사용자가 접근 가능한 직관적인 소프트웨어

3D 스캐너는 사용이 쉬운 것으로 잘 알려져 있으며, 수작업 스프레이 페인팅만큼 간단합니다.
Creaform.OS와 Creaform Metrology Suite 같은 직관적인 소프트웨어 솔루션과 결합되어, 전문성이나 경험 수준에 관계없이 모든 사용자가 접근할 수 있습니다.
현장 작업자도 다양한 형상, 복잡한 부품, 까다로운 표면을 동일한 장비로 빠르고 쉽게 익힐 수 있습니다.

 

4. 주조 생산 현장으로 계측을 가져오는 휴대용 3D 스캐너

3D 스캐닝으로 작업자는 계측실을 떠나 생산 현장에서 직접 스캔할 수 있는 유연성을 가집니다.
다이나믹 레퍼런싱을 가능하게 하는 광학 트래커 덕분에, Creaform 3D 스캐너는 현장 조건에서도 부품 정렬을 유지하고 측정 정확도를 보장하도록 설계되었습니다.
이로 인해 추가 중간 검사 수행이 가능해져 제조 공정과 주조 품질이 향상됩니다.

 

5. 대형 및 복잡한 주조품을 이동 없이 검사

1미터 이상의 대형 주조품을 측정 암이나 백색광 기술로 측정하려면 여러 번 위치를 바꿔야 하고, CMM은 거대해야 합니다.
반면 HandySCAN3D|MAX 시리즈는 정밀한 세부 묘사와 대용량 스캔이 모두 가능하도록 설계되어, 대형 부품의 고해상도 3D 스캔을 단 몇 분 만에 수행합니다.
(Siemens Energy가 기존 도구를 버리고 터빈 블레이드, 로터, 주조품 등 대형 복잡 부품 측정을 위해 HandySCAN 3D|MAX 시리즈를 선택한 이유를 알아보세요.)

 

3D 스캐너: 단순 측정 도구를 넘어선 혁신 기술

초도 검사 속도를 높이고 최종 주조 검증에서 엄격한 공차를 보장하는 등, 3D 스캐닝은 주조 산업에서 게임 체인저가 된 기술입니다.
검사 시간을 대폭 단축하고 주조 품질을 향상시킴으로써, 주조 공장은 공정을 효율화하고 결함을 조기에 발견하여 비용이 많이 드는 재작업을 최소화할 수 있습니다.

검사 단계를 넘어, 3D 스캐닝의 다재다능성은 금형 검증, 역설계, 공정 최적화 등 제조 전 과정에 걸쳐 활용됩니다.
이는 높은 투자 대비 효과를 제공하는 가치 있는 자산으로서, 단순한 측정 도구를 뛰어넘어 주조 산업의 효율성, 정밀성, 경쟁력을 혁신적으로 변화시키고 있습니다.