핵심 인프라를 보호하는 설비에는 가동 중단이 허용되지 않습니다. 특히 소화 시스템은 필요할 때 즉시 작동할 수 있도록 항상 적정 압력을 유지해야 하며, 이를 위해 폐쇄형 임펠러와 같은 핵심 부품이 안정적으로 연속 운전되어야 합니다.
하지만 고객이 사용하던 기존 임펠러는 생산과 유지보수 측면에서 병목 요인이 되고 있었습니다.
기존 부품은 주조 청동으로 제작되어 조달 기간이 길었고, 지속적인 운전 환경에서 마모가 발생하기 쉬웠습니다. 고객은 이러한 문제를 해결하기 위해 Meltio의 금속 적층제조 기술을 활용하여 부품의 소재와 제조 공정을 새롭게 설계했습니다.
지속적인 압력과 반복 하중을 견뎌야 하는 부품
소화 시스템이 작동하면 임펠러는 정지 상태에서 수초 내에 최대 회전속도까지 도달해야 합니다. 이러한 급격한 기동 과정에서는 높은 토크가 시스템 전체에 전달되며, 임펠러와 연결 부품에 큰 기계적 하중이 발생합니다.
정상 운전이 시작된 이후에도 임펠러는 다음과 같은 환경에 지속적으로 노출됩니다.
- 진동에 의한 반복 하중
- 유체 흐름으로 인한 침식
- 부식성 유체에 의한 표면 손상
- 장시간 운전에 따른 마모
따라서 임펠러의 성능 저하는 발생 여부의 문제가 아니라, 어느 시점에 발생하느냐의 문제입니다.
주조에서 맞춤형 적층제조로
기존 임펠러는 주조 청동으로 제작되었습니다.
청동은 충분한 강도를 제공하지만, 금형 제작과 주조 공정이 필요하기 때문에 긴 납기가 발생하며, 현대 산업 환경에서 요구되는 신속한 부품 공급과 현장 대응에는 한계가 있습니다.
고객은 Meltio의 Directed Energy Deposition(DED) 기술을 적용하여 임펠러 소재를 316LSi 스테인리스강으로 변경했습니다.
이를 통해 기존 부품보다 우수한 기계적 특성과 내식성, 내피로성을 확보할 수 있었습니다.
또한 적층제조에 적합하도록 형상을 최적화하고, Meltio의 Radial 360 툴패스 전략과 전용 서포트, 가변 적층 조건을 적용했습니다.
그 결과 별도의 주조 금형 없이도 필요한 시점에 신속하게 부품을 제작할 수 있는 공정을 구축했습니다.
두 단계로 완성하는 정밀 적층 공정
첫 번째 출력 결과는 기능적으로 충분한 성능을 확보했습니다. 다만 고강도 스테인리스강으로 제작된 복잡한 내부 형상을 정밀하게 가공하는 과정에서는 몇 가지 개선 과제가 확인되었습니다.
특히 서포트가 적용된 하부 영역은 표면 품질이 충분히 매끄럽지 않았으며, 곡면부 일부에서는 적층량이 다소 과도해 추가적인 후가공이 필요했습니다.
이를 해결하기 위해 제조 공정을 두 단계로 분리하는 방식이 적용되었습니다.
먼저 임펠러의 일부 형상을 적층한 뒤 중간 가공을 수행하고, 이후 나머지 형상을 다시 적층하는 방식입니다.
이 과정에서 Meltio 포지셔닝 시스템을 활용하면 두 적층 단계 사이의 위치와 좌표계를 정확하게 유지할 수 있습니다. 이를 통해 내부 블레이드에 대한 가공 접근성을 높이고, 최종 치수 정밀도와 표면 품질을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
적층제조 전환을 통해 확보한 효과
기존 주조 방식에서 금속 적층제조로 전환하면서 고객은 단순히 새로운 임펠러를 제작한 것을 넘어, 더욱 유연하고 효율적인 유지보수 체계를 구축할 수 있었습니다.
