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금형의 모든 것, 3편
 
금형 솔루션 특집
 
Manufacturing기자 | 2015.04.01 | 2015년 4월호
 
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2월부터 이어져 온 ‘금형의 모든 것’ 특집의 마지막 편이다. 지난달과 같이 금형가공을 효율화하는 공작기 계, 공구, 코팅, 소프트웨어, 측정, 로봇 등의 솔루션이 소개된다. 다른 점은 국제 금형 및 관련기기전인 INTERMOLD KO REA 2015에서 그 솔루션을 직접 만나봤다는 것이다. 어떤 솔루션들이 이번 금형 특집의 마지막을 장식했는지 살펴보자 .
한일 금형 심포지엄에서 들어본 금형제조분야의 혁신(Change)과 기회(Chance)
금형 특집을 통해 우리나라 금형산업의 현황, 강점과 약점, 관련 솔루션에 대해 알아보았다. ‘금형의 모든 것’ 마지막 특집에서는 주관적 자아성찰에서 벗어나 밖에서 어떤 시선으로 우리를 바라보는지 객관적 평가를 들어보 고자 한다. 또 글로벌 경쟁에서 살아남으려면 앞으로 어떻게 해야 하는지, 그 혁신과 기회의 전략에 대해 전망해 보도록 한다.
 
 
  일본에서 본 한국의 금형제조분야
 
 한국은 금형제조분야에서 비약적인 발전을 이뤘다. 그 동력은 교육에 있다고 본다. 한국의 놀라운 점은 대학에서 금형을 체계적으로 가르친다는 것이다. 일본은 학교에서 금형을 가르치는 것에 부정적이다. 학과를 만들어도 의미가 없다는 목소리도 있다. 대개 현장에서 내부적으로 기술을 가르치기 때문에 대학 전공 수준으로 금형을 교육시 키지 못했다.
  한국은 대학에서 금형을 진지하게 공부한다. 그 점이 놀랍다. 나아가 학교에서 만들 어진 인재가 현장으로 연결된다. 실제로 서울산업대 금형 관련 학과 졸업생이 현장에서 일하는 경우가 많다고 한다. 이렇게 학교와 현장이 연결돼 ‘인재를 제대로 가르쳐 현장에서 적용한다’를 실현하는 것은 금형산업 발전에 대단히 중요하다.
 
 
  금형제조분야의 Change & Chance
 
 현재 금형 시장에는 다양화, 환경문제, 제조 기술의 변화라는 큰 위기이자 기회의 파도가 들이닥치고 있다. 이제까지의 전략으로는 기술과 코스트 측면에서 경쟁력을 키우고 있는 후발주자와의 경쟁에서 살아남을수 없다. 혁신하지 않으면 결국 뒤쳐진다. 이에 금형제조분야의 혁신(Change)과 미래가 가져올 기회(Chance)에 대해 깊이 의논해야 하는 때가 왔다.
  먼저 기술을 혁신해야 한다. 우리에게 필요한 질문은 ‘다음의 발견은 무엇인가?’이다.
 즉 금형분야에서 앞으로의 한 걸음을 제안할 수 있는 연구, 교육, 정책이 필요하다는 뜻이다. 최근 3D 프린터가 화제다. 질문은 그것이다. 3D 프린터로 무엇이 가능한가? 어떤 기술적 전개를 펼칠 수 있는가? 금형도 마찬가지다.
 또 금형에 대한 요구 수준은 날로 높아지며 코스트 다운 경쟁이 심화되고 있다. 이러한 상황에서 우리가 가야 할 길은 시스템 엔지 니어링이다. 생산기지가 중국이든 말레이시 아든 최고의 제품을 생산하려면 그 생산 시스템이 바뀌어야 한다. 그리고 이를 제어하는 엔지니어가 필요하다. 앞으로 기회는 많다. 혁신으로 기회를 잡는다면 경쟁에서 살아남을 수 있을 것이다.
 
  에디터|김유리
금형 가공 위한 대형·하이엔드 장비 – 두산인프라코어
산업 트렌드를 확인시켜준 세 가지 솔루션
 
 어떤 산업이든 그 분야를 이끄는 트렌드가 있기 마련이다. 전시회는 그러한 트렌드를 한눈에 확인할 수 있는 최적의된 인터몰드에서도 금형 산업의 현재 수요 동향을 만족시키는 수많은 제품이 출시되었다. 글로벌 Top 3를 꿈꾸는 계적 추세에 맞는 다양한 솔루션을 전시했다. 두산이 꼽은 트렌드 키워드는 ‘대형화, 고품위, 5축’이다.
 
 
  제품의 대형화로 대형 장비 수요 증가
 
 세탁기, 냉장고, 텔레비전 등의 가전산업이나 자동차 산업 등에서 불고 있는 제품 대형화 바람의 영향이 해당 제품을 생산하는 금형, 그리고 금형을 제작하는 장비로까지 이어지는 것은 당연한 일이다. 두산인프라코 어는 늘어나는 수요에 따라 금형 제작에 특화된 대형장비 BM 2740M을 지난해 하반기에 공식 런칭했다. 금형 가공, 특히 대형 금형 가공에 있어서는 기본적으로 상당한 시간이 소요되는 만큼 생산성보다는 정밀도를 장시간 유지할 수 있는 능력이 더욱 요구 된다. BM 2740M은 열변위 최소화와 장시간 정도 유지를 위한 설계를 적용하여 대형 금형의 고정밀 가공을 실현한다.
  높은 반복 정밀도와 낮은 열팽창 계수를 자랑하는 리니어 스케일을 전축에 표준으로 채택하고, 대칭 구조인 문형구조를 적용하여 장시간 가공에도 높은 정도를 유지한다.
 또 볼스크류 지지 베어링과 너트에 적용된 쿨링 시스템은 이송축 열변위를 대폭 감소 시켜 이송계의 강성을 유지시킨다. 외부 환경에 의한 구조물의 열변위를 최소화하기 위해 단열 커버를 적용한 것 역시 특징이다.
  이러한 대응에도 불구하고 가공 중에 어쩔수 없이 일어나는 열 발생에 대해서는 스핀들 및 구조물에 대한 열변위 보정 프로그램을 통해 정확한 가공 정밀도를 유지할 수 있도록 한다. 스핀들과 구조물에 다수의 열변위 센서를 부착하여 니터링 하면서 가공 중에 지속적으로 보정을 수행하는 것이다.
  BM 2740M의 스핀들은 정밀도와 생산성을 모두 보장하는 멀티 솔루션이다. 모터와 스핀들이 일체화된 빌트인 스핀들은 정확한 무게중심 설계로 진동과 소음을 최소화하여 가공 정밀도와 표면조도를 향상시킨다.
  또한 293mm로 길게 돌출된 롱노즈를 적용 하여 금형의 딥포켓 가공에 최적화시켰다.
  열변위 대응과 빌트인 스핀들 외에도 빠른 이송속도, CAM 타입의 공구 교환장치를 통한 고속 공구교환 등의 특징이 높은 생산성을 달성할 수 있도록 해준다.
 
 
  5축 금형 가공을 향한 움직임
 
 국내에선 아직 대부분의 금형 가공이 3축 장비로 이루어지고 있지만, 가까운 일본만 가도 5축 장비 활용에 대한 움직임이 활발 하다. 제품의 복잡성이 갈수록 심화됨에 따라 금형도 일반적인 3축 장비로는 가공이 어려울 정도로 형상이 복잡해지고 있기 때문이다. 이에 두산인프라코어는 국내 금형 시장에 효율적인 5축 가공 솔루션을 소개하고자 초고속 고정밀 5축 머시닝 센터인 FM200/5AX linear를 선보였다. 지난해 ‘대한민국 굿디자인 어워드’ 및 ‘레드닷 디자인 어워드’ 에서 수상의 영광을 거머쥔 이장비는 디자인은 물론 다른 국산 장비와는 차별화된 스펙으로 이번 전시회에서도 많은 참관객의 눈길을 끌었다.
  40,000r/min의 높은 회전 수를 자랑하는 고속 스핀들은 최대 속도에서도 주축의 진동이 작아 안정적으로 정밀한 가공을 할 수 있게 해준다. 고속 회전 시 스핀들 모터와 베어 링의 발열을 억제하기 위해 내부 냉각 순환 시스템도 적용하고 있으며, 이 같은 냉각 시스템은 다이렉트 드라이브 모터를 적용하여 고속 회전 및 가감속이 가능한 로터리 테이블에도 적용되어 있다. 모든 직선 축에 리니어 모터를 채택하여 이송 속도를 높인 것역시 특징이다.
  하지만 FM200/5AX linear의 가장 큰 특징은 바로 국산 장비 최초로 미네랄 캐스팅 소재를 적용한 베드다. 미네랄 캐스팅은 주물에 비해 진동감쇄 능력이 10배는 뛰어나 고속 가공 시에도 높은 안정성을 제공한다. 게다가 열전도율 또한 주물보다 약 25배 낮아 열적 안정성도 보장할 수 있다.
 
 
  고품위 금형 가공의 스테디셀러
 
 정밀함과 높은 조도는 금형의 품질 수준을 판정하는 결정적인 요소다. 두산의 NX Ⅱ시리즈는 최대 40,000r/min의 속도를 자랑 하는 스핀들로 정밀하고 매끄러운 금형을 제작할 수 있게 해주는 수직형 머시닝 센터다. 이 장비의 스핀들은 회전 수에 상관없이 베어링에 일정한 예압을 가하는 정압예압 구조를 적용, 기존 스핀들에 비해 저속 시의 강성과 고속 회전 수명을 향상시켰다.
  안정된 문형구조의 칼럼 및 베드 설계는 고속 절삭 이송 및 고정밀 가공에 우수한 성능을 발휘한다. 문형 기계구조는 열대칭 구조와 오버행 최소화 설계로 고정밀 가공을 실현한다. 무게중심과 이송 구동 중심간 거리를 최소화하여 이송 방향 전환에 따른 관성 모멘트를 줄인다. 이에 빠른 시간 내에 안정적인 이송이 가능하기 때문에 정밀한 가공이 가능하다. 또고출력 서보모터를 적용하여 이송계의 응답성을 향상시켰다.
  두산의 고속·고정도 윤곽제어 솔루션인 DSQ3(Doosan Super Quality)를 표준으로 적용하여 고정밀 금형 가공을 실현한다. 또한 NX Ⅱ 시리즈 역시 단열 커버와 이송계 쿨링 시스템 등 열 발생을 최소화하는 설계,열 발생으로 인한 주축 선단 위치 편차 보정과 온도센서를 이용한 구조물 각도 편차 보정 등의 열 변위 보정 기술을 적용하여 열적 안정성과 정밀함을 보장한다.
 
  에디터|김솔
 
 도움 주신 분
 
 두산인프라코어
 제품개발팀 한봉수 차장, 김근용 연구원
 마케팅팀 조한규 과장, 김고은 대리 www.doosanmachinetools.com
더 빠르고 정확한 금형 가공기 – 현대위아
자동차만큼 잘 만드는 금형
 
 금형 전시회를 통해서는 처음으로 모습을 드러낸 현대위아. 금형 시장 비중이 점차 확대되면서 자동차 부품에 집중하던 현대위아도 자사의 금형 솔루션에 대한 대대적인 홍보에 나섰다. 부스는 실제 가공 퍼포먼스를 선보이는 다양한 금형 가공기와 구경하려는 사람들이 몰려 연신 성황을 이뤘다. 그 중에서도 정밀 소형 금형 기술과 고품질 금형 부품 가공에 특화된 현대위아의 금형 솔루션 몇 가지를 꼽아봤다.
 
 
  엄브렐라 방식의 초고속 소형 가공기 i-CUT400M
 
 i-CUT M시리즈에서 가장 먼저 눈에 띄는 구조는 암레스(Armless) 방식의 툴 매거진이다. 펼쳐진 우산에 툴이 걸려져 있는 것같다하여 엄브렐라(Umbrella) 방식이라고도 한다. 공구 부착수량은 표준사양으로 14개, 선택사양으로 최대 21개까지 가능하며 공구 교환시간(Tool To Tool)은 1.6초, 칩투칩(Chip To Chip)까지는 1.89초 안에 가능하다. 비결은 ATC를 기존의 캠에서 서보모터 구동방식으로 변경했기 때문인데, 이로 인해 속도 및 공구 위치 제어기술이 향상돼 1초라도 더 빠른 가공이 가능하다.
  주축 구동방식으로는 주축과 모터가 한 덩어리처럼 직결된 다이렉트 방식을 적용했다. 적절한 베어링 예압을 설정해 주축의 강성을 증가시키는가 하면, 온도가 일정 범위 이상 높아질 경우 내부에서 주축을 냉각시켜 회전 시 온도 상승을 방지한다. 주축의 즉각적인 온도제어로 베어링 수명도 연장할 수 있다. 이 외에도 고속으로 돌아가는 24,000rpm의 주축 회전 수, 분당 56m까지 가능한 각 축의 급이송 속도도 가공 질을 높이는데 기여한다. 빠르고 정확한 정삭 가공으로 핸드폰 케이스나 전극 가공에 특화됐다.
 
 
  너트냉각방식 볼스크류로
 열변위 삼중차단 Hi-MOLD6500
 
 Hi-MOLD6500은 당사 장비와 자체 비교 결과 고속성과 주축 진동 및 열변위 성능비 교에서 우수한 평가를 받았다. 주축 가감 속은 20k rpm 기준 기존 장비보다 0.24초 빠른 2.71초를 보였고, 주축 총 진동량(20k rpm)은 0.44mm/s, 열변위(X/Y/Z 양방향)는 1/9/11μm의 안정성을 보였다. 이는 기존 장비의 주축 진동량이 0.95mm/s, 열변위가 7/15/19μm이었던 것에 비하면 큰 차이임을 알 수 있다.
  특히 오랜 시간이 걸리는 금형 가공의 특성상 쉽게 열에 민감해지는 부분들을 어떻게 보정한 것일까? 이에 대해 현대위아 공작기계 영업기술팀의 김민수 대리는 “Hi-MOLD6500은 기본적으로 달려있는 8개의 열변위 센서에 의한 보정뿐 아니라 너트냉각방식 볼스크류를 적용하여 반복적으로 움직이는 이송축까지 자체적인 냉각 효과가 있다”고 말했다. 기본적인 절삭유 냉각에 열감지 온도센서, 너트냉각방식 볼스 크류를 합치면 열변위 보정을 위해서만 기능이 삼중으로 적용된 것이다. 물론 원한다면 구조물 자체를 냉각하는 구조물 냉각기 법도 옵션으로 적용할 수 있다.
 
 
  DDM 방식의 틸팅 로터리 테이블로
 정밀도 Up, Hi-MOLD750/5A
 
 6500과 같은 Hi-MOLD시리즈인 5축 가공기 750/5A의 장점은 틸팅 로터리 테이블 옵션으로 기어 유격 없는 정밀 금형 가공이 가능하다는 것이다. 현재 시중에 나와 있는 기어 구동 방식의 로터리 테이블과 달리 1/1000°까지 위치 지정이 가능한 서보모터를 도입, 자체 개발한 직접구동방식(DDM: Direct Drive Motor) 로터리 테이블을 장비에 적용했기 때문이다. 테이블의 양쪽에서 움직이는 A축은 최대 150°까지 회전하고 가운데에서 로테이션하는 C축은 360°까지 움직인다. A축과 C축의 회전 각이 서보모터에 의해 제어돼 틸팅 가공 중에도 유격이 없고, 유격 오차가 제거되니 기어 구동 방식 대비 높은 수준의 정밀도를 내는 것은 인지상정이다.
 
  에디터|박진아
 
 도움 주신 분
 현대위아㈜
 공작기계 영업기술팀
 김민수 대리
 31229@hyundai-wia.com
정밀가공을 위한 고속가공기와 방전가공기 – 엑스론코리아
고속가공기 HSC MP7(우)과 그 가공 장면(좌)
고품질 금형을 위한 초정밀 고속가공 솔루션
 
 
 고품질 금형 가공을 위한 고속 가공기
 
 HSC MP7은 금형의 가공 품질이 더 엄격하게 요구될 때 추천할 수 있는 장비다. LED 렌즈 금형과 같이 높은 품질로 가공하기 어려 웠던 제품을 가공할 수 있기 때문이다. HSC MP7은 초정밀 리니어 다이렉트 드라이브가 장착돼 있고 높은 강성 및 진동 감쇠에 탁월한 갠트리 구조, 미네랄 캐스팅 구조로 가공 품질과 가공 효율성을 향상시킬 수 있다.
 또 넓은 Z축 가공 범위로 팔레트 및 가공 지그 설치가 쉽고 높은 공작물 가공이 용이하다. 간섭 형상의 최소화는 모든 회전 각도에서 짧은 길이의 툴로도 회전축에 가까운 가공을 가능케 한다. 이 외에도 표면조도 향상을 위한 엑스론만의 특허기술이 적용돼 가공 중 발생하는 진동을 최적화, 최소화하여 높은 표면 품질을 얻을 수 있다.
  HSC MP7은 새로운 하이덴하인 컨트롤러 iTNC 530 HSCI FS가 적용된 첫 번째 장비다. 이 컨트롤러는 유럽 안전기준을 충족하여 안정성이 강조됐다. 예를들어 고장이 나면 문이 열리지 않는 등 안전사고를 유발하는 요인이 차단돼 작업 안정성을 향상시켰다. 이외에도 윤곽 제어 컨트롤은 다양한 운전 모드와 최적화된 경로를 제어하여 가공 시간을 최적화할 수 있다.
  열변위 측면에서도 냉각수 분배기를 포함한 전체 9개의 통합 냉각관리 시스템을 통해 기계 구조 전체에서 발열을 제어한다. 또작업 환경을 고려한 인체공학적 디자인과 공간집약적 설계로 접근성을 향상시킨 것이 특징이다. 이 밖에도 여러 자동화 라인 구축이 가능한 기계 구조로 다양한 자동화와셀 설치가 가능하다. 이러한 HSC MP7은 3축과 5축 두 가지 버전으로 사용할 수 있다.
 
 
  자동화에 대응하는 초정밀 방전가공기
 
 기존 방전가공은 작업자의 영향을 많이 받았다. 오퍼레이터에 따라 가공 품질이나 작업시간이 다르기 때문에 균일한 품질을 달성할 수 없었다. 그러나 EDM 312는 작업의 표준화, 데이터베이스화로 초보자라도 숙련자가 하는 것 같은 방전 가공의 품질을 낼수 있다. 또 고객별 커스터마이징과 교육, 기술지원이 특화되어 있다.
  정밀도 측면에서 EDM 312는 대형 LM 가이드로 정밀도를 보장하며 최적의 드라이 브와 동력 제어를 위해 모든 축에 AC 서보 모터 직결 방식을 채택한 것이 특징이다.
 또 무거운 전극 이송 에도 Z축 무리가 가지 않으며 다용도에 적합한 컴팩트한 기계 구조다. 무엇보다 자동화 추세에 따라 다양한 자동화 시스템과 연결이 가능하도록 설계됐다.
 
  에디터|김유리
 
 도움 주신 분
 엑스론코리아 김도현 부장
 02-2698-8259
리니어 모터 구동 와이어 컷 방전가공기 – ㈜소딕코리아
소딕의 리니어 모터 구동 와이어 컷 방전가공기 SL400G
자체 기술로 달성하는 빠른 금형 가공
 
 
 와이어 컷 방전가공기는 와이어 형태의 전극과 공작물 사이에 일어나는 방전 현상을 이용해 공작물을 원하는 모양으로 가공하는 기계다. 전극 재료에는 동, 황동, 텅스텐 등이 있으며 가공기는 가공액의 종류에 따라 워터 타입과 오일 타입으로 나뉜다. 정밀 도가 높은 와이어 컷 방전가공기는 일반 공작기계로 가공하기 힘든 미세 가공에 활용할 수 있다. 빵이나 삶은 계란을 자를 때 칼대신 가느다란 실을 이용하면 더 깔끔한 절단면을 얻을 수 있는 것과 마찬가지다.
  소딕의 와이어 컷 방전가공기 SL400G는 리니어 모터는 물론 전원 공급기, NC 유닛, 모션 컨트롤러 등에 자체적으로 개발한 기술을 적용했다. 이를 통해 와이어 컷 방전가 공의 특징인 높은 정밀도는 물론 빠른 가공 속도까지 붙잡았다.
 
 
  마모와 변형이 적은 가공기
 
 SL400G의 가장 큰 특징은 볼 스크류 대신 리니어 모터를 사용한다는 점이다. 볼 스크 류와 리니어 모터는 회전운동을 직선운동으로 바꿔준다는 공통점이 있지만 볼 스크 류의 축 운동에서는 마찰로 인한 백래시가 발생한다. 반면 리니어 모터는 기계적 접촉 없이 부드럽게 이동하기 때문에 부품의 마모가 일어나지 않아 최초의 장비 정밀도를 오랜 시간 유지할 수 있다. 테이블을 비롯한 기계 주요 부품을 세라믹으로 만들었다는점 역시 주목할 만하다. 세라믹의 열변위는 철의 3분의 1 수준이다. 따라서 온도 변화가큰 환경에서 장시간 기계를 사용하더라도 와이어의 중심 위치는 거의 변하지 않는다.
  빠른 방전가공을 위한 솔루션 와이어 컷 방전가공은 복잡한 형상은 물론 단단하게 열처리한 재료도 가공할 수 있지만 일반 공작기계에 비해 가공 속도가 비교적 느리다. 소딕은 이러한 단점을 해결하기 위해 방전 전원 공급 장치를 주목했다. 소딕에서 개발한 ‘스마트 펄스’는 방전 에너지를 공급하는 방법 및 시간, 전극 간 거리를 제어해 방전 펄스를 컨트롤하는 전원 공급 기술이다.
  가공액으로 오일 대신 물을 사용한다는 점역시 방전가공의 속도 향상을 돕는다. 와이어 컷 방전가공기는 가공액 종류에 따라 오일 타입과 워터 타입으로 나눌 수 있는데, 오일 타입은 절연 저항값이 높고 일정해 가공 정밀도가 뛰어나고 장비 및 가공물을 부식시키지 않는다. 하지만 워터 타입 방전가 공기는 일정 정도의 가공 정밀도는 물론 빠른 가공 속도를 보장하기 때문에 오일 타입 방전가공기에 비해 널리 쓰이고 있다.
 
 
  자동결선장치와 무인가공
 
 와이어 컷 방전가공에서 전극은 상부 가이 드와 공작물, 하부 가이드를 관통한다. 하지만 가공 도중 와이어가 가이드의 구멍을 찾지 못해 윗부분이 길게 늘어지는 상황이 종종 발생한다. 이러한 경우 와이어의 텐션이 떨어져 가공이 지연되거나 중단된다.
 또 와이어 끝이 가이드의 구멍을 찾지 못하면 결선이 이루어지지 않는다. SL400G의 자동결선장치(Automatic Wire Threader)는 전극이 늘어지는 것을 감지하면 위에서 전극을 잡아당겨주고, 와이어 끝이 가이드를 통과할 수 있게끔 구멍의 위치를 찾아준다. 따라서 무인가공 중 와이어가 끊어지거나 늘어나더라도 가공을 순조롭게 진행할수 있다.
 
  에디터|송해영
 
 
 도움 주신 분
 ㈜소딕코리아 김영호 계장
 yhkim@sodickkorea.com
3D 프린팅과 밀링이 만난 하이브리드 장비 - 디엠지모리코리아
밀링과 적층 기술의 조합으로 만들어내는 시너지
 
 지난 인터몰드코리아 2015에는 내로라 하는 유명 3D 프린팅 업체들이 대거 참가 하여 금형 산업에도 예외 없이 불고 있는 3D 프린팅 열풍을 여실히 보여주었다. 기계 가공으로는 어려운 복잡한 형상의 구현이나 금형의 유지보수 문제와 관련해 금속 3D 프린터가 최적의 대안으로 떠오르고 있는 만큼 각 부스마다 참관객들의 관심이 대단했다. 하지만 그 중에서도 유독 눈길을 끈 것은 공작기계 생산의 긴 역사를 자랑하는 디엠지모리가 전통적 기계 가공 기술과 적층 가공 기술을 결합한 새로운 장비를 선보이 면서 본격적으로 3D 프린팅 시장 진출을 선언했다는 것이다. 최근 몇 년간 개최된 공작기계 관련 국제 전시회에서 업계를 선도 하는 유수의 기업들이 자신들의 오랜 기술 력을 바탕으로 한 새로운 3D 프린팅 솔루 션을 소개하고 있다. 과연 기존 기술과 3D 프린팅 기술의 조합이 어떤 시너지 효과를 만들어내기에 이러한 하이브리드 솔루션이 줄줄이 출시되고 있는 것일까? 국내 최초로 전시된 하이브리드 3D 프린팅 장비 LASERTEC 65 3D를 통해 살펴보도록 하자.
 
 
  속도와 정밀함 모두 잡는다!
 
 금속 3D 프린터는 제품 경량화, 가공 속도, 복잡한 형상 구현, 재료 절약 등 다양한 장점이 있지만 몇몇 한계점을 가지고 있기도 하다. 3D 프린팅 작업만으로는 높은 수준의 정밀도나 표면 조도를 만족시킬 수 없는 경우가 있기 때문에 프린팅이 끝나면 가공 물을 밀링 장비로 옮겨 다시 원점 세팅을 하고 추가적인 가공을 거쳐 치수를 맞추는 일도 많다. 이 경우에는 결국 두 대의 장비에 대한 설비 비용, 공정 간 이동 시간이 포함된 전체 가공시간이 모두 증가할 수밖에 없다. 하이브리드 장비가 등장하는 이유는 여기에 있다. 3D 프린팅과 밀링을 한 장비에서 해결함으로써 공간, 설비 비용, 가공시간을 모두 절약하는 것이 그 목적이다.
  디엠지모리의 LASERTEC 65 3D는 공구 교환 방식처럼 필요에 따라 스핀들에 절삭공 구를 장착하기도 하고 레이저 헤드를 장착 하기도 하면서 두 가지 공정을 모두 수행한다. 디엠지모리가 자랑하는 동시 5축 기술도 적용되어 있어 어떠한 형상이든 문제없이 가공할 수 있다. 특별한 정밀함이 요구 되는 경우, 한 층을 적층하고 다음 층을 적층하기 전에 절삭 가공을 실시하여 높은 정밀도를 달성할 수 있다. 정밀도 뿐만 아니라한 층을 쌓을 때마다 장비 두 대를 번갈아 이동할 때와 비교해 엄청난 시간까지 절약할 수 있음은 물론이다.
  게다가 차별화된 적층 방식으로 적층 속도 자체도 기존 방식과 비교해 약 20배 이상 빠르다는 것은 LASERTEC 65 3D의 큰 장점이다. 금속성의 파우더가 레이저 빔을 통해 녹아 내리는 즉시 형상이 만들어지는 파우더 노즐 방식으로 적층 속도를 향상시키 고, 여기에 밀링 기능을 통합하여 정밀도를 확보하는 동시에 전체 가공 시간과 가공 비용이 줄어드는 시너지가 발현되는 것이다.
  이러한 디엠지모리의 하이브리드 장비에 대한 업계의 기대는 상상 이상인 듯 하다.
  LASERTEC 65 3D에 대한 관심이 뜨거웠던 디엠지모리의 기자간담회에 참석한 옌스 하데나케 아시아 지역 사장은 “LASERTEC 65 3D 가공 시연 영상을 보여드리면 30배속으로 재생한 것이 아닌지 의심하는 고객이 있을 만큼 가공 속도나 성능에 대한 자신감이 있다”는 설명과 함께 “이미 올해와 내년에 생산 계획을 세운 물량에 대해서는 모두 판매가 완료됐다”며 시장의 뜨거운 반응을 증명했다.
 
 
  에디터|김솔
 
 도움 주신 분
 디엠지모리코리아
 031-488-6500
 www.dmgkorea.com
금형 산업에 활용되는 3D 솔루션– 쓰리디시스템즈코리아
1 쓰리디시스템즈의 금속 프린터 FroX™ 200. 2 CAD 데이터오아 금형 제품 스캔 데이터를 비교하여 수정 부분을 표시하는 지오매직 컨트롤의 컬러맵 화면
복잡한 금형 가공과 역설계를 위한 3D 솔루션
 
 
 금형도 직접 출력하는 금속 3D 프린터
 
 3D 프린터에서 금형을 만드는 것이 가능할까? 쓰리디시스템즈의 금속 프린터 ProX 시리즈는 금속 분말을 사용해 직접 금형을 출력한다. 이를 위해 사용 가능한 쓰리디시스 템즈의 금속 분말 종류만 15가지다. 작업자는 이 중에서 재료별로 검증된 물성치 테스트 자료를 참고하여 제조 공정에서 필요로 하는 소재나 강성에 적합한 재료를 골라 3D 프린터로 금형을 제작할 수 있다. 금형 중에 서도 대표적인 3D 프린팅 사례가 타이어몰 드다. 3차원 곡면 같은 복잡한 형상이 많을 수록 기존의 밀링 기계 등을 이용한 가공이 어려운 반면 3D 프린터를 이용하면 컴퓨터로 설계한 디자인 상의 복잡한 3차원 패턴 이나 자유곡면 형상을 그대로 출력할 수 있기 때문이다.
  금형의 형상을 잘 구현하는 것도 중요하지만 주조나 사출 등의 제작 과정에서 금형의 품질을 높이는 것도 중요 하다. 3D 프린터를 이용하면 기존 방법으로는 제작이 불가능했던 복잡하고 기하학 적인 구조의 냉각채널을 만들 수 있다. 효율적인 구조의 냉각 채널은 주조 및 사출 작업 시 전체 형상을 고르게 냉각시켜서 기공, 균열, 형상 변형 등의 불량 요소를 최소화 하는데 도움이 돼 제품 품질 향상에도 기여할 수 있는 것이다.
  무엇보다 금형을 프린터로 직접 출력하는 방식의 장점은 시간 단축이다. 기존 가공 방식이 최종 제품을 위해 디자인부터 제작까지 약 3~6개월 정도 시간이 걸렸다면 3D 프린터를 이용한 작업은 설계와 생산이 한 공간에서 진행되고, 즉각적인 설계 반영이 가능해 2~4주면 완성이 가능하다.
 
 
  역설계를 위한 3D 스캐닝
 
 실제로 양산 단계의 금형은 설계한 CAD 데이터와 많은 차이를 보인다. CAD 데이터를 기반으로 금형을 만들어도 수정할 부분이 생기면 언제든지 수가공으로 하는 추가 작업이 더해지기 때문이다. 문제는 이렇게 시행착오를 거쳐 최종적으로 만들어진 금형의 사본이 사라지거나 복제가 필요할 때마다 실제 양산된 금형과 저장된 CAD 데이 터가 다르면 설계를 처음부터 시작해야 하는 비효율적인 작업이 반복된다는 것이다.
  쓰리디시스템즈의 3D 스캐닝 소프트웨어 지오매직 컨트롤(Geomagic Control)은 완성된 금형을 스캔해 3D 참조형상을 가진 ‘스캔 데이터’를 생성한다. 스캔 데이터가 그자체로 완벽한 데이터는 아니지만 최초의 CAD 데이터와 비교하면서 설계가 변경된 부분들을 직관적으로 확인하고 수정하는데 이용할 수 있다. 또한 스캔된 데이터를 기반으로 각각의 서피스를 가지는 CAD 데이터로 변환하는 과정을 ‘역설계’라 하는데, 역설계를 거쳐 수정작업이 반영된 CAD 데이터를 금형 설계에 반영하면 양산용 CAD 데이터를 얻을 수 있다. 이로써 3D 스캐닝이 가지는 장점은 크게 세 가지다. 먼저 스캐너 장비를 이용해 참조 데이터가 자동 생성되니 시간이 단축되고, 이 같은 스캔 데이 터를 기반으로 역설계를 통한 간편한 재설 계가 가능하다는 점, 그리고 설계용 CAD 데이터와 양산용 금형 제품의 스캔 데이터를 비교해보면서 품질검사도 해볼 수 있다.
  3D 스캐닝은 어느 산업분야에서나 활용이 가능하다. 스캐너의 종류도 제품 사이즈나 정밀도에 따라 선택할 수 있는데 쓰리디시 스템즈에서 자체 개발한 스캐너는 지오매직 캡쳐와 아이패드에 연결해 사용하는 아이센스, 그리고 센스로 세 종류다. 쓰리디 시스템즈코리아에서는 타사 스캐너 장비도 함께 취급하고 있어 좀 더 다양하게 라인업을 이용할 수 있다.
 
 
  에디터|박진아
 
 도움 주신 분
 ㈜쓰리디시스템즈코리아
 3D프린터사업부 백소령 부장
 소프트웨어사업부 이지훈 팀장
 www.3dsystems.com
금형 후처리 작업의 로봇 자동화 - 쿠카로보틱스코리아㈜
1쿠카로보틱스가 인터몰드코리아에 전시한 디버링 및 폴리싱 로봇자동화 솔루션. 쿠카의 고정밀 로봇이 디버링 작업을 진행하고 있다.2디버링 작업이 끝나자 간단히 툴을 교체한 후 폴리싱 작업을 시작했다.3빠르게 가공물을 픽&플레이스 하는 소형로봇4소형로봇에 비전 시스템을 장착하여 공구를 교환할 때마다 공구 상태를 모니터링 한다.
정밀한 디버링 작업도 가능한 로봇이 있다?
 
 최근 국내외 자동화 관련 현황 조사를 보면, 생산 현장에서 사용되는 전체 공작기계의 약20%에서 로봇을 통한 자동화로 경제성 및 생산성을 개선시킬 수 있음에도 불구하고 이중 극히 일부에만 자동화가 이루어진 것으로 나타나고 있다. 하지만 인건비 상승, 산업 고도화 등의 이유로 자동화에 대한 관심은 지속적으로 높아지는 상황이다.
  현재는 가공된 제품을 장비에서 빼내고 새로운 워크를 투입하는 로딩·언로딩 작업에 로봇 자동화를 구축하여 생산성을 향상시 키는 것이 일반적인 로봇 적용 방식이다. 하지만 쿠카로보틱스는 자사 제품의 높은 정밀도를 기반으로 금형 가공 공정에 특별한 솔루션을 제공하고 있다.
 
 
  로봇으로 작업하는 디버링과 폴리싱
 
  쿠카로보틱스는 지난 인터몰드코리아 2015에서 자사의 소형 로봇과 고정밀 로봇을 이용하여 금형 가공 공정을 위한 새로운 자동화 시스템을 선보였다. 로봇으로 작업물의 로딩과 언로딩을 자동화하여 생산성을 향상시키는 것에 더해 디버링, 폴리싱과 같은 마감작업까지 원스톱으로 진행하는 솔루션이다.
  소형 로봇은 작업물의 픽&플레이스를 담당하는 한편, 비전 시스템을 장착하여 마감작업을 위한 가공 툴의 마모도를 체크 한다. 높은 정밀도가 요구되는 후처리 작업을 수행하는 쿠카의 고정밀 로봇은 ATC(자동 공구 교환) 기능을 이용해 툴을 교체해 가면서 디버링과 폴리싱 두 가지 작업을 모두 수행한다. 하나의 로봇으로 두 가지 공정을 처리할 수 있기 때문에 투자 비용을 절감할 수 있는 것 역시 사용자의 입장에선 큰이점이다.
  쿠카로보틱스는 전시에서 선보인 금형의 디버링 및 폴리싱 외에 고주파 열처리 작업에도 적용되는 등 다양한 방식으로 금형 가공 현장의 생산성 향상과 인건비 절약에 솔루션을 제공하고 있다. 지금부터는 디버링 및 폴리싱 자동화 시스 템에 적용된 두 가지 로봇을 자세히 살펴보면서 쿠카로보틱스가 어떻게 이처럼 솔깃한 솔루션을 제공할 수 있는지에 대해 알아보도록 하겠다.
 
 
  KR 60 HA와 아길러스 시리즈
 
 앞서도 이야기했듯이 미세한 버를 제거하는 디버링과 정밀 연마를 통해 표면 품질을 향상시키는 폴리싱은 고도의 정밀함을 요구하는 작업이다. 이렇게 정밀한 작업에 로봇을 활용할 수 있는 것은 당연히 로봇의 정밀도가 보장되어 있기 때문이다. 쿠카 고정밀 로봇 KR 60 HA는 높은 위치 반복정밀도와 경로 반복정밀도를 자랑한다. 특수 기어가 적용된 이 로봇은 ±0.05mm의 위치 반복정밀도를 보장 한다. 또 넓은 작업 반경의 고정밀 메카닉은 ±0.16mm의 선형 경로 반복정밀도를 구현한다. 여기에 파일을 이용해 쉽게 후처리 작업에 대한 동작을 프로그래밍하고 로봇에 인식시킬 수 있는 한국지사 자체 개발 프로그램인 ‘캐드롭’을 더해 빠르고 간편한 후처리 작업을할 수 있다. 이로써 공간과 비용 부담이 큰 가공기를 완벽히 대체할수 있기 때문에 로봇을 이용한 디버링 및 폴리싱 자동화에 대한 금형 업계의 관심은 나날이 증가하고 있다.
  픽&플레이스를 담당하는 쿠카의 소형 로봇 아길러스 시리즈는 빠른 동작 속도로 사이클 타임 향상에 기여하며, 견고한 구조로 작업 영역 전체에서 일정한 정밀도를 유지한다. 크기가 작기 때문에 설치 공간의 제약이 적은 것 역시 장점이다. 게다가 아길러스 시리즈의 모터 및 기어는 윤활유 교환이 필요하지 않기 때문에 중단 없는 연속 생산을 보장한다.
  KR 60 HA와 아길러스 시리즈를 포함한 쿠카로보틱스의 로봇은 유지보수 주기가 최대 20,000시간에 달할 정도로 길기 때문에 금형 후처리 작업 외에 로봇 자동화를 위한 생산성 향상을 필요로 하는 어떤 분야에도 최적의 솔루션이 될 수 있다.
 
  에디터|김솔
 
  도움 주신 분
 쿠카로보틱스코리아㈜
 마케팅팀 유현애 대리
 www.kuka-robotics.com
 031-501-1451
표면품질 향상 위한 경로제어 기능 - 지멘스㈜
지멘스는 MDynamics 외에도 효율적인 금형 가공을 위한 다양한 솔루션을 전시회에 선보였다.
반짝반짝한 금형을 만드는 지능형 솔루션 금형 가공 상의 오류는 곧 금형으로 생산 하는 수천, 수만 개 양산제품의 불량 문제로 이어진다. 때문에 금형 가공에 있어서는 완벽한 표면 품질과 공정 신뢰성이 특히 더요구된다. 지멘스는 이러한 요구사항 충족을 통해 보다 완벽한 금형 가공을 실현하는 통합 솔루션인 SINUMERIK MDynamics를 지원한다. SINUMERIK MDynamics는 CNC 하드웨어에서부터 혁신적인 HMI인 SINUMERIK Operate, CAD/CAM 솔루션까지 모두 결합한 3축 및 5축 밀링 가공용 테크놀로지 패키지다. 3D 시뮬레이션, 고속 가공 사이클(CYCLE832), 금형 보기 기능 등 다양한 기능들이 있지만 그 중에서도 가장 핵심이 되는 것은 Advanced surface 기능이다.
  가공 속도와 표면 품질 최적화 구현을 위한 지능형 경로제어 기능으로, 재가공 없는 고품위 금형을 생산할 수 있게 해준다. 정밀도는 기본이고 얼마나 조도를 향상시킬 수 있느냐가 금형 가공의 경쟁력을 판가름하는 때에 경쟁 우위를 선점할 수 있도록 도와주는 SINUMERIK MDynamics의 Advanced surface 기능을 자세히 알아보았다.
 
 
  선독과 스플라인 곡선
 
 금형 코어의 3D 자유곡면 가공은 특별히 주의를 기울여야만 하는 부분이다. 자칫 잘못 했다간 최초의 CAD 설계와는 다른 결과물이 만들어질 수 있기 때문이다. 모든 제품이 그렇듯이 금형 역시 제품 설계자가 CAD를 이용해 설계를 하고, 설계 데이터를 바탕으로 CAM 작업자가 NC 프로그램을 생성 한다. CNC는 NC 프로그램을 처리하여 축운동을 통한 기계 가공으로 변환시킨다. 문제는 CAM에서 NC 코드를 생성하는 방법이 CAD에서 아무리 수준 높은 곡면 형상을 생성했다 하더라도 결과물에선 절대 그형상을 구현할 수 없게 만든다는 것이다.
  CAM은 CAD 데이터의 표면을 직선으로 연결된 다면체로 변환시켜 NC 코드를 생성한다. 자유곡면의 설계 표면 역시 다수의 작은 평면들로 변환되어 근사치로 계산되기 때문에 애초 기획한 자유곡선 표면과는 달라질 수밖에 없다. 게다가 프로그래머가 이다면체에서 설정된 허용 오차 내에서 짧은 직선요소들로 구성된 NC 블록을 생성하면서 그 차이는 더욱 심화된다. 결국 원하지 않은 결과로 재가공을 해야만 하는 일이 생기게 되는 것이다. 금형의 납기 단축에 대한 요구가 지속되고 있는 상황에서 의도치 않은 재가공은 거래 단절의 좋은 빌미가 된다.
  Advanced surface는 지능적인 모션 제어를 통해 완벽한 표면 품질을 달성함으로써 재가공을 방지하는 솔루션이다.
  Advanced surfa ce의 최적화된 ‘Look Ahead’ 기능은 표면 품질 향상에 있어 가장 주목해야 할 기능이다. 다음 NC 블록을 미리 읽고 형상 및 속도변화를 계산하여 자연 스러운 윤곽 가공을 가능케 한다. 다른 많은 장비 및 컨트롤러 제조사에서도 금형의 표면 품질 향상을 위해 선독을 통한 윤곽제어 기능을 강조할 정도로 고품위 금형 가공에 있어 중요한 요소다.
 
  ‘컴프레서’ 역시 정확한 윤곽 정밀도와 높은 가공속도를 보장하는 기능이다. 연속적으로 연결되는 짧은 길이의 직선 블록간 연결부위 제어작업은 미소 블록의 각도와 조건에 따라 이송축의 가속 점프를 발생시키고, 이것이 기계 요소에 공진을 발생시키는 것이 일반적이다. 이 경우에는 공작물 표면에 진동 및 줄무늬 패턴이 나타나게 된다. 하지만 컴프레서 기능을 사용할 경우 지정된 허용 범위에 따라 G1(짧은 직선요소) 명령 순서를 따르게 된다. 명령을 결합하고 제어 시스템을 통해 연결된 직선 미소 블록을 일정 공차 이내의 스플라인 곡선으로 재해석한다. 컴프레서 기능에 의해 재해석된 스플라인 곡선은 일정한 곡률을 가진 경로를 생성하기 때문에 안정된 속도와 가속 특성을 얻게 된다.
 이 외에도 부드러운 가감속으로 기계 마모를 줄이고 수명을 연장시 키는 저크 제한기능, 각기 다른 길이의 미소블록으로 분할된 NC PG가 지정된 속도에 따라 속도 차이를 발생시키지 않고 일정한 속도를 유지하도록 프리프로세싱 메모리를 제어하는 FIFOCTRL, 제품 가공 시 발생할 수 있는 추종오차를 최소화시켜 빠른 속도에서도 정확한 형상 및 가공이 가능하도록 제어하는 FFWON 등의 다양한 기능으로 완벽한 금형 가공을 돕고 있다.
 
  에디터|김솔
 
 도움 주신 분
 지멘스㈜
 산업자동화사업본부
 www.siemens.co.kr
 02-3450-7000
금형 설계 자동화 소프트웨어 – 베로 소프트웨어
3차원 측정 프로그램 자동 생성 소프트웨어 – 한국미쓰도요
설계할 필요가 없는 금형 설계
 
 금형 가공이 잘 만들어진 하나의 금형을 반복해서 찍어내기만 하면 되는 것처럼 복잡한 금형 설계도 ‘정해진 틀’에 따라 누구나 간단하게 할 수 있다면 얼마나 좋을까? 금형 전시회에서 만난 베로 소프트웨어의 엔지니어인 Jens Weck은 WorkNC의 장점을한 마디로 ‘쉽다’고 정의했다. “단 3일 교육이면 캐드나 캠을 전혀 모르는 초보자도 기능을 이용할 수 있다. 물론 최초 금형 가공에는 수많은 지식이 필요하다. 그러나 그것은 전문 엔지니어 한 명이 미리 잘 만들어놓기만 하면 된다. 잘 만들어진 하나의 데이터베 이스가 표준이 되면 모든 사람이 쉽게 사용할 수 있다”고 설명했다.
  사실 금형 가공을 하는 업체마다 거의 비슷한 형상으로 비슷한 가공을 하는 것이 일반 적이다. 그렇다면 비슷한 형상을 가지고 작업할 때마다 매번 금형 설계를 새로이 하는 것도 번거로울 수 있다. 또 같은 모델이 라도 금형 설계자들은 툴패스를 만드는 방식이 제각각이기 때문에 결과물이 설계 작업자의 역량에 따라 크게 좌우되기도 한다.
  하지만 표준파일의 장점이 가장 잘 드러나는 것도 이 대목이다. 표준파일은 말 그대로 모든 모델에 하나의 ‘표준화된’ 기준을 적용하기 때문에 일정한 품질을 유지할 수 있다. 설계의 표준화를 가능하게 하는 표준파일 자동화와 툴 라이브러리 자동화에 대해 알아보자.
 
 
 표준파일을 이용한 CAM 자동화
 
 ‘표준파일을 이용한 자동화’는 전문가의 가공 설정 및 노하우가 담긴 파일을 데이터베이스로 구축해 WorkNC 안에서 자유롭게 관리하고 공유하는 기능이다. WorkNC에서는 이전과 비슷한 새로운 형상을 작업할 때 이전 작업의 모든 데이터가 저장된 표준파일을 불러 오면 기존의 툴패스와 동일한 툴패스를 모델 형상에 따라 자동으로 적용할 수 있다. 황삭, 중삭, 정삭 가공에 따른 가공 패턴, 가공조건, 홀더 등을 일일이 입력하는 수고가 줄어든 것이다. 홀더 간섭 체크, 3축 및 5축 장비의 간섭 체크, 리미트 체크 같은 부분도 소프트웨 어가 미리 간섭을 확인하여 시각적으로 표시및 회피하는 기능을 갖췄다.
 
 
 툴 라이브러리를 이용한 자동화
 
 기능 하나의 금형을 가공하는 데는 여러 공구가 들어간다. 이 공구에 대한 수치를 일일이 입력하는 것도 만만찮은 일이 아닐 수 없다.
  WorkNC는 기본적으로 OSG, DaeguTec, Mitsubishi, Hitachi 등 다양한 기업의 표준 화된 툴 라이브러리를 제공한다. WorkNC의 ‘툴 라이브러리를 이용한 자동화 기능’은공구에 대한 기본 정보 뿐만 아니라 툴패스를 작성하는데 필요한 가공 조건을 데이터 베이스로 구축하고 관리할 수 있다. 툴패스 작성시 요구되는 절삭 값, 이송 속도 등의 기본 가공 조건은 물론, 가공 방법과 소재에 따라 필요한 모든 가공 조건을 저장하고 관리할 수 있어 툴을 선택하는 것만으로 툴패 스를 작성할 수 있다.
 
 
  WorkNC V23, 새로운 기능들
 
 한편 오는 6월에는 WorkNC의 새로운 버전인 V23이 정식으로 발매된다. 가장 핵심적인 변화는 데이터 포맷이 변경된 점이다. 업그레이드 된 형상 정의 방식은 데이터를 압축하여 저장하는 프로세스를 간소화시킨 것은 물론 형상 데이터의 품질을 향상시켰다. 기존 V21과 비교한 결과 형상정의 속도는 최대 5배 빨라지고 워크존 용량은 최대 80% 감소했으며 형상의 품질은 개선되었다. 몇 가지 새로운 기능도 추가된다. 이번에 추가된 모핑 기술은 서페이스의 방향(속성)을 인식하여 일정한 피치로 툴패스를 제어하는 기술로, 리트랙트를 최소화시키는 효과를 기대할 수 있다. 형상에 따라 리트랙 트가 발생할 수 밖에 없는 기존의 상황에서 추가된 모핑 기술이 적용될 경우, 툴패스는 서페이스 방향에 따라 피치가 자동적으로 조정되어 리트랙트가 줄어든다. 결과적으로 가공 시간 단축과 함께 가공 품질이 향상되는 것이다.
  기존 WorkNC의 강력한 툴패스 편집 기능에 툴패스의 이송 속도를 변환시키는 기능도 새롭게 추가되었다. 사용자의 의도대로 툴패스 속도를 급속 이송, 절삭 이송, 어프로치 이송 등으로 자유롭게 지정함으로써 툴패스 최적화를 통해 가공시간이 단축된다.
 
  에디터|박진아
 
 도움 주신 분
 SESCOI GmbH (Vero Software Group)
 기술매니저 Jens Weck
 주식회사 세스쿠와 (Vero Software Group)
 Jens Weck
 기술지원부 김필주 과장
 070-8282-5805
복잡한 금형 측정도 자동 측정으로 쉽고 빠르게
측정 프로그램 자동 생성 소프트웨어 MiCAT Planner와 3차원 측정기 Crysta-Apex S 9166
금형은 고도의 정밀도가 요구되기 때문에 그만큼 측정으로 정밀도를 검증하는 것이 중요하다. 그러나 측정 작업이 어렵고 번거 로우면 정밀도를 제대로 검증할 수 없을 뿐만 아니라 작업 효율도 떨어지게 된다. 이에 대안이 될 수 있는 것이 바로 측정 프로그램 자동 생성 소프트웨어인 MiCAT Planner다.
  MiCAT Planner는 3D CAD모델과 PMI(제품제조정보)를 이용하여 원 클릭으로 3차원 측정기의 측정 프로그래밍이 가능한 소프트웨어다.
  이는 3D CAD모델에 포함된 PMI 공차 정보를 읽어 면, 원, 원통 등 각 측정 요소에 가장 적합한 측정기 센서를 적용시켜 측정 프로 그램을 전자동으로 생성하는 방식이다.
  소프트웨어가 최단 이동 거리, 측정 경로, 최소 프로브 자세 변경 횟수, 툴 체인지 횟수 등을 자동으로 계산한다. 이에 측정 순서가 최적화되어 최단 시간으로 측정할 수있게 한다.
  실제로 블록의 측정 파트를 측정한다고 했을 때 각각의 방법으로 측정 프로그램을 작성한 시간을 비교해 보았다. 2D 도면에 의한 프로그래밍은 45~60분, 2D 도면과 3D CAD를 활용한 경우 15~20분, 3D CAD모 델과 PMI를 활용한 MiCAT Planner로 프로그래밍하면 약 3분이 걸린다. 이로써 파트 측정 프로그램 작성 시간을 최대 95% 줄일 수 있다.
  결론적으로 MiCAT Planner를 이용한 측정 프로그래밍은 프로 그램 작업 공수 증대, 작업자에 의한 측정 프로그램 차이, 숙련도에 의한 비효율적인 프로그램 작성 등 측정 업무의 많은 문제를 해결한다. 즉 사용자에 따른 측정 품질의 편차 없이 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있으며 측정 업무를 대폭 효율 화한다.
 
  에디터|김유리
 
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 이명찬 사원
 031-361-4200
금형 산업 맞춤 제조통합 자동화 솔루션 - 한국델켐㈜
1 금형에 특화된 템플릿 제공으로 쉽게 BOM을 작성할 수있다. 2 가공기와의 연동을 통한 실시간 상태 모니터링이 가능하다.
금형에 특화된 Manufacturing Intelligence
 
 금형 가공을 위한 다양한 CAD/CAM 솔루션을 제공하고 있는 한국델켐이 자체 개발한 HDMI의 본격 출시를 앞두고 있다.
  HDMI란 제조실행 자동화 및 실시간 모니 터링을 기반으로 금형 산업에 특화시킨 제조 통합 자동화 솔루션이다. 가장 최신의 IT 기술을 적용하는데 열을 올리기보다, 새롭진 않아도 제대로 활용하지 못했던 기술 들을 금형산업에 맞게 완벽히 활용할 수 있도록 만들겠다는 것이 HDMI의 컨셉트다.
  HDMI가 포커스를 맞추고 있는 부분은 크게 관리기능, 가공 자동화, 예측기능이다.
  관리기능은 기본적으로 MES의 기능을 구현하되, 금형산업에 특화된 필수적인 기능만 담는다는 것이 핵심이다. 금형 제조에 맞춤화 된 BOM 및 공정 관리 템플릿을 제공 하여 쉽게 생산관리를 할 수 있게 해주고, 실제 금형 생산 환경이 반영된 기본 세팅을 설정하여 손쉽고 정확하게 비용 집계 및 예측이 가능하도록 해주는 방식이다.
  가공 자동화의 경우는 캠, 가공, 측정 자동화를 모두 포함하고 있는 것으로, 가공기와의 연동이 핵심 기술이다. 가공기와 연계하여 실시간으로 상황을 판단하고 계획 및 환경 변화에 대해 즉각적으로 대응할 수 있게 한다.
  예측은 말 그대로 공정 중에 일어날 수 있는 문제 상황을 예측하고 방지하는 것이다. 빅데이터와 예측 분석 기술을 이용해 위험을 감지 및 예방하고, 기계학습을 통해 일어날수 있는 모든 상황에 대응할 수 있게 해준다. 이로써 공구 파손, 장비 고장, 예상치 못한 품질 저하 등의 문제로 파생되는 시간 및비용적 손실도 예방할 수 있음은 물론이다.
  이처럼 다양한 기능으로 보다 나은 금형 생산 환경을 만들어줄 HDMI는 충분한 테스 트와 시범 적용 기간을 거친 후 올 하반기에 본격 출시될 예정이다.
 
  에디터|김솔
 
 도움 주신 분
 한국델켐㈜
 www.delcam.co.kr
 02-6918-3800
커넥션 타입의 영구전자척 – 오롬솔루션
영구전자척 EEPM-C 시리즈는 마그네틱 클램핑 블록 ECB 시리즈와 함께 활용할 수 있다. 슬라이더 가공 시 면판형 척으로만 가공물을 고정할 경우 무게 중심이 한쪽으로 쏠려 가공물이 흔들리기 쉽다. 하지만 마그네틱 클램핑 블록을 이용해 옆면을 잡아주면 복잡한 형상의 가공물도 안정적으로 클램핑할 수 있다.
대형 수직 선반의 클램핑도 간단하게
 
 지난 2월호 금형 특집 기사를 통해 오롬솔 루션의 마그네틱 클램핑 블록 ECB 시리즈를 소개했다. 마그네틱 클램핑 블록은 강하고 균일한 자력으로 공작물을 고정시키기 때문에 물리적인 클램핑에 비해 흔들림이 적다. 또 전원을 켤 때만 전력이 필요하기 때문에 발열이 적어 클램핑 시간이 길어지더 라도 가공물에 영향을 거의 미치지 않는다.
  하지만 클램핑 마그네틱 블록은 스틸로 된바(bar)를 이용해 앞뒤로 연결되기 때문에 블록을 양 옆으로 혹은 원형 테이블의 가장 자리를 따라 배치할 경우 연결성이 약해진 다는 단점이 있다.
  오롬솔루션의 영구전자척 EEPM-C 시리즈는 면판형에서 파생되었지만 마그네틱 클램핑 블록의 장점인 높은 활용도를 함께 갖추고 있다. 자력을 이용해 가공물을 고정시 킨다는 점은 마그네틱 클램핑 블록과 다르지 않다. 하지만 영구전자척 EEPM-C 시리 즈는 케이블을 이용해 척과 척 사이를 연결 해, 척을 양 옆으로 배치하는 경우에도 척을 단단하게 연결할 수 있다. 또 케이블은 바와 달리 길이가 길고 유연성이 있어 대형 수직 선반 가공에도 활용 가능하다. 케이블은 길이에 따라 300mm, 500mm, 1,000mm, 1,500mm 네 가지 종류로 나뉘며 가공 특성에 따라 선택하면 된다.
  영구전자척 EEPM-C 시리즈를 이용해 가공 물을 고정하는 법은 다음과 같다. 우선 전압과 가공물의 크기를 고려해 영구전자척의 개수를 정한다. 하나의 컨트롤러에는 최대 16개의 척을 연결할 수 있다. 만약 가공 물의 지름이 16개의 척을 연결한 길이보다더 길다면 척을 두 개의 그룹으로 나눠 연결해야 한다. 16개의 척을 모두 연결할 경우 지름이 10m인 수직 선반까지 가공할 수 있다. 척을 테이블 위에 배치했다면 가공물을 얹은 뒤 컨트롤러를 이용해 자력을 넣어준다. 수동 레버를 이용하는 마그네틱 클램핑 블록과 달리 영구전자척은 전기식 컨트롤 러를 이용한다.
  금형 가공에서는 표면이 매끄러운 금속을 가공하는 경우가 대부분이지만 더러 평탄 도가 낮은 공작물을 가공해야 할 때가 있다. 이러한 경우 영구전자척 EEPM-C 시리 즈는 마그네틱 클램핑 블록 ECB 시리즈와 마찬가지로 스프링블록, 고정블록 등을 이용해 가공물을 더 안정적으로 고정시킬 수있다.
 
  에디터|송해영
 
 도움 주신 분
 오롬솔루션
 박석현 대표
 orom21@gmail.com
깊은 홀의 정밀한 가공 위한 드릴링 시스템 - 샌드빅 코로만트
1 인터몰드코리아에 전시된 CoroDrill 8002 특수한 공구 설계가 원활한 칩 배출을 돕는다.3 이젝터 드릴 시스템을 적용을 위한 딥홀 드릴. 직경이 큰 경우 추가로 적용되는 베이클라이트 소재의 패드가 눈에 띈다. 패드 밑에 자리한 두 개의 스크류는 미세한 경 조정이 가능하도록 해준다.4 제품과 함께 전시된 가공 결과물. 눈에 보이지 않는 가공이기에 더욱 정확도와 칩 배출 문제가 중요하다.
원활한 칩 배출과 정확도 내세운 딥홀 드릴
 
 금형의 냉각홀 가공과 같은 깊은 홀의 드릴링 공정에서 가장 중요한 특성은 높은 칩 제거율과 정확도를 꼽을 수 있다. 밀링이나 터닝처럼 눈에 보이는 공정도 아닌데다가 가공 깊이도 상당해서 칩 배출이나 정확성 문제를 만족시키기가 어렵기 때문이다. 홀 진직도나 치수공차, 표면 조도 역시 중요한 문제지만 앞선 두 가지 특성을 얼마나 만족시 키느냐 하는 것이 딥홀 가공 결과의 큰 차이를 만든다.
  샌드빅 코로만트의 딥홀 가공용 CoroDrill 800은 칩을 홀 밖으로 원활히 배출하기 위해 공구 설계와 절삭유 압력을 조합한 방식을 사용한다. 특허 출원 중인 고유의 공구 설계가 막힘 없는 칩 배출을 보장하며, 절삭유 가속기는 저이송이나 고이송에 상관 없이 뛰어난 칩 컨트롤 능력을 제공한다.
  새로운 내측 인서트의 L형상 역시 칩 형성과 배출 능력을 향상시키고 있어 눈길을 끈다.
  CoroDrill 800은 STS와 이젝터 드릴 시스템 모두 표면 조도와 치수 공차, 동심도가 정밀하다는 것 역시 특징이다. 특히 공구 측면에 장착된 초경 소재의 가이드패드는 가공부하를 줄이는 것은 물론 진직도, 동심도 향상에 대한 보조적인 역할까지 수행 하여 보다 정밀한 홀 가공을 할 수 있게 해준다.
 
  에디터|김솔
 
 도움 주신 분
 샌드빅 코로만트 정영달 이사, 서진하 부장 www.sandvik.coromant.com
 02-3397-6400
세팅 시간, 전력 소모 줄이는 영구자석척 - 개성테크노로지스㈜
1, 2레버를 돌려 간단하게 ON/OFF 할수 있으며, 부분적인 자력 생성도 가능하다. 3 코어의 분할 구조는 부분적 자력 생성뿐만 아니라 원하는 크기나 형태의 영구자석척을 쉽게 제작할 수 있게 해준다.
장시간 가공에 마그네틱척을 효율적으로 이용하는 법
 
 
 생각보다 많은 시간과 노력을 필요로 하는 공작물 세팅 작업의 번거로움을 해결해주는 마그네틱척. 하지만 대부분의 마그네틱 척은 전기를 사용하기 때문에 장시간 작업을 요하는 금형 가공의 경우 상당한 전력 소비로 인해 비용적인 부담이 발생하는 것이 사실이다.
  개성테크노로지스의 영구자석척 MAGBED는 전력 사용 없이 ON/OFF 전환이 가능하기 때문에 장시간 작업에도 부담을 덜 수 있는 툴링 시스템이다. 작업자가 간단히 스위 치레버 조작만 하면 축이 회전하면서 자극 배열을 바꾸는 원리로 자력의 ON/OFF 상태를 제어할 수 있는 것이다. 전기를 전혀 사용하지 않아 별도의 컨트롤러나 배선 설치도 필요하지 않다 보니 설치나 이동이 편리하다는 이점도 부수적으로 따라온다.
  자력을 발생시키는 코어가 분할 구조로 되어 있기 때문에 척상면에 부분적으로 자력을 생성할 수 있어 다양한 작업이 가능하다는 것도 눈에 띄는 특징이다.
 
  에디터|김솔
 
 도움 주신 분
 개성테크노로지스㈜ 기술영업부 유영일 부장 www.ksmag.co.kr
 051-831-4545
깊은 홀 가공을 위한 초경 싱글 인덱서블 롱 드릴 - ㈜예스툴
50×D까지 가공하는 새로운 롱 드릴
 
 
 금형 몰드베이스의 각종 핀 자리나 냉각 유로는 깊은 홀 가공을 필요로 한다. 일반적으로 이 같은 가공에서는 건드릴을 사용해 왔는데, 예스툴이 본격 출시를 앞두고 있는롱 드릴은 금형 몰드베이스의 깊은 홀 가공에서 건드릴을 완벽히 대체할 수 있도록 개발되었다.
  예스툴의 주력 생산품인 초경 싱글 인덱서블 드릴은 바디 및 인서트 조립에 요구되는 정밀한 공차로 인해 깊은 홀 가공용으로 개발하는 것이 쉽지가 않았다. 그러나 연구개발에 대한 지속적인 투자로 마침내 홀경 50×D까지 가공이 가능한 초경 싱글 인덱서블 타입의 롱드릴 ‘F1’을 출시하게 되었다. F1 드릴은 딥홀 드릴로는 불가능한 20mm 이하 직경의 가공도 가능하며, 건드릴에 비해 가공속도를 최대 5배까지 높일 수 있는 장점이 있다. 가공 조건만 좋으면 홀공차 H8까지의 높은 정밀도를 달성할 수도 있다.
  기존의 튜브타입 외날 건드릴의 절삭속도는 Vc 20~50m/min, feed 0.05~0.1mm/ rev, 2날 튜브타입 건드릴의 절삭속도는 Vc 20~50m/min, feed 0.05~0.2mm/rev 정도였다. 하지만 예스툴의 F1 드릴은 Vc 60~100m/min, feed 0.15~0.3mm/rev란 빠른 속도로 드릴 직경 최대 50 dia까지 가공할 수 있는 획기적인 롱 드릴이다.
 
  에디터|김솔
 
 도움 주신 분
 ㈜예스툴 이정수 대표
  www.yestool.co.kr
 031-493-2387
플라스틱 사출 금형을 위한 BalinitⓇ코팅 – 올리콘발저스코팅코리아(유)
BalinitⓇLUMENA 코팅을 적용한 플라스틱 사출 금형. 금형의 마모와 변색을 막아 생산성과 비용 효율성을 향상시킬 수 있다. 플라스틱 사출 금형 이외에도 포밍공구, 다이캐스팅 금형, 절삭공구 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.
값비싼 금형, 한 번 만들어 오래 사용하자
 
 프레스, 다이캐스팅과 비교했을 때 플라스틱 사출 금형은 그 수명이 길고 가격이 비싸다. 따라서 생산성을 높이기 위해서는 한 번제대로 만들어 오래 사용하는 것이 관건이다. 특히 사출 작업에서 금형 표면의 품질은 제품의 질을 좌우할 정도로 중요한 요소다.
  코팅은 다양한 재료를 이용해 금형 표면에 고경도의 박막을 형성해 금형의 경도를 높이고 표면 품질을 향상시킨다.
  하지만 코팅이라고 해서 다 같은 것은 아니다. 코팅 공법은 크게 CVD(Chemical Vapor Deposition)과 PVD(Physical Vapor Deposition), 열 용사, 도금 등으로 나눌 수있다. 올리콘발저스코팅코리아(유)의 코팅 공정은 대부분 PVD 방식으로 이루어진다.
  PVD 코팅은 두께조절이 쉽고 열로 인한 모재 변형을 일으키지 않는다는 장점이 있다.
  PVD 코팅 내에서도 물질에 따라 코팅 종류가 다양하게 나뉜다. 또 각각의 코팅은 서로 다른 종류의 마모에 강하기 때문에 금형이 어떤 솔루션을 필요로 하는지 우선적으로 파악해야 한다.
 
  마멸마모(abrasive wear) 사출 작업 시 글라스 파이버 등으로 인해 금형 표면이 움푹 파이는 경우를 가리킨다. 글라스 파이버보다 단단한 재료로 금형을 코팅함으로써 해결할 수 있다. 이러한 경우 TiAIN, AlCrN 등과 같이 비커스 경도 3,000 이상의 고경도 코팅을 적용한다.
 
  응착마모(adhesive wear) 경사 및 작동 코어가 작동중 마찰을 일으키며 스크래 치가 발생하는데 이는 금형의 수명을 단축시킨다. 그리스를 발라 해결할 수 있지만 그리스의 유분이 제품에 묻으면 불량을 일으킨다. 응착마모는 마찰계수가 낮은 BalinitⓇC(WC/C) 코팅이나 고경도의 BalinitⓇLUMENA 코팅을 이용해 방지할수 있다.
 
  부식마모(corrosive wear) 물리적인 마찰뿐만 아니라 수지를 사출할 때 발생하는 가스가 부식을 일으키기도 하며 이때 부식생성물 역시 금형을 마모시킨다. 녹이 슬지 않는 코팅을 이용해 부식마모를 개선할 수 있지만 100% 막는 것은 어렵다.
 
 
  수지 흐름을 개선시키는 금형 코팅
 
 플라스틱 사출 작업에서는 금형의 표면을 제품 위에 그대로 전사시키는 것이 중요하다. 이를 위해 주목해야 하는 부분이 ‘수지의 흐름’이다. 플라스틱 사출에서는 고체 위로 액체 형태의 수지가 흐르기 때문에 응고를 고려해야 한다.
  플라스틱 수지는 금형과 닿는 면부터 응고 되면서 서서히 흘러 들어간다. 응고 속도가 느릴 경우 더 많은 수지가 흘러 들어가 금형의 무늬를 효과적으로 전사하게 된다. 이러한 수지의 흐름에 영향을 미치는 것이 열전 도계수다. BalinitⓇ코팅을 적용한 금형은 단열효과를 가져 일반 금형에 비해 사출시 금형 표면의 열전도계수가 낮다. PC 재질은 최대 30%, PP 재질은 평균 10% 가량 수지 흐름을 개선할 수 있다. 따라서 수지가 금형에 소착되는 것을 막고 금형 표면을 더 효과 적으로 전사할 수 있다.
 
 
  플라즈마 확산 표면처리 PRIMEFORM™
 
 기존에는 금형 길이가 1.5m를 넘을 경우 코팅을 할 수 없었다. 하지만 대형 금형 코팅에 대한 수요는 끊임없이 존재해왔다. 이에 올리콘발저스는 지난해 대형 금형 코팅이 가능한 플라즈마 확산 표면처리 공법 PRIMEFORM을 발표했다. 금형 위에 코팅 층을 한 겹 입히는 일반 코팅 공법과 달리 PRIMEFORM은 원하는 원소를 플라즈마 상태로 만들어 금형 내부로 침투시킨다.
  PRIMEFORM의 장점은 표면처리를 하고난 뒤에도 용접이 가능하다는 것이다. 길이9.5m, 지름 3m, 무게 40톤 이내의 금형이라면 PRIMEFORM 처리가 가능하다.
 
  에디터|송해영
 
 
 도움 주신 분
 올리콘발저스코팅코리아(유)
 정세진 이사 손혜리 대리
 031-680-9999
전시 스케치 – 눈길을 사로잡은 솔루션 모음

이제 터닝센터에서도 열 변위 걱정 끝-화천기공
화천기공에서는 공작기계의 정밀도를 높이고 가공시간을 단축하는 소프트웨어 시리즈를 선보였다. 이 중 터닝센터에 적용하는 L-HTDC는 이번 전시회에서 새롭게 소개됐다. HTDC는 가공에서 발생하는 열 변형 오차를 최소화하고 일정한 가공 정도를 유지하는열 변위 통합 제어 시스템이다. 지금까지는 머시닝센터에서만 사용 됐지만 이제 선반에서도 온도센서를 부착해 열 변위를 자동으로 보정하는 기능이 추가된 것이다. 왼쪽 사진은 소프트웨어를 설명하는 화천의 미디어타워, 오른쪽 위 사진은 L-HTDC가 적용된 터닝센터다. 오른쪽 아래는 선반 열 변위 보정 기능을 설명하기 위한 샘플로, 각각 HTDC를 적용했을 때(위)와 하지 않았을 때(아래) 열 변위에 따른 표면조도의 차이를 보여준다.
 
  에디터 박진아
3D프린터, 금형 제작부터 수리까지 -㈜인스텍
3D프린터로 제작한 플라스틱 시제품을 놓고 감탄사만 연발 했던 게 엊그제 같은데 어느덧 ‘금속’이다. 참관객들은 금속 3D프린터로 만든 복잡한 형상의 금형과 3차원 냉각수로에서 시선을 뗄 줄 몰랐다. ㈜인스텍의 금속 3D프린터 MX-4는 중소형 금속제품 조형을 위한 DMT 금속 3D프린터다. 일반 산업용 금속분말을 사용할 수 있어 경제적이고 재료 선택의 폭이 넓다는 특징을 갖고 있다. 또 오래 사용해 마모된 금형을 새것처럼 수리하는 것도 가능하다.
 
  에디터 송해영
5축 그라파이트가공, 이렇게 안정적으로- 마키노
길고 얇은 리브 전극을 가공하려면 공구의 길이가 길어진다. 결국 가공 안정성과 품질이 떨어질 수밖에 없다. 5축가공기라면 이 문제를 해결할수 있다. 5축가공기에서는 테이블의 경사축이 움직이므로 공구를 짧게 물려도 깊은 부분까지 깎을 수 있기 때문이다. 이에 공구 직경에 대한 길이 비율인 L/D비가 낮아 빠르면서도 안정적으로 전극을 가공할 수 있다. 마키노의 5축 그라파 이트 가공기 N2-5XA는 공구를 짧게 물림으로써 3축 가공기에 비해 가공 시간을 79% 절감한다. 또 안정적 가공으로 진동을 제어하기 때문에 공구 교체 비용도 54% 가까이 절약할 수 있다.
 
  에디터 김유리
다양한 기능으로 중무장한 컨트롤러 -하이덴하인코리아
좋은 가공기만 갖춰서는 금형을 정밀하게 가공할 수 없다. 하이덴하인의 CNC 컨트롤러 TNC 640은 더 정밀하고 빠른 금형 가공을 위해 짧은 블록 프로세싱 타임, 선독제어기능, 금형을 면 단위로 내다보는 ADP 기능 등 다양한 요소들을 갖추고 있다. 또 가공물의 형상만 체크하는 수준이던 기존 컨트롤러와 달리 TNC640은 실제 가공 형상에 가까운 시뮬레이션을 제공한다. 이전 버전에서는 시뮬레이션 결과가 단색으로 표현되었 지만 TNC640에서는 사용한 공구에 따라 다른 색으로 출력된다는 점 역시 주목할 만하다.
 
  에디터 송해영
클램핑 한 번으로 5면 가공까지- SMC척
영구전자척은 전자석의 흡착력을 이용해 공작 물을 고정시킨다. 클램핑 방법은 간단하다. 척 위에 가공물을 얹은 뒤 척에 연결된 컨트롤러를 조작해 전원을 켜면 된다. 가공 중에는 전력이 필요 하지 않아 비용을 아낄 수 있고 기존의 물리적 클램핑 방법과 달리 공작물을 균일한 힘으로 고정 시킬 수 있다. 또 클램핑 한 번으로 5면 가공이 가능하며 확장블록을 이용할 경우 관통가공도 가능하다. 파악력이 강하기 때문에 아래 사진과 같이 호리젠탈 가공에도 활용할 수 있다.
 
  에디터 송해영
정밀 금형에는 정밀 측정을 -블룸노보테스트
공구를 정확하게 측정하는 것은 금형의 가공 완성도인 품질, 그리고 공정의 효율성 향상과 직결 되는 요소다. 따라서 낭비 없이 효율적으로 고정 밀의 금형을 생산하려면 그만큼 정밀한 공구 측정이 필수적이다. 공구 측정에는 접촉식 측정(위)과 비접촉 측정(아래)이 적용될 수 있다. 그 중 특히 블룸노보테스트의 레이저 공구 측정기는 평행빔 방식이 아닌 포커스빔 방식이기 때문에 세밀하고 정확하게 측정할 수 있다. 또 앵글헤드 측정에 적용될 경우 접촉식 측정으로 불가능한 측정, 정밀도, 속도를 구현하여 측정의 효율성을 높인다.
 
  에디터 김유리

 
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