레이저 기술을 이용한 하이브리드 제조의 이정표

KUKA는 프라운호퍼 레이저기술 연구소(ILT) 및 기타 산업 파트너와 함께 BMBF-KIT (카를스루에) 프로젝트에서 하이브리드 LMD 기술을 생산 체인에 통합하는 작업을 진행하고 있습니다. 여기에는 일반적으로 3D 프린팅으로 알려진 레이저 금속 증착 공법(LMD)이 사용됩니다. 이 시스템의 핵심 요소는 KUKA 로봇입니다.

2020년 6월 3일

하이브리드 적층 제조 기술: 자원을 보호하는 높은 유연성의 3D 금속 프린팅

종래의 절삭 기술(subtractive technology)이 제조 현장에서는 아직 표준으로 사용되고 있습니다. 이 기술에서는 복합적 절차로 제작되는 단조 부품 및 주조 부품에 오랜 시간 및 많은 비용이 듭니다. 예를 들어 항공기 산업에서 사용되는 고성능 및 경량 부품의 제조 시 원재료의 최대 90퍼센트가 여전히 절삭을 통해 제거됩니다. 이와 달리 적층 제조 공법에서는 부품이 층상으로 형성됩니다. 이 공법을 통해 자원 절감 및 스크랩 억제뿐 아니라 제조 공정의 높은 유연성을 달성할 수 있습니다.

하이브리드 적층 제조의 핵심 요소는 특수 센서 및 소프트웨어가 탑재된 KUKA 로봇입니다

실질적 대안으로 주목받는 하이브리드 적층 제조 기술

종래 공법에 대한 실질적 대안은 하이브리드 적층 제조 기술입니다. 하이브리드 제조 기술에서는 블랭크는 단조 또는 주조 등과 같은 종래 방법으로 제조되지만 추가적 형상은 적층 기술로 제조되는 방식으로 부품이 만들어집니다. 이는 독일연방교육연구부(BMBF)에서 지원하는 ProLMD 프로젝트의 일환으로 이 적층 기술에는 LMD 레이저 육성용접이 사용됩니다. 다른 적층 기술에 차별화된 이점으로서 빠른 형성 속도를 들 수 있습니다. 이 기술을 이용해 예를 들어 부분적으로 강화된 항공기 구조 부품 또는 고성능 터빈 컴포넌트를 효율적으로 제조할 수 있습니다. 지금까지는 높은 비용 및 까다로운 가공 조건이 이 기술의 광범위한 용도를 제한하는 걸림돌로 작용했습니다.

레이저 육성용접 시 산화로부터 재료를 보호해야 하고 시스템 전체가 보호가스 환경 내에 존재하므로 지금까지는 가공할 부품의 크기가 제한 요인으로 작용했습니다.

귄터 노이만(Günter Neumann), Head of KUKA Business Unit Laser Applications

KUKA LMD 기술을 기반으로 한 대형 부품의 하이브리드 제조

ProLMD 프로젝트의 목표는 대형 부품 제조에 LMD 기술을 적용하기 위해 필요한 견고하고 효율적인 공정 기술 및 시스템 기술을 개발하는 것입니다. 이 시스템은 우주 항공 산업과 같은 분야에 적용되는 최신 생산 기술 수준 및 높은 안전 요건을 만족해야 합니다. 이 프로젝트에서 KUKA 로봇을 기반으로 하는 표준화된 시스템 기술은 비용 측면에서 이점으로 작용합니다. 광섬유 유도 시스템의 적용으로 로봇의 작업구역은 거의 무제한적으로 확장됩니다. 이를 통해 부품 형상 및 부품의 크기에 있어, 적은 생산 수량에서도 높은 유연성을 확보할 수 있습니다.

ProLMD 프로젝트에서는 LMD 레이저 육성용접을 위한 고효율 프로세스의 개발이 진행되고 있습니다.

LMD 레이저 육성용접의 이점: 짧은 제조시간, 비용 절감

ProLMD 프로젝트의 결과는 함께 참여한 프로젝트 파트너인 MTU, Airbus 및 Daimler의 생산 현장에 앞으로 몇 년 내에 적용될 예정입니다. KUKA의 ProLMD 프로젝트 팀장인 라스 오트(Lars Ott)는 “우리는 하이브리드 제조 기술의 산업적 적용을 위한 이정표를 세웠다”고 설명합니다. 전문가들은 이 기술을 통해 제조시간이 50퍼센트 단축되고 비용은 20~30퍼센트 절감될 것으로 예상합니다. 이외에도 이 기술의 구현을 통해서 생산 현장에서 자원 효율성에 대한 지속적 기여가 이루어질 수 있습니다.

이 프로젝트에서 KUKA는 독일 아헨 지역 전문가들이 로봇기반 레이저 기술 분야에서 축적한 오랜 경험을 활용하였습니다. 이 프로젝트를 위해 KUKA는 하이브리드 적층 제조 기술이 적용된 2개의 동일한 생산 라인을 설계 및 설치하였습니다. 1기의 생산 라인은 아헨 외곽 뷔르젤른의 자사 공장에 설치되었으며, 다른 1기는 근처에 있는 프라운호퍼 연구소에서 이미 사용되고 있습니다. 귄터 노이만(Günter Neumann) 팀장은 “장기적으로 이 기술을 양산 라인에 적용할 계획”이라고 설명합니다.