[첨단 헬로티] ▷▶이보 볼젠(Ivo Bolsens) 자일링스 수석 부사장 겸 CTO(Chief Technology Officer) 이미 여러 차례 무어의 법칙(Moore’s Law)에 대한 종말이 선포된 것을 고려하면, 우리는 지금 포스트-무어의 시대에 살고 있다고 말하는 것이 적절할 것이다. 그렇지만 어느 누구도 발전의 속도를 늦추려고 하지는 않을 것이다. 트랜지스터 밀도에 대한 고든 무어(Gordon Moore)의 관점은 커즈와일(Kurzweil)이 언급한 수확가속의 법칙(Law of Accelerating Returns)에서처럼 기본 기술의 장기적 흐름을 보여주는 한 측면에 불과하다. 무어의 시대에 기업들은 새로운 프로세스 노드가 가져다 주는 이익에 만족하고, 다소 안주한 경향이 있었던 것도 사실이다. 비록 속도는 느리지만, 확장은 계속될 것이며, 또한 무어의 법칙이 더 이상 효력을 발휘하지 않게 됨에 따라 새로운 트렌드를 보다 강하게 추진할 수 있는 동기가 부여되고 있다. ▲이보 볼젠(Ivo Bolsens) 자일링스 수석 부사장 겸 CTO(Chief Technology Officer) 최근에는 멀티칩 3D 통합과 같은 몇 가지 흥미로운 새
[첨단 헬로티] 와타나베 요시노부 (渡邉 芳修), 미즈타니 와타루 (水谷 亘) ㈜소딕 1. 서론 고정도, 고품위의 금형가공에서 NC 장치의 고속․고정도 윤곽 제어는 없앨 수 없는 기능인데, 최적의 파라미터 선택과 주축 회전수, 절삭 이송 속도 등의 가공 조건을 결정하기 위해서는 테스트 가공이 필요하며, 리드 타임 증가, 코스트 증가의 원인이 되고 있다. 또한 미세 정밀가공이나 복잡 형상의 가공에서는 실제 절삭 이송 속도(F값)이 지령 절삭 이송 속도에 도달해 가공하고 있는 것은 드물며, 그것을 하회해 가공되고 있는 것이 많이 있다. 그렇기 때문에 1날당 절삭량으로 판단한 가공 조건이 무너져 버리고 결과적으로 공구 마모를 촉진시키는 원인이 되며, 또한 절삭 이송 속도의 큰 편차로부터 가공 면질이 손상되어 버리는 경우가 있다. 그래서 동사에서는 앞에서 서술한 문제를 해결하고, 가공 조건 결정의 작업량을 삭감하기 위한 어시스트 툴로서 최적의 ‘절삭 이송 속도’와 ‘고속․고정도 윤곽 제어의 파라미터’를 산출하는 소프트웨어 ‘EF-Tune’를 개발했다. 이 글에서는 EF
[첨단 헬로티] 가오 펭(高 峰) 서일본공업대학 1. 서론 절삭가공이나 연삭가공 등의 기계가공을 할 때에 바이스로 피가공 재료를 고정할 필요가 있다. 1개씩 가공하는 것보다 여러 개의 워크(중간 가공품과 초기 상태의 재료를 포함)를 동시에 바이스로 고정, 1회의 가공을 하는 것은 효율적이다. 한편 보통의 바이스를 사용하는 경우, 여러 개의 워크를 동시 고정하는 것은 고체 간의 작은 치수차에 의한 체결력의 편차가 발생해 불량품의 발생이나 가공 중에 워크 어긋남의 위험을 초래할 가능성이 있다. 이 문제를 해결하기 위해 이번 개발은 여러 개의 동일 규격의 워크를 1개의 바이스로 고정해 가공할 때에 작은 치수의 차이를 흡수하는 플로팅 바이스의 구조를 제안했다. 이 글에서는 그 구조와 동작 원리를 해설하고, 시제작품을 이용한 동작 확인과 평가의 평가를 보고한다. 2. 보통의 바이스로 고정하는 체결 방법과 문제점 (1) 보통 바이스의 체결 방법 밀링이나 머시닝센터, 연마기 등의 가공기를 이용해 부품을 가공할 때에 워크의 고정에는 끼우기 턱이 있는 지그인 바이스를 사용한다. 보통의 시판 바이스의 구조는 대부분 나사식으로, 회전운동을 직선 이동으로 변환해 평행하는 2개의
[첨단 헬로티] 오츠키 토시아키 (大槻 俊明), 사사하라 히로유키 (笹原 弘之) 東京農工대학 사토 류타 (佐藤 隆太) 神戶대학 1. 서론 5축가공기를 포함해 CNC(수치제어) 공작기계의 중요한 운동 성능은 공작물을 원하는 정도 내로 가급적 단시간에 가공하는 고속․고정도성이다. 일반적으로 속도와 정도는 트레이드 오프의 관계에 있는 것이 알려져 있다. 즉, 오차를 작게 하기 위해서는 속도를 줄여야 하며, 속도를 높이면 오차가 커진다. 그렇기 때문에 고속․고정도성을 평가하기 위해서는 속도와 정도를 동시에 평가할 필요가 있다. 직교 2직진축에 대해서는 그 고속․고정도성을 속도와 오차의 2차원으로 평가하는 방법이 있다. 이 글에서는 회전축과 직진축에 의한 원통면과 그 전개면을 도입, 전개면 상에서 회전축과 직진축의 지령 궤적을 지령해 모터 인코더 위치를 전개면에 전사함으로써 실제 궤적을 얻고, 오차를 지령 궤적과 실제 궤적의 차이로서 얻는다. 그리고 회전축과 직진축의 윤곽 운동에서 고속․고정도성을 속도와 오차의 2차원으로 평가한다. 2. 원통면의 도입과 속도․오차 2차원 표시 (1) 회전축과 직진축에 의한 전개면의
[첨단 헬로티] 나카무라 신고 (中村 眞吾) 三菱重工工作機械(주) 1. 서론 작업자 부족이 심각화되고 있는 가운데, 금형에 대한 요구는 점점 더 높아지고 있다. 기존의 대형 가공기에 의한 금형 제작은 작업자의 테크닉이 필요하며, 기계 다듬질가공 후의 수작업 수정이 있었기 때문에 자동화를 위한 과제 해결이 어려운 상황이었다. 단순히 무인운전할 수 있는 것도 자동화라고 할 수 있지만, 작업자가 기계가공 전후 혹은 도중에 개입해 조정이나 재가공을 하지 않고 안정된 고품질의 금형가공을 실현하는 것을 지향할 필요가 있다. 동사 제품인 대형 고정도 가공기 ‘MVR․Fx’는 제로에 대한 도전을 콘셉트로 고정도․고품위 가공이 가능하도록 만들어져 있다. 이 기계의 기능을 중심으로, 금형가공의 자동화를 위한 가공기 성능과 측정 기술의 진화에 대해 소개한다. 2. 기계의 신뢰성․재현성 금형가공의 자동화에는 기계의 기본 성능을 향상시켜 고정도화시키는 것이 전제 조건이 된다. 몇 번 가공해도 동일한 결과를 얻을 수 있는 신뢰성․재현성이 없으면, 후술할 기술의 성능을 발휘할 수 없기 때문에 동 기계의 구조는 모두를 수정
[첨단 헬로티] 호리에 토시하루 (堀江 利治) 新日本工機(주) 1. 서론 최근의 금형가공에서 고속․고정도․고품위 등의 요구는 계속 높아지고 있다. 이 글에서는 이러한 요구를 반영해 보정 없이 트라이 한 번으로 금형을 제작하기 위해 정도, 면품위, 가공 시간 단축의 3요소를 고차원으로 양립시키는 것을 목적으로 하는 대응을 소개한다. 2. 금형가공기 기술 금형의 고속․고정도․고품위를 달성하기 위해서는 기계와 제어의 요소가 높은 수준으로 밸런스가 잡혀 있어야 한다. 우선 기계는 고속의 가속도에서도 고정도를 유지하는 강성, 그리고 장시간의 무인가동을 실현하는 안정성이 필요하다. 제어에 있어서는 디자인을 충실하게 재현하는 가공 패스와 최속 가공을 실현하는 속도 제어가 필요하다(그림 1). (1) X축 리니어모터 구동을 채용 기존 동사에서는 대경 볼나사를 채용, 금형 중량에 대응한 X축의 가감속 설정과 최적의 파라미터 설정을 하는 방법에 의해 고속․고정도․고품위 가공을 실현해 왔다. 그러나 특히 금형 중량이 큰 경우나 X축 스트로크가 긴 경우에는 각 축의 동기를 유지할 필요성에서 X축의 영향(볼나사의 비틀
[첨단 헬로티] 적층제조(AM) 기술의 설계와 제조의 자유는 회사와 조직에 제품, 공정, 수익을 향상시킬 수 있는 기회를 창출한다. 특히 금속 적층제조는 보건 및 항공우주와 같은 규제가 엄격한 산업에서 고부가가치의 중요한 부품과 구성 요소를 생산하며, 계속해서 그 가치를 입증하고 있다. 금속 적층제조로 실현하는 혁신 가속화 에너지 업계는 변화에 내재한 위험을 완화하는 동시에 적층제조의 고유한 이점을 활용하는 방법을 찾고 있다. 인력 확보, 품질 보증, 검증 및 공정 제어와 같은 중요한 주제는 혁신을 시작하기 위해 금속 적층제조 기술의 구현을 가속화 하는 방법에 대한 질문으로 이어진다. 이하 내용에서는 3D시스템즈가 반복적이고 검증된 고품질의 금속 3D프린팅 부품을 얻고, 모든 단계에서 금속 AM 프로세스를 검증 및 제어해 구현에 들이는 시간을 줄임으로써 빠른 목표 달성 및 모범 사례 적용을 지원하는 방법을 안내한다. 이는 부품을 제조하고 고객 교육과 엔지니어링 서비스를 제공하는 시설인 글로벌 고객 혁신 센터(CIC)의 전문가팀을 통해 이뤄진다. ▲적층제조는 고부가가치 공정으로, 적절히 활용했을 때 경쟁 우위를 제공한다. 주요 응용 분야를 위한 AM의 가치 실
[첨단 헬로티] 마에카와 요시노리 (前川 佳德) 마에카와 사무소 제1회 차세대 자동차의 CASE를 알자 핵심 포인트 ·2030년 시점에도 세계 신차 생산에서 전기자동차는 10% 정도, 하이브리드차(PHEV 등을 포함)가 40% 이상이고, 가솔린차(디젤차를 포함)가 45% 정도로 예측되며 가솔린차가 급격하게 없어지지는 않을 것이다. ·차세대 자동차의 디지털화에 일본은 뒤쳐졌다고 하지만, 사용성이 좋은 소프트웨어나 서비스의 개발‧제공에서는 일본의 강점을 발휘할 수 있다. 일본의 새로운 연호 ‘레이와(令和)’가 시작됐다. 새로운 시대가 좋은 시대가 되어 가기를 기원한다. 오늘날의 정치·경제는 변화가 심하고 부품·금형 제조업에 있어서도 변화에 적확하게 대응하는 것이 요구된다. 특히 주요 고객인 자동차 산업이 큰 전환기를 맞이하고 있으며, 그 동향 예측은 중요한 관심사이다. 자동차 산업에서 ‘100년에 한번’이라고 하는 대전환은 차세대 자동차의 EV 시프트(전동화)로 시작되어, CASE(디지털화)와 MaaS(공용화) 등의 키워드가 주목받고 있다. 해설본도 많이 나와
[첨단 헬로티] 우시오 코이치 (牛尾 公一) ㈜데이터디자인 1. 서론 3D 프린터를 활용하는 대상 애플리케이션이 기존의 시제작․디자인용 용도에서 기능성 평가나 최종 부품, 간이형․치공구로 확대를 보이기 시작하고 있다. 대응 재료도 강도나 인성이 우수한 것, 내마모성․내열성으로 특화된 것을 사용할 수 있게 됐다. 그리고 새로운 3D 적층조형 방식의 개발이나 장치 그 자체의 소형화․고기능화가 추진되고 있다. 동사는 2010년경부터 3D 적층조형에 관한 소프트웨어 기술에 주력해 지식을 축적해 왔다. 2019년 3월에는 기후(岐阜)현 카카미가하라(各務原)시에 토쿠다(德田)공업(주)의 협력을 얻어 금속․카본 재료에 대응한 3D 적층조형 기술을 연구하는 3D 테크니컬 래버러토리를 설립했다. 3D 적층조형이 유효한 애플리케이션의 창출을 목적으로 하고, 소프트웨어와 하드웨어뿐만 아니라 엔지니어링 서비스까지 융합한 대응을 스타트시켰다. 2. 기존형 금속 적층 방식의 과제와 새로운 3D 적층 방식 : ADAM 기술 금속 재료를 사용한 3D 적층조형 방식에는 금속 분말을 고출력 레이저나 전자빔으로 소결하는 파우더 베드 퓨전(
[첨단 헬로티] 사츠타 토시타카 (薩田 壽隆), 요코타 토모히로 (橫田 知宏), 요코우치 마사히로 (橫內 正洋) (지방독립행정법인)神奈川 현립 산업기술종합연구소 1. 서론 분체 레이저 패딩 용접은 재료 표면에 형성된 용융지에 분말을 공급함으로써 모재와 다른 특성을 가진 퇴적층을 형성하는 기술이다. 최근 이 퇴적가공과 함께 절삭가공 기능을 가진 복합기가 공작기 메이커에서 시판되어 기계 부품의 시제작 가공에 대한 적용이 기대되고 있다. 퇴적가공 시에 전가공의 절삭유제가 레이저 조사부에 부착하면, 스패터의 발생이나 블로홀 등의 내부 결함의 발생으로 이어진다. 그렇기 때문에 절삭가공 시에는 유제를 사용하지 않는 드라이 절삭이 요망된다. 그러나 레이저 분체 패딩에 의한 퇴적층의 드라이 절삭특성에 관한 보고는 볼 수 없다. 필자 등은 레이저 분체 패딩 용접의 기계 부품에 대한 적용 분야 확대를 목적으로, 철강 재료 상에 고경도의 패딩층을 형성하고 평가시험을 해 왔다. 저합금강판 상에 고속도공구강 분말에 의해 1,000HV의 경화층을 형성하고 그 특성을 보고했다. 기계 부품은 인성을 요구받는 것도 많고, 600HV 정도의 경도로 소정의 인성을 가진 퇴적층이 요구되는 경우
[첨단 헬로티] 아라이에 이치로 (新家 一朗), 오카자키 슈지 (岡﨑 秀二), 마츠모토 이타루 (松本 格) ㈜소딕 1. 서론 플라스틱 금형의 제작에는 냉각배관을 내부에 창성할 수 있는 파우더 베드 방식의 금속 3D 프린터가 효과적이고, 성형 시간이 53%, 변형량이 46% 개선됐다는 보고 등이 있듯이 앞으로도 크게 보급되어 갈 것으로 기대된다. 그러나 성형 시에 발생하는 잔류응력에 의한 균열이나 변형 등의 문제가 있으며, 복잡한 형상이나 큰 조형물을 제작하는 것이 곤란하다. 한편, 금속이 팽창하는 현상으로서 마르텐사이크 변태가 있다. 강재는 고온에서는 오스테나이트인데, 급냉에 의해 마르텐사이트로 변태한다. 이 때에 탄소의 고용에 의해 팽창하는 것이 알려져 있다. 이 글에서는 금속 3D 프린터에서 플라스틱 성형 금형재로서 일반적으로 사용되고 있는 스테인리스강 SUS420J2의 분말을 이용, 용융 재응고 시의 수축에 의해 발생하는 인장응력을 마르텐사이트 변태에 의한 팽창에 의해 없앰으로써 응력을 억제하는 방법에 대해 조사했다. 그 결과, 균열을 방지하고 변형이 적은 고정도의 조형물을 제작할 수 있다는 것을 확인했다. 2. SUS420J2 조형물의 균
[첨단 헬로티] 카타오카 코타 (片岡 公太), 최 희진 (崔 熙辰), 와타누키 토모히로 (綿貫 友裕), 마츠오카 요시카즈 (松岡 禎和) 日立금속(주) 1. 서론 다이캐스트 제품의 대형화, 고의장화 및 하이사이클화가 추진되는 가운데, 기존과 비교해 주조 시의 금형 재료에 대한 부하가 커지는 경향에 있다. 그렇기 때문에 금형 재료에는 보다 높은 인성이 요구되고 있다. 금형 재료의 새로운 강종을 개발하는데 있어, 기존의 합금 설계에 의존한 개발 방법에서는 담금질성을 높여 인성이 높은 마르텐사이트 조직을 얻기 쉽게 함으로써 금형이 대형화되어도 인성을 유지시키려고 해 왔다. 그러나 그 반면, 담금질 시의 변형 팽창이 커져 버닝 균열 리스크가 높아지는 단점이 있었다. 그래서 합금 설계뿐만 아니라 동사 야스기(安來) 공장에서 2018년 5월에 본격 가동을 개시한 1만t급 자유단조 프레스를 활용한 조직 제어 프로세스를 조합함으로써 버닝 균열 리스크를 적극적으로 억제하면서 고인성화한 다이캐스트 금형용 차세대 범용강 ‘DAC-iTM’을 개발했으므로 소개한다. 2. DAC-i의 특징 새로운 강종인 DAC-i는 기존 범용강 DAC®(JIS SKD61
[첨단 헬로티] 니시다 이사무 (西田 勇), 시라세 케이이치 (白瀨 敬一) 神戶대학 1. 서론 엔드밀 가공을 대상으로 형상해석 및 절삭량의 예측이 가능한 절삭 시뮬레이션을 통합한 CAM 소프트웨어를 개발했다. 이 소프트웨어는 공구경로의 생성과 동시에 절삭 시뮬레이션을 실현하기 때문에 저 메모리, 그리고 고속으로 처리가 가능한 시뮬레이션 기술을 새롭게 제안하고 있다. 이 소프트웨어에 의해 가공 결과를 사전에 예측함으로써 세팅 작업(시절삭)의 절감이 가능하다. 또한 절삭량에 대응해 공구 이송 속도를 수정함으로써 가공 효율의 향상과 가공 트러블 방지를 동시에 실현할 수도 있다. 2. 절삭 시뮬레이터를 통합한 CAM 시스템 (1) 저 메모리, 그리고 고속 처리를 실현하는 외형선 모델에 의한 3차원 형상 처리 절삭 시뮬레이션에 필요한 처리는 피삭재와 공구의 간섭량을 계산해 피삭재의 형상 변화를 해석하는 것 및 공구 1날당 이송량마다 제거량을 산출하는 것이다. 이전부터 피삭재 형상을 복셀 모델로 표현함으로써 피삭재와 공구의 간섭량을 산출하는 연구가 많이 이루어져 왔다. 복셀 모델에서는 3차원 형상 전체를 이산적으로 표현할 수 있고, 복잡 형상의 가공에서도 공구와 피삭재
[첨단 헬로티] 아지사카 마사히로 (𩷲坂 昌廣) ㈜NTT데이터엔지니어링시스템즈 1. 서론 동사는 금형가공에서 생산성 향상을 목적으로 오키나와 매뉴팩처링 래버러토리(오키나와 래버러토리)를 설립, 일반 사단법인 제조 네트워크 오키나와와 협업해서 기술 개발을 하고 있다. 오키나와 래버의 강점은 현장의 생생한 목소리를 직접 듣고, 실제로 가공을 해 공구의 휨이나 채터링 등의 물리 현상과 가공면의 품질을 확인하고 CAM의 기능에 반영할 수 있는 점이다. 지금까지 대응한 Manufacturing-Space 및 Space-E에서의 기술 개발은 3축에서 5축가공에 의한 공정 최적화 및 분할가공, 4축․5축가공 기능이다. 이 글은 5축 공작기계를 이용한 가공면의 고품위화 및 CAM 기능의 자동화를 목적으로 한 지금까지의 대응을 소개한다. 2. 지금까지의 대응 (1) C축의 급격한 회전 억제 기능 C축의 급격한 회전 억제 기능은 리드각을 스무징하는 기능이다(그림 1). 모델에 대해 공구를 법선 방향으로 기울려서 가능하면, 곡률이 작은 부위에서는 C축이 급격하게 회전하기 때문에 가공면에 뜯김이 발생한다. 스무징 처리를 함으로써 C축의 급격한 회전이 억제
[첨단 헬로티] 사이토 유키 (齋藤 勇樹), 카네코 준이치 (金子 順一), 아베 타케유키 (阿部 壯志) 埼玉대학 1. 서론 제조업에서는 대량 생산을 위해 금형이 반드시 필요하며, 다품종 소량 생산을 위해 단납기의 금형 제작이 요구된다. 금형은 머시닝센터로 가공되고 있으며, 다듬질 공정에서는 주사선 공구경로와 볼 엔드밀에 의한 가공이 다용된다. 주사선 경로는 공구를 수평 방향으로 이송하면서 높이를 변화시키고 공작물 표면을 따르도록 이동시키는 경로로, 자동차용 프레스 가공 금형 등의 대형 금형의 주사선 경로 생성에서는 다면체에 근사한 금형 표면과 공구의 접촉 위치를 도출하는 기하 계산이 널리 이용된다. 기존 방법으로는 다면체 근사에 동반해 공작물의 배율에 대해 그림 1에 나타냈듯이 구소에 경로점이 집중하는 경우가 있다. 또한 CNC 컨트롤러의 처리 능력에 의해 경로점 간 거리가 미소한 영역으로, 그림 2에 나타냈듯이 공구 이송 속도가 저하하는 현상이 알려져 있으며, 고정도의 경로점 지령으로 공구 이송 속도의 저하를 고려할 필요가 있다. 그러므로 이번 연구에서는 곡면이 많은 복잡 형상 금형의 가공 시에 가공 정도를 유지하면서 공구 이송 속도를 향상키는 것을 목적으