DENSO 6축 로봇이 3D 임플란트를 가공하다

정밀성은 거의 모든 업계에서 지켜야 하는 덕목으로, 이는 의료분야에서도 마찬가지이다. 이에 한 특수기계 제조사가 섬세한 3D 플라스틱 부품을 생산하기 위해 6축 로봇을 선택하였다.

슈테펜 비셀(Steffen Wissel): DENSO Robotics Europe 프로젝트 책임자

현대 의료기술은 인구통계학적 변화, 즉 인간과 의료분야 기술의 융합이 증가하는 추세에서 중요한 글로벌 혁신과 성장분야 중 하나로 간주되고 있다. 독일은 세계에서 세 번째로 큰 „Medtech(의료기술)“ 생산자로서 선도적 역할을 하고 있다. 그런데 이런 시장에서 종종 간과하고 지나치는 하위 세그먼트로 지능형, 능동형, 진단형 또는 단순 수동형 임플란트 등이 있다.

이들은 대부분 복잡하고, 때로는 매우 섬세한 3D 플라스틱 부품으로 인체에 삽입되기 때문에, 섬세하게 제작되고, 매우 소량으로 제작된다. 이 부품들은 기본형태 면에서 동일하지만, 각 환자의 신체적 요구조건에 따라 다르기 때문에 개별적으로 형성되어야 한다. 또한 이 제품들은 수 년간 사용해도 기능을 충족해야 하기 때문에 고도로 정밀하게 제작해야 하고 또한 안전해야 한다. 이런 작업은 수작업으로는 동일하고 모든 세부사항까지 정밀하게 처리된 부품이 나올 수 없다. 수작업은 또한 의사의 진단에서 산출된 해당부품 제조의 매개변수와 데이터를 수작업으로 제조에 적용하는 것은 복잡하고 시간이 많이 걸리는 경우가 많으며 작업 시 부상의 위험이 상대적으로 높다.

의료 기술용 플라스틱 부품 제조는 독일 노이울름에 위치한 Klement Engineering의 혁신적이고 완전히 자동화된 3D 밀링 시스템에서 완전히 새로운 방식으로 이루어지고 있다. 2009년에 페터 클레멘트가 설립한 이 회사는 기계 및 특수기계 엔지니어링을 위한 창의성 센터로 평가받고 있다. Klement Engineering은 계속 반복되는 작업 프로세스의 자동화를 위해 다양한 고객 맞춤 로봇 솔루션을 실현하고 있는데, DENSO Robotics 모델 VS-060이 핵심적 역할을 한다.

DENSO VS-060 시리즈

전자동 시스템이 정확하게 밀링하다

밀링 시스템에서 핵심 기능을 맡는 것은 DENSO 로봇 VS-060이다. 이 로봇은 원하는 플라스틱 부품을 빠르고 정확하게 안정적으로 요건에 맞춰 개별적 형태로 밀링 가공한다. 이 시스템은 기본 재료 수급만 수동으로 하고 나머지는 전자동으로 운영된다. 이 시스템이 밀링하는 부품의 생산개수는 하나에서 12개로 매우 적은 양이다. 로봇의 밀링 속도는 매우 빨라 부품 당 평균 35초가 걸리지만 수동 제작으로는 45초 가량 소요된다. 기존의 일일 생산량 100개를 생각하면, 매우 효율적이고, 비용과 시간을 절감하는 성능이다. 이 로봇은 밀링 가공 반복 시에도 정확도가 매우 높아 플라스틱 부품을 오류 없이 제작할 수 있다.

수의 제품을 동일한 품질로 제작하다

로봇이 실행하는 밀링 라인, 이른바 3D-Splines는 항상 동일하다. 이는 수동 제작에서는 달성될 수 없는 것이다. 고객은 필요한 다수의 제품을 동일한 치수로 정확하게 항상 같은 품질로 바로 구할 수 있다. 현재 제작해야 할 플라스틱 부품은 크기가 80 mm × 80 mm × 30 mm이고 각각 개별적으로 제작된다. Klement Engineering이 DENSO 로봇을 선택한 이유는 이 로봇이 CAM 소프트웨어와 쉽게 연결되기 때문이다. 이 로봇은 정밀한 보정이 가능하고 매우 간단하게 프로그래밍할 수 있다. 내구성과 기술적 안정성도 설득력이 있어 시스템을 위해 당연한 것이었다. 3D 밀링 작업을 하려면 많은 축을 가지고 모든 가공 위치에 도달할 수 있는 6축 로봇이 필요하다. 축이 여섯 개이면 많은 장점을 제공한다. 로봇이 밀링 작업에서 모든 위치에 직접 도달할 수 있고 공작물이 회전하지 않아도 된다. 공작물이 회전하지 않으면 중단 없이 밀링할 수 있고, 다음 부품도 바로 투입할 수 있다.

CAM 프로그램이 템플릿으로서 3D 기본 모델의 데이터를 생성한다

RC8 컨트롤러

전체 시스템은 두 대의 PC와 VS-060 로봇, 로봇 암에 부착되어 있는 밀링기와 로봇 암을 위에 장착 가능한 석션 브러시로 구성된다. 로봇은 벽에 위치한 콤팩트한 시스템에 고정된다. 모든 연결부는 바로 로봇 기저부에서 시스템 뒤에 있는 스위치 캐비닛으로 이어진다. 시스템 컨트롤은 양쪽 PC를 통해 이루어진다. 하나의 PC는 시스템에 위치한 정적 PC이고, 다른 하나는 고객이 가지고 있으며 제작해야 할 플라스틱 부품에 대한 템플릿으로 3D 기본 모델 데이터를 생성하는 CAM 프로그램을 갖추고 있다. 시스템의 PC로 데이터가 전달되는 이 기본 모델을 바탕으로 로봇이 각각의 플라스틱 부품을 밀링 작업한다. CAM 소프트웨어가 설치된 PC, 정적 PC 그리고 로봇 간의 인터페이스 구조는 명확하다. CAM 프로그램에서 생성된 모델 데이터는 시스템의 터치 스크린 PC에 전달된다. 이 PC의 조작법은 사용자 친화적이며 모든 데이터와 운전 요소가 사용자 인터페이스로 일목요연하게 묘사된다. 사용자가 가공할 제품을 시스템에 넣고, 해당 밀링 프로그램을 선택하면 시스템이 바로 시작된다. 사용자가 수량을 입력하면 프로그램이 로봇 컨트롤 시스템에 적용되고, RC8 컨트롤러가 넘겨 받는다.

로봇이 밀링기를 3D 라인을 따라 안내한다

로봇이 요구되는 형태에 맞게 개별적인 플라스틱 부품을 밀링 가공하고 있다.

CAM 소프트웨어로 작성된 경로는 로봇에 바로 전달된다. 로봇은 모델에 맞추어 3D-Splines을 지정된 선을 따라 밀링 가공한다. 즉 밀링기가 로봇에 의해 3D 라인을 따라 안내되고, 구성품이 기본재료에서 분리된다. 이때 ORiN (Open Resource Interface for the Network)을 통해 통신이 이루어진다. ORiN은 로봇이 다양한 하이레벨 언어로 TCP/IP 프로토콜을 통해 프로그래밍 될 수 있는 프로그래밍 인터페이스이다. 이 로봇은 밀링 외에 다른 기능을 처리하는데, 석션 브러시를 이용하여 발생하는 칩을 빨아들여 배출한다. 이는 중요한 보조 기능으로 사용자는 구성품을 깨끗하게 가공할 수 있다.