GF의 혁신적인 레이저 텍스처링 장비, +GF+ LASER S Series

GF 머시닝솔루션즈는 그 동안 산업 디자인 분야의 고부가가치 산업인 레이저 텍스처링에 대해 끊임없는 연구와 개발을 진행해왔다. 그 결과 디지털화된 Laser S 1000U 5축 레이저 텍스처링 장비를 출시하였고, 스위스 제네바에 소재한 creative studio 와 디자인 컨설팅 업체인 Stojan+Voumar는 장비의 성능 입증을 위한 테스트 디자인을 제시하였다.

 

필자: Adrien Rodrigues, 레이저 제품 관리자, GF 가공 솔루션

산업디자인의 핵심 역할

산업디자인은 새로운 디자인을 연구하고 혁신하여 외관으로 감동을 주고, 고객으로 하여금 고유의 아이덴티티를 표현할 수 있는 방법을 부여하는 것 외에 제품 시장에서 성과를 향상시키는 역할을 한다. 하지만 디자인 혁신으로 성과를 크게 향상시킬 수 있더라도 케미컬에칭과 같은 기존의 텍스처링 기술을 사용한다면 설계자의 능력(어플리케이션과 복잡성에 따라 다름)에 따라 결과가 좌우될 수 밖에 없으며, 예측 가능성, 지속 가능성 측면에서 한계가 있을 수 있다. 또한 새로운 기술에 대한 반응 속도가 느려지고, 고객이 기대하는 높은 수준의 품질에 미치기는 더욱 어렵다.

 

도전과제

케미컬에칭은 고부가가치 제품의 표면 텍스처링 기술로 선호되어 왔지만 매뉴얼 에칭의 층별 에칭 프로세스를 수행하기 위해서는 부식(산성)작업과 시간이 많이 소요되는 마스킹(선택) 작업이 수반되어야 한다. 동시에 케미컬에칭 프로세스는 수작업으로 진행되기 때문에 휴먼 에러가 발생될 소지가 많다. 또한 케미컬에칭은 화학 반응에 의존하기 때문에 일관성을 가져야 하는 생산 과정에서 목표치를 유지하기가 어려울 수 있다. 사용자는 누적 공차에 대한 도전과 두꺼운 재료 작업에서 치수공차를 허용해야 하는 등 어려움을 겪을 수 있다.

혁신적인 레이저 텍스처링 장비, +GF+ LASER S Series

솔루션

따라서 GF머시닝솔루션즈는 새로운 Laser S 레이저로 텍스처링 솔루션의 기능을 공식적으로 평가하기로 하였다. 이를 위해 스위스에 있는creative studio와 디자인 컨설팅 업체인 Stojan+Voumard에 단순한 형상에서 복잡한 형상에 이르는 다양한 텍스처 표면이 통합된 디자인을 의뢰하였다. 그 결과로 나온 디자인은 스테인레스 스틸과 알루미늄으로 이루어진 120 x 120 x 110 mm의 조류형상으로, 디자인전면에 30도 언더컷이 있고 이중 곡선 곡면으로 이루어진 복잡하고 정교한 기하학 형상의 어려운 디자인이 탄생되었다.

 

이 형상은 GF 머시닝솔루션즈, 밀링 어플리케이션 엔지니어인 Philipp Frech은 Mikron MILL X, 울트라 고속머시닝센터를 사용하여 150 mm 입방체의 알루미늄을 거칠게 황삭한 것이다. 이때 밀링 작업의 도전 과제는 형상에 직선 작업이 없고 가공물 바닥이 구형에 적합하여 Mill X 600으로 접근하기 어려웠다. 이에 엔지니어는 공작물을 System 3R Macro 54 팔레트에 장착하여 밀링과 레이저 텍스처링 프로세스에 동일한 기준점을 사용하여 이러한 문제를 해결하였다.

Stojan + Voumard의 산업 디자이너가 제시한 높은 품질을 달성하기 위해 가공 전략과 절삭 작업 시퀀스가 핵심 과제였다. 같은 거리의 작업 경로를 매끄럽게 생성해야 하는 작업은MILL X 600으로 해결하였고, 모든 축에서 표면 조도 Ra 0.2 μm를 달성하는 작업은 MILL X 600의 마그네틱리니어, 로터리 드라이브가제공하는 속도와 원활함으로 해결하였다. 이 형상의 약점은 공구가 커지면 가공물 표면에 채터링으로 인한 흔적이 남는 것이다. 따라서 표면 조도를 달성하기 위해Ø3mm의 볼엔드밀을 포함한 작은 공구를 사용하였고, 총 밀링 작업은 2 회의 작업 프로세스에 8시간이 소요되었다.

 

밀링과 황삭 작업 후 공작물은 아지샤밀LASER S 1000 U로 이동되었다. 이 장비는GF 레이저 어플리케이션 엔지니어인Alex Verhagen이 선택한 장비로, 고속 3D 스캐닝 시스템을 포함하여 전체적으로 가공 시간과 품질 편차가 줄이는 효과가 있었다. 레이저 텍스처링을 진행하면서 당면한 과제는 극한의 가공 조건, 벌집 모양(honeycomb)과 같은 복잡한 표면 텍스처, 30도 언더컷, 샌드블라스트 질감을 가진 내부의 설계이다. 하지만 GF 레이저 워크 스테이션에는 올인원 전용 소프트웨어가 탑재되어, 이러한 기능을 성공적으로 달성할 수 있다. 이 디지털 솔루션은 이러한 작업을 심층적으로 정밀하게 제어한다. 디자이너는 텍스처의 적용을 위해UV 매핑과 3D 시뮬레이션을 사용하여 완벽하게 재현할 수 있다.

 

디자인 품질 재현은 제품 가치에 필수 요소이다. LASER S 1000 U는 향상된 열 안정성, 확대된 마킹 필드, 한 레이저 소스에서 다른 레이저 소스로 쉽게 전환 할 수 있는 유연성을 제공하며, Flexipulse 기술을 사용하여 레이저 매개 변수를 세세한 부분까지 조정하고 품질 대비 속도를 적절하게 달성할 수 있다.

                          

  • 온도 변화: 안정된 레이저 작업에서 중요한 요소이며, LASER S 시리즈의 레이저 헤드는 열 안정화를 보장하여 레이저 빔 스팟을 가공 작업 전반에서 원하는 위치에 안정되게 유지한다. 이 특성은 매우 긴 가공 시간을 요하는 금형 작업과 고가의 공작물 작업에도 높은 가공 품질을 지속적으로 보장한다.

          

  • 생산성: LASER S 머신의 고속 3D 스캐닝 시스템과 Smartpatch기술로, 기계 이동이 최소화되어 생산성이 증가된다. 하이엔드 레이저 렌즈는 품질을 향상시키고 기계의 마킹 영역을 확대한다.

 

LASER S 시리즈 기계는 두 가지 레이저 소스를 하나의 솔루션에 수용하여 사용자의 유연성이 향상시키고, 레이저 가공 프로세스를 응용 프로그램에 쉽게 적용할 수 있는 민첩성을 제공한다. 예를 들어, 30 와트의 Flexipulse는 고품질의 어플리케이션에 사용할 수 있으며, 효율적인 레이저 가공을 위해 50 와트 또는 100 와트 레이저로 전환할 수 있다.

 

Stojan + Voumard에서 제안한 디자인은 복잡한 벌집 형상뿐만 아니라 기하학적 패턴과 레이저 분사로 달성되는 샌드블라스트 텍스처까지 모두 세 가지 텍스처를 통합한 것이다. 이 디자인은 표면 형태가 어떠하든, 텍스처 깊이가 30 미크론인 경우에도 변형이 없는 기하학적 패턴을 필요로 한다. 하나의 공작기계에 여러 요건을 담은 목적은 LASER S 기계가 기존의 전형적인 기술 범위를 넘어, 복잡한 형상을 해결하는 것을 보여 주기 위한 것이다. 패치로 텍스처를 무작위로 분할하는 표준 레이저 텍스처 기계의 가공상 문제점은 각각의 텍스처 특징마다 기계움직임에 따른 열적 변화를 만들고, 이는 품질 편차의 원인이 된다. 하지만GF 머시닝솔루션즈의 스마트패치 기술과 레이저 S의 독창적인 레이저 헤드를 사용하면 각각의 디테일한 텍스처가 한 번의 동작으로 완료되어, 실행되는 패치 수를 줄일 수 있고, 위치 편차와 그로 인한 품질 편차의 위험을 피할 수 있다.

 

예를 들어, 본 디자인은 이중 곡면을 특징으로 하고 있어 변형된 육각형 형태의 텍스처의 가능성을 보여준다. 이제 이러한 설계상의 과제는 LASER S에 의해 하나의 시스템에서 완벽하게 해결할 수 있다.

 

GF 머시닝솔루션즈와Stojan + Voumard의 공동 연구에서 입증된 바와 같이, 아지샤밀 LASER S 1000 U는 고품질과 고정밀 결과를 이끄는 동시에 산업디자이너들에게 완벽한 디지털 도구를 제공하여 기술의 한계를 극복하고 디자인 혁신을 주도하고 있다. 3D 디자인을 적용하였고 어떤 패턴이든 완벽하게 형상에 효율적으로 적용할 수 있어 기술적 경계가 없어지고 산업디자이너들이 생산성과 품질을 혁신적으로 개선할 수 있는 가능성을 열었다.

 

 

GF 가공 솔루션 아카데미

주제, 기능, 모든 것이 변화하고 있기 때문에 오늘날 제조의 핵심은 지식이다. GF 아카데미는 LASER-초보자, LASER-마스터로 분류하여 작업 방법을 전수하고 있으며, 기계 성능을 100 % 최대한 활용하여 최상의 결과를 얻을 수 있도록 고객에게 레이저 시스템의 모든 기능을 활용하는 핵심적인 지식을 이전하고 있다.

 

자동화 준비

자동화를 진행하면 생산 리드 타임을 단축하고 생산성을 높여 설비 투자 비용을 신속하게 회수할 수 있다. 자동화 라인 생산은 연중 무휴로 운영되어 생산 경쟁력을 높일 수 있다. GF 머시닝솔루션즈의 안정적이고 정확한System 3R 툴링을 사용하면 장비 외부에서 미리 셋팅(preset)하여 최소한의 장비 유휴 시간으로 다음 작업을 빠르고 정확하게 셋팅할 수 있다. 사용자의 비즈니스 및 환경에 맞게 프로덕션 변경 사항을 수용할 수 있는 솔루션이 포함되어 있고, 모든 System 3R Tooling 시스템에서 다양한 어댑터 척을 사용할 수 있어 다양한 크기의 공작물을 보다 유연하게 처리할 수 있다.

 

고객 서비스

 

GF 머시닝솔루션즈의 rConnect 디지털 서비스 플랫폼은 기술적인 한계를 뛰어 넘어 아지샤밀 LASER S의 새로운 디지털 서비스 가능성을 열었다.

  • rConnect LRA(Live Remote Assistance)를 통해GF는 고객의 서비스 요청에 신속하게 대응하여 오디오, 비디오, 채팅 등 다양한 기능으로 효과적으로 고객에게 대응하고 있다.
  • GF 머시닝솔루션즈는 rConnect Messenger를 사용하여 머신 데이타를 사용자에게 제공한다. 사용자는 생산에 대한 정보를 지속적으로 제공받아 스마트 폰에서 워크샵을 감독할 수 있다.
  • rConnect 원격 서비스는 TÜViT의 신뢰할 수 있는 제품 인증서로 인증되었다

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