CERP, GRP 등의 복합소재 접합기술


공작 기계가 정밀하게 가공하기 위해서는 역동적이고 견고하며 열에도 안정적이어야 한다. CFRP와 GRP 등 복합 소재는 시스템에 이러한 특성을 부여할 수 있음에도 불구하고, 사용 실적은 여전히 미미하다.

페터 쾨니히스 로이터(Peter Königsreuther)

항공기 엔지니어링, 자동차 산업 그리고 재생 에너지 분야는 섬유 강화 구성요소를 이용한 경량 구조 대량생산에서 선구자이다. 몇 년 전부터 CFRP와 GRP에 대한 새로운 아이디어가 제시되었고, 공작기계 엔지니어링에서도 자신의 특성을 발휘할 수 있음을 입증한 결과가 나타났다. 이미 트러스, 슬라이드, 스핀들 마운트와 같은 이동 시스템을 CFRP로 제작하여 경량화하고 있다. 이를 적용하면 질량이 줄기 때문에 적은 힘으로 움직이거나 작은 모터로도 움직일 수 있다. 공작기계는 가공 과정에서 점점 예열되고 확장하면서 이는 정밀성과 관련하여 영향을 미친다. 하지만 탄소섬유 강화 부품의 경우 이러한 문제가 발생하지 않기 때문에 번거로운 냉각 작업을 생략할 수 있다. 또한 매우 우수한 진동감쇠 특성은 기계공학에서 이점을 제공한다. 결과적으로 CFRP가 장착된 기계는 수명이 길어질 수 있다. 또한 복합소재로 제작된 견고하고 콤팩트한 공작기계는 티타늄 합금이나 인코넬 (Inconel)과 같은 난삭 재료를 경제적으로 가공할 수 있다.
이러한 명백한 장점에도 불구하고, 대부분의 제조업체들은 이러한 첨단재료를 도외시하고 있다. 대부분의 제조업체가 내세우는 이유는 생산 개수가 너무 작아 해당 기술을 적용하기 어렵다는 것이다. 또한 이러한 소재는 금속에 용접할 수 없기 때문에, 전문가에게도 CFRP 구성요소와 금속 기계의 연결점 사이를 견고하게 연결하는 것이 문제가 된다고 한다.

기계 공학에 사용된 성공적인 복합 소재의 예로 CFRP와 알루미늄으로 만들어진 고강성 레버 시스템이 있다.


Roland Berger Strategy Consultants와 VDMA Composite Technology Forum이 발표한 연구에서 기계 공학 분야에서 유사한 재료가 있지만, 성장 속도가 완만한 것으로 예측되었고, 기술적 문제의 해결사로 나타났다. 자세히 살펴보면, 무슨 일이 일어나고 있는지 알 수 있다. 이미 수백만 개의 부품으로 공급된 볼보의 GRP 판 스프링, CFRP 로봇 암, 그리퍼 그리고 탄소 재질 경량 실린더, 밀링 스핀들 하우징 등은 „숨겨진 챔피언“ 가운데 일부에 불과하다. 금속과 CFRP를 서로 안전하게 접합할 수 있는 접합기술이 개발되어, 일부 기계 제작자들은 CFRP 플레이트와 프로파일을 이미 사용하고 있다. 그로 인해 기존의 방식을 떠나야 하고, 특정 상황에서는 섬유 강화 구성 요소의 이방성에 익숙한 전문가를 초빙해야 한다. CFC 부품을 알고 있다면 MAP 공작 기계와 Fraunhofer-IPT가 개발한 Z-슬라이드를 생각해 보자. 강철 재질 슬라이드 무게의 60%에 불과한 Z-슬라이드를 보면, 충분히 생각을 바꿔볼 가치가 있다.