절단 기술 최신 동향

2020년 올해는 모든 산업 박람회가 활동을 멈춘 대단히 침울한 해이지만, 톱 시스템, 플라즈마 절단, 레이저 절단, 워터젯 절단의 향방이 어디로 향할지는 부분적으로 드러나고 있다. 여기에 작은 단면을 소개한다.

페터 쾨니히스로이터(Peter Königsreuther)

핵심 내용

  • 절단 기술은 파이프, 프로파일, 판재 등의 반제품 생산을 위한 가장 오래되고 중요한 가공 프로세스에 속한다.
  • 전통적인 톱이나 플라즈마, 레이저, 워터젯을 이용한 절단 기술의 발전이 멈추지 않았다.
  • 이번 가을 박람회 시즌도 뜨겁지 않을 것이다. 따라서 박람회에서 보이던 혁신 기술을 경험할 수는 없다.
  • 박람회에서 볼 수 있을법한 절단 기술의 혁신들을 지면을 통해 소개한다. 박람회에서 볼 수 없는 약간의 플러스 요소도 더해서

최근 적층 가공을 위한 톱 기계들의 보도가 증가하고 있다. 먼저 전통적 톱이나 산업용 자동 톱에서 시작해보자.

재료 절감 및 톱으로 안전하게 분리하기

이러한 보도 증가를 어떻게 이해해야 할까? 어떻게 이런 ‘오래된’ 기술이 최신 3D 프린팅에서 의미 있는 지원을 할 수 있을까? 해답은 적층 가공되는 조형품이 베이스 플레이트에 형성되는 경우가 많고, 프린팅 후 정밀하게 제작된 제품이 손실되지 않도록 이 베이스 플레이트에서 분리해야 한다는 점이다.

             Kasto 사는 이러한 작업에 전자동 띠 톱 Kastowin amc를 권유한다. 이 시스템은 다른 분야에서 이미 실용적으로 사용되고 있는 아이템이다. Kasto는 이 아이템이 Airbus나 헬리콥터 제작에 사용한다고 강조하였다. Airbus와 헬리콥터 제작 과정에서 티타늄으로 경량 샤프트를 3D 프린팅하며, 이 샤프트 16개가 에어버스 A350에 들어간다. 얼마 전부터 프린팅된 샤프트를 무게 40kg의 티타늄 베이스 플레이트에서 분리하는 데에 Kastowin amc를 사용하고 있다. 이 톱은 400mm x 400mm 크기의 베이스 플레이트에 맞게 설계되었고, 옵션으로 500mm x 500mm로 확장할 수 있다. Kasto에 의하면 이 톱의 절단 속도는 단계 구분 없이 12 ~ 150m/min에서 조정할 수 있다고 한다.

이 톱이 무엇을 할 수 있고 다른 톱은 이를 할 수 없는가? 조형품이 붙어 있는 이 베이스 플레이트를 클램프에 안전하게 고정한 후 톱을 닫으면, 클램프 시스템이 정확하게 180° 회전하여 조형품을 거꾸로 매단 상태에서 잘라서 분리할 수 있다. 그러면 절단 후 조형물이 넘어지거나 꺾이지 않고, 안전한 수집 컨테이너로 떨어지게 된다.

작업자는 톱질 전에 플레이트 두께를 측정하고 그 값을 기계 컨트롤에 입력한다. 톱 상부가 정확하게 이 높이로 접근한다. 이러한 플레이트는 항상 반복 사용하고 시간이 지나면서 점차 얇아진다고 Kasto는 설명한다. 조형품은 Kastowin amc의 컨트롤로 매번 정확하게 가공 여유만 남긴 채 분리할 수 있다.

Behringer는 적층 제조된 조형물을 분리하기 위한 톱 2개 가운데 하나인 LPS-T 3D를 제공한다. 이 톱은 작동이 안정적이어서 난삭 재료에 특히 적합하다.

Behringer도 이러한 추세에 대응할 수 있는 톱 기계 제조사 가운데 하나이다. HBE320- 523 3D 및 LPS-T 3D라는 이름의 두 가지 모델을 포함하는 새로운 3D 시리즈가 있다. 이 시리즈 역시 프린팅된 조형물을 베이스 플레이트에서 떼어 내는 작업을 담당한다. HBE320- 523 3D은 이미 검증된 HBE Dynamic 시리즈를 기반으로 한다. 이 톱은 최대 500mm x 300mm 면적의 중소형 크기 플레이트를 절단하도록 설계되었다. 이 톱은 강력하면서 콤팩트하며 절단 속도는 5 ~ 110m/min이다.

조형판이 커지면서, Behringer는 크레인을 이용하여 무거운 플레이트를 로드할 수 있는 수직 띠 톱인 LPS0T 3D를 추천하였다. 이 띠 톱은 최대 850mm x 650mm의 플레이트를 수용할 수 있다. 작동을 안정시키는 서보 피드 시스템이 강 및 난삭 재료를 절단할 경우 플러스 요인이 된다. 영접 스톱 시스템 덕분에 플레이트를 쉽고 정확하게 정렬할 수 있다. 톱의 절단 속도는 17 ~ 120m/min이다.

Behringer의 이 두 가지 톱에는 공차를 프로그래밍할 수 있는 절단 프로세스 모니터링 기능이 있다. 이 기능은 다양한 냉각 시스템과 윤활 시스템을 사용하기에 적합하다고 제조사는 강조한다. Kasto 시스템뿐만 아니라 Behringer 시스템도 흡입 시스템과 기타 기술적 특징을 갖추고 있어, 톱질할 때 발생하는 분진과 에어로졸이 주변 환경이나 조작자의 폐를 오염시키지 않는다.

Behringer는 적층 제조된 조형물을 분리하기 위한 톱 2개 가운데 하나인 LPS-T 3D를 제공한다. 이 톱은 작동이 안정적이어서 난삭 재료에 특히 적합하다.

플라즈마 섹터의 하이라이트 및 그 외…

플라즈마 절단의 스펙트럼이 경험할 수 있는 바와 같이 갈수록 복잡해지고 있다. 이에 MCS(Messer Cutting Systems)는 유연하고 간단하게 조작할 수 있는 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 NC 제어되는 기계인 Multitherm Eco로 콤팩트한 절단 시스템이다. 플라즈마 절단뿐만 아니라 가스 절단에도 사용할 수 있다. 이러한 조합으로 구조 강부터 스테인리스 스틸 그리고 알루미늄까지 정확하고 경제적으로 가공할 수 있다. 이 시스템은 특히 섬유 절단에 맞추어져 있다. 이 시스템은 절단이 빠르게 진행될 수 있도록, 노즐을 빠르게 교체하는 이른바 알파 버너를 최대 네 개까지 가지고 있다.

Messer Cutting Systems는 플라즈마 절단 기능을 위해 시스템에 타입 SL200의 특수 높이 조절 장치를 장착하였다. 이로 인해 이 시스템은 충돌 방지 기능을 포함하여 16m/min의 속도로 움직일 수 있다. 절삭 작업에 몇몇 시스템을 사용할 필요가 없다면, Multitherm Eco의 통합 휠 케이스는 대기 공간의 역할을 한다. 따라서 공간을 아끼고 작업 너비를 최적화할 수 있다. MCS는 작업 시에 오류가 발생하지 않도록 사용자 친화적인 컨트롤 Global Control을 설치하였다. 이 컨트롤은 조작을 단순화한다. 두 절단 기능과 관련하여 이 시스템은 Omniflow 타입의 자동 가스 조절 유닛을 갖고 있다.

Messer Cutting Systems는 필요할 경우 4개의 버너를 장착할 수 있는 Multitherm Eco 플라즈마 절단 시스템을 제공한다.

             Microstep Europe도 또 다른 플라즈마 제조업체이다. 이 업체도 복합 절단 프로세스를 제공한다. Microstep은 Aquacut 타입의 워터젯 절단 시스템을 선보였다. 이 시스템은 추가로 플라즈마 절단 장비도 갖추고 있다. 네덜란드 금속 가공 업체인 Microstep은 작년부터 2D 절단의 생산성 향상을 신경 쓰고 있다. 또 다른 특이 사항은 센서이다. 다수의 센서 시스템이 일정한 절단 품질을 보장하고, 외부에서 오류 진단을 가능하게 한다. 네트워크로 연결하여 오류 메시지를 휴대용 단말기로 전송하고, 스마트 장치를 통해 접근할 수 있다. 이는 비상시 유휴 시간을 최소화하고, 가동률을 높일 수 있다. 이는 위탁 제조업체의 경쟁력을 보장하는 데 도움이 되는 스마트한 장점이다. 

네덜란드의 한 사용자는 워터젯 절단과 플라즈마 절단이 조합된 Microstep 시스템을 사용한다.

워터젯 절단의 지속 가능성

STM Stein Moser는 최근 값비싼 천연 광물 또는 가넷 샌드를 재사용할 수 있는 방법을 소개하였다. 이런 소재를 무한정 사용할 수 있는 것이 아니고 재료가 고가이기 때문에 회수가 이익이 된다. 이 솔루션을 Oneclean이라고 부른다. 이 연마제 리사이클링 모듈은 가넷 샌드를 문제없이 다시 워터젯 절단 프로세스에 공급할 수 있을 만큼, 가넷 샌드의 약 50%를 리사이클 할 수 있다. 결과적으로 샌드 구매 비용을 절감할 수 있으며, 일반적으로 발생하는 폐기 및 운반 비용을 줄일 수 있다. 그로 인해 연간 연마재 소비량을 약 50t으로만 잡아도 대략 3 ~ 5년 내에 Oneclean 구매 비용을 충분히 회수할 수 있다.

STM의 Abrasivrecycling을 사용하면 지속적인 워터젯 절단이 가능하다. 또한 고가의 가넷 샌드의 약 50%를 회수할 수 있다.

워터젯이 레이저를 ‘손에 들다

Sitec과 Avonisys가 활기를 불러일으킬 새로운 이 레이저 절단 기술을 올해 박람회에서 체험할 수 없다는 점이 참으로 아쉽다. 하지만 이 특수한 시스템을 지면을 통해 살펴보는 것도 가치가 있을 것이다. 이 두 업체는 워터젯 유도 레이저 절단을 최적화하였다. Sitec에 따르면 뛰어난 절삭 가장자리, 버(burr) 없음, 낮은 온도의 절단, 큰 종횡비(구조물의 높이 또는 깊이 대 최소 너비의 비율)은 기존 레이저 절단 및 드릴링 공정에 비해 워터젯 유도 레이저 절단의 특별한 장점이라 한다. 이른바 “clean cutting by Sitec”이 달성할 수 있는 결과는 침식 공정 결과와 비교할 수 있다. 

Sitec과 Avonisys는 clean cutting으로 워터젯 유도 레이저 용접 공정을 최적화하였다. 이 시스템은 조형물의 절삭 가장자리 품질이 탁월하다.

Avonisys은 워터젯 유도 레이저 절단을 개선하여 가능한 출력 스펙트럼을 최적화하였다. 또한 Sitec과의 협력을 통해 광범위하게 자동화한 CNC 가공 시스템의 전체적인 조합이 가능해졌다. Avonisys AG의 이 모듈러 구조 시스템은 광학 장치 외에 수처리 장치와 빔 형성 모듈로 구성된다. 모든 구성 요소는 LS 시리즈의 기존 레이저 기계와 성공적으로 결합되었다.

얇은 판재와 필름 절단에 이상적

LS 시리즈의 기본 구조는 전체 레이저 가공 프로세스를 자동화할 수 있는 가능성을 제공한다. 또한 표준화되고 정비 친화적인 이 솔루션은 Sitec 레이저 특수 시스템에도 통합을 목표로 하고 있다. 프로세스를 위해 원칙적으로 다양한 고체 레이저를 사용하지만 주로 광학 레이저를 사용한다. Sitec에 따르면 광학 레이저가 안정적이고 비용 면에서 보다 저렴하기 때문이라 한다.

‘clean cutting by Sitec’은 매우 얇은 판재와 필름을 버 없이 정밀 절단할 수 있다. 버 없이 그리고 절단 날과 평행하도록 최대 20mm 두께의 공작물 분리가 가능하다. 이는 재료에 따라 종횡비가 매우 높은 드릴링을 요구할 경우 유용하다. Sitec의 납품 및 서비스 스펙트럼은 개발과 LS 시스템의 CNC 레이저 시스템 제작 그리고 IATF16949에 따른 Sitec 연속 생산을 포함하여 전자동 레이저 특수 시스템까지 이른다.