한국생산기술연구원

디지털 유연성형기술로 맞춤 제조

- 추가 금형 없이 3D 설계 데이터로 정밀 금속 성형

- 자동차, 의료기기, 전자 분야 등 다양한 산업에 적용 가능

□ 금속 성형은 공정 과정에서 제품의 형상이 조금만 바뀌어도 새로운 금형 제작이 필요해 시간과 비용이 많이 든다. 

ㅇ CNC 장비로 판재를 반복해서 누르는 방식으로 원하는 형상을 만드는 점진성형기술이 사용되고 있으나 성형 시간이 길고 압흔이 남는데다 강도 높은 소재에는 적용이 어려운 문제가 있다.

□ 한국생산기술연구원(원장 이상목, 이하 생기원)이 추가 금형 없이 3D 설계 데이터만으로 맞춤형 생산이 가능한 ‘디지털 유연성형 토탈 솔루션’을 제시했다.

ㅇ 생기원 유연생산연구부문 박남수 수석연구원, 송정한 수석연구원 공동 연구팀은 시뮬레이션, 공정 최적화, 장비 제어기술을 통합해 기존 점진성형기술의 한계를 극복했다고 밝혔다.

□ 연구팀은 3D CAD 설계 데이터를 기반으로 성형 경로, 속도, 마찰 조건을 자동 산출·제어하는 기술을 개발했다.

ㅇ 시뮬레이션을 통해 소재의 물리적 특성을 정밀하게 분석하고, 점진적 성형 과정에서 발생하는 변형을 예측할 수 있어 최적의 가공조건을 도출할 수 있다.

ㅇ 3D CAD 설계 데이터를 CNC 장비가 이해할 수 있는 언어로 변환하는 G코드 자동 변환기술을 개발해 설계 데이터가 성형 공정에 바로 반영되도록 했다.

□ 성형 공구의 반복적 접촉으로 인한 압흔문제를 해결하기 위해 진공 기반 성형 모듈도 개발했다.

ㅇ 진공 방식으로 판재를 고정해 성형 중 소재가 불규칙하게 움직이는 것을 방지하고 성형 압력을 균등하게 분산시켰다. 

ㅇ 이를 통해 공구 압력으로 인한 표면 손상을 줄이는 동시에 넓은 면적을 한 번에 성형할 수 있어 성형 시간을 단축할 수 있다.

□ 연구팀은 또한 두 개의 CNC 장비를 실시간으로 동기화하는 제어 시스템을 개발하고, 장비 하단에 국부 열원 모듈을 적용해 성형 정밀도를 높였다. 

ㅇ 두 개의 성형 공구가 상·하부에서 독립적으로 직동해 국부적으로 가해지는 힘을 제어할 수 있어 복잡한 형상도 세밀한 조정이 가능하다.

ㅇ 또한 특정 부위에 열을 가하는 국부 열원 모듈을 적용해 타이타늄, 마그네슘 등 성형이 어려운 소재도 정밀하게 가공할 수 있다.

□ 개발된 성과는 생기원 뿌리분야 대표과제를 통해 창출되어 자동차 부품, 가전제품, 의료기기 등 다양한 생산현장에서 기업들과 실증 테스트를 진행 중이다.

ㅇ 실증 과정에서 프레스 성형과 점진 성형을 결합한 복합 생산 공정을 적용, 제품 디자인에서 요구되는 날렵한 모서리 형상(Sharp Edge)을 구현하는 기술도 개발했다.

□ 박남수 수석연구원은 “기존 CNC 장비를 교체하지 않고도 개발된 모듈과 제어기술을 적용하면 추가 금형을 제작할 필요 없이 맞춤형 생산이 가능한 유연성형기술”이라고 설명했다. 

ㅇ 총괄책임자인 이호년 수석연구원은 “금형 없이도 복잡한 형상을 정밀하게 구현할 수 있어 기존 대량생산 방식과 달리 제품별로 맞춤형 유연생산이 가능하다”고 말하며, “실증을 거쳐 실제 제조 현장에 적용하기 위한 테스트를 진행 중”이라고 밝혔다.