독일 NextGenAM 프로젝트‚ 산업용 3D프린팅 제조 시험생산 첫 가동
차세대 적층 제조 양산 청신호… 프리미엄 에어로텍, 다임러, EOS 3사 협업 성과 가시화
설치가 끝난 NextGenAM 프로젝트의 자동화 적층제조 시험생산 시설 전경. 왼쪽부터 오른쪽으로 와이어컷 장비, 산업용 로봇 제조업체 KUKA의 로봇, 3D 광학측정기, 3D 프린팅 셋업 스테이션, 3D 프린팅 언패킹 스테이션, 자율 이동장치(빨간 물체), EOS M 400-4 프린터, 3D 프린팅용 분말 공급기(사진에서 보이지 않음)
적층제조 공정이 진행되기 전과 진행되는 동안 3D 프린팅용 분말 공급기(IPM M)가 EOS M 400-4 프린터에 적층제조 분말 소재를 공급하고 있다
NextGenAM 프로젝트는 지난해 5월 공식 출범한 이래 적층제조 자동화 가능성을 염두에 두고 3D 적층제조 공정 전반에 걸친 연구개발을 진행해왔다. 그러한 노력의 결과 파렐시 소재 프리미엄 에어로텍 사업장에 산업용 3D 프린팅 제조를 위한 시험생산 시설이 처음으로 설치돼 가동되는 결실을 거두게 됐다.
NextGenAM 프로젝트의 목표는 자동차와 비행기에 들어가는 알루미늄 부품을 제조할 수 있도록 완전한 형태의 ‘셀(cell) 생산 시스템‘을 구축하는데 있다. 셀 생산방식이란 여러 제조공정이 하나의 생산라인에서 이뤄지는 컨베이어 방식이 아니라 숙련공들이 제품 하나에 대한 전체 공정을 책임지는 제조기법을 말한다. 이 시험생산 시설은 비행기와 자동차 부품제조를 위해 설치된 만큼 적층 제조, 후처리가공, 품질검사 등을 위한 여러 가지 장비로 구성돼 있다. 3사가 개발에 성공한 시험생산 라인은 개별적인 공정은 물론 적층제조 공정과 기존 공정이 연결되는 부분까지 전 공정을 자동화하고 통합화시킴으로써 수작업 공정을 없앴다는 점이 혁신적이다. 따라서 복잡한 부품 제조, 부품 경량화, 다품종 소량생산이 가능할 뿐 아니라 고도의 자동화로 생산비용 절감에 크게 유리하다.
시험생산 시설 개요
파렐의 프리미엄 에어로텍 사업장에 설치된 산업용 3D 시험생산 시설의 핵심은 레이저 4개가 장착돼 대형 금속부품 제조가 가능한 EOS사의 고속 3D 프린터 EOS M 400-4이다. EOS 공유모듈(EOS Shared-Module)이라는 방식의 모듈형 주변장비들이 이 산업용 3D 프린터를 중심으로 연동해 움직이도록 돼 있다. EOS M 400-4 프린터는 파우더 공급 장치를 갖추었고, 독립된 셋업 스테이션, 언패킹 스테이션과 연결되어있다. 그 결과 3D 프린팅용 알루미늄 분말 소재를 이 프린터에 투입하고 배출하는 작업, 새로운 빌딩 작업 준비를 위하여 시스템을 세팅하는 작업, 빌딩이 완료된 부품을 파우더 베드에서 언패킹 하는 작업은 실제 적층 제조 과정과 병행하여 독립적으로 수행될 수 있어 생산성이 상당히 향상된다. 적층 제조로 만들어진 부품은 보호 가스 용기에 담겨 자동으로 움직이는 자율 이동장치에 실려 자동화된 각 스테이션으로 이동하게된다.
뒤 이은 후처리가공 작업 역시 전체적으로 자동화돼 있다. 로봇이 셋업 스테이션으로 부터 적층 제조 부품을 얹은 빌드 플랫폼(build platform)을 열처리를 담당하는 열처리로 안에 위치시킨다. 이 작업이 끝나면 로봇은 3D 프린팅한 부품과 빌드 플랫폼을 다시 품질검사를 위한 3차원 광학측정기로 옮긴다. 최종적으로 모든 작업이 끝난 빌드 플랫폼은 와이어 절단 장치로 옮겨져 플랫폼과 적층 제조 부품을 분리시킨다.
차세대 적층 제조 양산 기반구축 성큼 다가서
NextGenAM 프로젝트가 3D 프린팅(적층제조)을 위한 연속공정을 자동화하는데 성공한 것은 프로젝트에 참여한 3개 업체가 각자의 전문성과 경험을 살려 협력한 결과다. EOS는 산업용 초고속 3D 프린팅 시스템을 공급하는 업계 선두주자이며 프리미엄 에어로텍은 세계에서 처음으로3D 프린팅 양산으로 제조한 항공기 금속재 구조부품을 유럽 최대 항공기 제조업체인 에어버스에 공급한 바 있다. 지금까지는 적층 제조 부품을 만드는 소재로 티타늄 금속분말이 쓰였으나 앞으로는 이를 알루미늄 금속으로 대체한다는 것이 NextGenAM 프로젝트의 계획이다. 메르세데스-벤츠를 생산하는 다임러그룹은 자동차 양산과 관련한 오랜 경험을 이번 프로젝트에 쏟아 붓고 있다. 파렐의 3D 프린팅 시험생산 시설에서 실제로 자동차 부품 양산이 이뤄질 수도 있으므로 다임러의 참여는 매우 중요하다.
토마스 엠(Thomas Ehm) 프리미엄 에어로텍 최고경영자(CEO)는 “이번 프로젝트를 통해 이미 부품 제조단가를 크게 낮추는 기술을 개발하는데 성공했다”며 “양산을 위한 3D 프린팅 생산시설의 경제성이 밝다는 점을 보여주는 것”이라고 밝혔다.
EOS 최고기술책임자(CTO)인 토비아스 아벨른(Tobias Abeln) 박사는 “자동화된 생산라인에 적층제조 공정을 결합시킴으로써 3D 프린팅에 의한 양산 체제를 구축하는 길이 다양하게 열렸다는 점에서 중요한 의미가 있다”고 설명했다. 자스민 아이흘러(Jasmin Eichler) 다임러 미래기술연구소(Research Future Technologies) 소장은 “3D 프린팅은 기존의 자동차 제조방식을 보완하는 생산방식으로서 자동차 제조업 분야에서 매우 다양하게 활용되는 방향으로 발전하고 있다”고 분석했다. 아이흘러 소장은 “이 예비 연구개발 프로젝트를 통한 협업을 통해 우리는 금속 적층제조 연쇄공정의 생산비용 효과를 끌어올리는 노력을 하고 있고 상당한 진척을 보이고 있다”며 “이 프로젝트는 종래의 자동차 부품 제조방식과 비교해 신뢰성, 기능성, 지속성, 경제성 등에서 뒤지지 않는 적층 제조 양산 방식을 자동차 부품 양산에 적용하는 날을 앞당기는 초석이 될 것”이라고 덧붙였다.
산업용 적층 제조 전망
3D 프린팅 양산을 위한 시험 생산라인은 파렐 사업장의 기술센터에서 향후 몇 개월간 추가 시험을 거치게 되며 시험생산 시설에 대한 평가도 이뤄지게 된다. 아울러 이번 시험생산과 관련한 자료도 향후 공정시간, 수익성, 비용최적화를 위한 구체적인 자료분석에 활용될 예정이다. NextGenAM 프로젝트는 적층 제조 공정을 적용해 알루미늄 금속부품을 양산하고 생산원가도 절감하는 시스템을 구축하는 것을 목표로 더욱 박차를 가해 나간다는 계획이다. 자세한 내용은NextGenAM 프로젝트 홈페이지(https://www.eos.info/nextgenam)에서 확인할 수 있다.
프리미엄 에어로텍 개요
프리미엄 에어로텍은 세계 굴지의 항공기 구조물 제조업체로 지난해에만 20억유로의 매출을 기록했다. 프리미엄 에어로텍이 주력하는 분야는 금속 및 탄소섬유 소재 항공기 구조물의 개발 및 생산이다. 프리미엄 에어로텍의 생산공장은 독일의 아우크 스부르크, 브레멘, 함부르크, 노르덴함, 파렐과 루마니아의 브라쇼브에 위치해 있다. 자세한 내용은 홈페이지(www.premium-aerotec.com)에서 볼 수 있다.
EOS 개요
EOS는 산업용 금속 및 폴리머(고성능 플라스틱) 3D 프린팅 분야를 선도하는 세계적인 전문업체로 1989년 창업한 이래 혁신적이고 광범위한 제품군의 최첨단 적층 제조 솔루션을 개발해 공급하고 있다. EOS가 공급하는 제품군은 산업용 3D 프린팅 시스템에서 적층 제조 소재, 공정변수 관리프로그램에 이르기까지 광범위하며 뛰어난 품질의 제조공정을 보장할 뿐 아니라 생산공정의 장기적인 경제성까지 제고한다. 전세계 시장에 제공되는 EOS만의 서비스 노하우, 응용프로그램 개발과 컨설팅서비스 분야의 오랜 경험을 고개들에게 제공하고 있다.
다임러그룹 개요
다임러그룹은 메르세데스-벤츠, 메르세데스-벤츠 밴, 다임러 트럭, 다임러 파이낸셜 서비스를 계열사로 보유한 세계 유수의 대기업이다. 상용차 기준으로 세계 최대 제조업체이며 고급 자동차를 제조하는 대표적인 글로벌 기업이다. 다임러 파이낸셜 서비스는 할부금융과 리스 상품, 보험상품, 기업차량관리, 투자업무, 신용카드업무 등과 아울러 차량공유 등을 비롯한 모빌리티 서비스도 다룬다. 창업자인 고틀리프 다임러(Gottlieb Daimler)와 카를 벤츠(Carl Benz)는 지난 1886년 세계 최초로 휘발유 자동차를 만드는데 성공하면서 인류 역사를 새로 썼다. 다임러그룹은 자동차 공학기술의 첨병으로서 안전하고 지속가능한 차세대 이동기술 개발을 선도하는 것을 사명이나 의무로 여기는 기업이다. 따라서 소비자에게 감동을 선사하는 안전한 고급 자동차를 개발하는 일뿐 아니라 혁신적인 친환경 기술을 개발하는 일에 주력하고 있다. 다임러그룹은 장기적으로 배기가스 무배출 자동차를 구현한다는 목표에 따라 최첨단 내연기관과 하이브리드 자동차 개발에서 배터리와 연료전지가 적용된 순수전기차용 구동장치에 이르기까지 고효율 구동장치의 개발에 대해서도 투자를 체계적이고 지속적으로 하고 있다. 다임러는 이를 위해 자동차 스마트화, 자율주행, 이에 따른 새로운 모빌리티(이동성) 개발에 주력하고 있다. 이는 사회와 환경에 대한 책임을 다 하는 문제에 대해 다임러그룹이 매우 적극적으로 임하고 있음을 보여주는 여러 사례 가운데 하나 일뿐이다. 다임러그룹은 유럽, 북미, 남미, 아시아, 아프리카에 소재한 생산공장에서 자동차를 생산하고 있으며 전 세계 거의 모든 시장에 제품을 공급하고 있다. 세계 최고로 인정받는 고급승용차 브랜드 메르세데스-벤츠 외에 다임러그룹에 속한 브랜드로는 스포츠카브랜드 메르세데스AMG, 최고급 브랜드 메르세데스-마이바흐, 메르세데스 미(me) 서비스에서 경차 브랜드 스마트(Smart), 전기차 브랜드EQ, 프레이트라이너(Freightliner) 트럭, 웨스턴 스타(Western Star) 트럭, 인도 트럭 브랜드 바라트벤츠(BharatBenz), 일본 트럭 브랜드 후소(FUSO), 버스 브랜드인 세트라(Setra)와 토마스 빌트 버스(Thomas Built Buses) 등이 있다. 다임러 파이낸셜 서비스 계열의 브랜드로는 메르세데스-벤츠 방크, 다임러 트럭 파이낸셜, 차량호출서비스 무블(moovel), 차량공유서비스인 카투고(car2go)와 마이택시(mytaxi) 등이 있다. 다임러그룹은 프랑크푸르트와 슈투트가르트 증권거래소에 상장돼 있으며 지난해 현재 종업원은 28만9300여명, 자동차 판매실적은 330만대에 이른다.
NextGenAM 프로젝트 동영상: http://www.eos.info/nextgenam
웹사이트: http://www.eos.info/en
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