[TrendⅠ]워터젯, 난삭재 가공기술 개발 시급 탄소섬유복합재 사용 증가 따라 워터젯 기술 각광 최근 제품의 고강도화와 경량화에 따라 항공기, 자동차, 선박, 스포츠 용품 산업 등에 많이 사용되고 있는 탄소섬유복합소재(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)가 친환경적 가공으로 부각되고 있다. 연마재 워터젯 가공은 약 4,000bar 이상의 초고압 발생장치에서 토출된 압력을 물과 연마재를 적용해 물체를 제거하는 기술로서, 열변형이 없는 비접촉식 가공법으로 최근의 자동화, 정밀, 제어 기술 등의 진보와 더불어 워터젯은 CNC공구, 레이저, 플라즈마, EDM(Electric Discharge Machining) 등과 대등한 경쟁에서 주 가공 공구로서의 입지를 높이고 있다. 워터젯 가공은 고에너지 밀도 가공법이므로 재료에 대한 변형 및 잔류응력이 없으며 대기중 분진의 비산이 적고 작업환경이 양호하다. 또한, 가공물에 노즐이 접촉하지 않고 자유롭게 곡선 및 곡면의 절단이 가능하며 가공 반력이 작아 노즐의 이동이 용이해 로봇에 의한 제어가 가능하다연마재 워터젯에서 파괴 거동을 지배하는 주요 메카니즘은 연마재 입자가 소재 표면에 충돌한 뒤 충격지점에 인접해서 생기는 소성유동(Plastic flow)에 의한 재료제거와 충격에 의해 소재 내부에 발생되는 응력파(Stress wave), 균열병합(Network crack)으로 인한 재료 제거로 볼 수 있다이에 워터젯 가공은 수많은 소재의 절단 및 절삭이 가능한 다방면의 가공법으로 금속, 비금속, 플라스틱, 암석, 나무, 식품, 의류 및 세라믹 등 항공기, 자동차, 반도체 산업 뿐만 아니라 다양한 제조 산업분야에 활용 가능하다. 특히 최근에는 국내외적으로 이슈가 되고 있는 원전 및 해양플랜트 해체 등에도 적용되고 있어 차세대 블루오션으로 주목받고 있다. 워터젯 가공 적용 산업 중 항공 산업에는 워터젯과 밀링이 동시 가능한 갠트리 타입의 복합가공기, 자동차 산업에는 6축 로봇을 이용한 워터젯 로봇이 적용되고 있다. 한국산업기술평가관리원(이하 KEIT) 관계자는 “워터젯 가공은 단순 절단가공에서 3D 형상 가공이 가능한 절삭가공으로 연구가 진행되고 있으며, 대표적으로 영국의 노팅엄 대학 주축의 산·학·연 컨소시엄이 ConforM-Jet 프로젝트를 수행하고 있다”고 소개했다. 연마재 워터젯 가공은 냉간, 비접촉식, 친환경의 특징과 소재(CFRP, Titanium, Inconel, 대리석, 식품, 섬유 등)의 제한이 없이 적용 가능한 장점이 있어 전 산업분야에 적용 가능하다. 특히, 제품의 친환경 및 고효율화에 따라 항공기, 자동차 산업 등에서 초경량소재인 탄소섬유복합소재(CFRP) 부품의 수요가 급증할 것으로 예상되며, 대량생산에 필요한 생산성과 품질을 만족시킬 수 있는 가공시스템 및 가공기술 개발이 요구되고 있다. 난삭재 가공기술 개발이 관건워터젯 가공기 시장은 2010년 약 5억 4천 100만 달러에서 2018년 9억 400만 달러로, 항공기, 자동차, 반도체 산업 이외에 건축, 포장, 식품 등의 다양한 산업분야에 적용으로 인해 꾸준히 성장할 것으로 전망된다. 세계 워터젯 시장의 비율은 절단 시장이 20%, 세척 시장이 80%을 차지하며, 절단의 경우 4,000bar 이상의 소유량 초고압 펌프를 사용하고, 세척 시스템은 2,800bar의 대유량이면서 상대적으로 저압 펌프를 사용한다.2013년 기준 국가별 상대적 점유율을 살펴보면, 미국이 전체 워터젯 가공기 시장의 약 36%정도 선점하고 있고, 유럽이 약 26%, 그 뒤를 이어 일본을 제외한 아시아가 약 21%를 차지하며 2018년에는 미국을 이어 세계 2위의 시장이 될 것으로 전망된다.업체별 시장 점유율은 미국의 Flow사가 전 세계 시장의 약 58%를 차지하고 있고, 뒤이어 미국의 Omax, 중국의 Dardi 등이 점유하고 있다.아시아지역의 연평균 성장률은 10.47%로 타 지역에 비해 급속히 성장하고 있으며, 이는 최근 동남아 시장의 성장과 더불어 중국을 비롯해 한국, 대만, 싱가포르, 인도에서 워터젯을 이용한 가공 및 부품 수요가 증가함을 나타낸다.2012년 1억 2천 590만 달러 규모로 형성됐던 시장은 2018년 2억 3천 490만 달러로 규모로의 성장이 예상된다. 특히, 중국은 연평균 성장률이 11.63%로서 급속히 성장하는 추세이며, 그 뒤를 이어 인도, 한국, 대만이 시장을 형성하고 있고, 신흥 개발국들이 많은 아시아에서 저가 제품의 주문 생산에 대한 요구가 성장을 이끌고 있으며, 금속 가공에서 복합재, 대리석, 식품, 글라스, 의류 등의 새로운 분야로 급속히 확장되고 있다. 국내 워터젯 시장규모는 2012년 2천 740만 달러에서 2018년 4천 886만 달러로 연평균 성장률은 약 9.73%로 증대할 전망이며, 주로 적용되는 산업은 핸드폰 산업을 비롯해 일반 절단가공 분야이지만, 향후 자동차용 CFRP 부품 및 식품, 반도체 부품 가공 등을 비롯한 신규 시장 개척을 통해 시장규모가 더욱 커질 것으로 전망된다.이 중에서도 CFRP의 절삭가공은 일반적으로 드릴링이나 트리밍, 라우팅 등이 많이 적용되고 있지만, 공구의 마모가 심하고 가격이 비싸기 때문에, 최근에는 워터젯 가공기술을 항공기, 자동차 이외에 정밀부품에도 적용될 것으로 기대된다. 워터젯은 각각의 부품을 가공하는 식의 기존의 솔리드 공구 대신에 범용성이 탁월할 뿐만 아니라, 공작물에 공구가 접촉하지 않기 때문에 표면이 깨끗하다는 특징과 기존의 절삭 기법을 사용하면 빈번이 발생하는 복합소재의 박리현상을 방지하고, 설치 시간과 제작 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 가공 기법으로 발전하고 있다.기존 워터젯 가공분야는 커팅, 트리밍, 드릴링이 주가 되었으나, 최근 ICT 기술의 개발과 더불어 워터젯 로봇, 워터젯 밀링, 워터젯 마이크로 가공으로의 기술이 급속히 발전하고 있으며, 단순 2D 절단에서 다양한 형상의 3D 절삭이 가능한 기술로 개발되고 있다.연마재 워터젯 가공은 냉간, 비접촉식, 친환경의 특징과 소재(CFRP, Titanium, Inconel, 대리석, 식품, 섬유 등)의 제한이 없이 적용 가능한 장점이 있어 전 산업분야에 적용이 가능하다.수요가 증가하고 있는 CFRP 산업의 지속적인 성장과 시장 확대를 위해 가공시스템 국산화를 통해 국가 경쟁력 강화와 관련 핵심 장비 개발을 통한 시장 창출 및 신기술 산업 강국 실현이 가능하다.하지만 우리나라의 경우 아직까지 워터젯 기술의 적용에 있어서 여러 분야에서 개발이 필요한 영역이 눈에 띄고 있다. KEIT의 한 관계자는 “국내 워터젯 가공의 경우 소재 절단에만 한정돼 있고, 3D 형상 및 곡면 밀링 가공에 대한 기술은 전무한 실정”이라고 지적한 뒤, “CFRP와 같은 난삭재 가공기술에 대한 연구 및 관련 기술개발이 시급히 요구된다”고 언급했다. 덧붙여 이 관계자는 “워터젯 로봇 기술은 현재 성장하고 있는 워터젯 가공 분야와 로봇분야의 신규 창출된 융합 시장으로 자동차 산업과 같은 다품종 부품 생산을 위한 유연생산셀의 구현이 가능함으로 이에 대한 기술 개발도 병행돼야 한다”고 주장했다.

[TrendⅠ]워터젯, 난삭재 가공기술 개발 시급

탄소섬유복합재 사용 증가 따라 워터젯 기술 각광

기사입력 2015-05-07 07:07:46

[산업일보]

최근 제품의 고강도화와 경량화에 따라 항공기, 자동차, 선박, 스포츠 용품 산업 등에 많이 사용되고 있는 탄소섬유복합소재(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic)가 친환경적 가공으로 부각되고 있다.

연마재 워터젯 가공은 약 4,000bar 이상의 초고압 발생장치에서 토출된 압력을 물과 연마재를 적용해 물체를 제거하는 기술로서, 열변형이 없는 비접촉식 가공법으로 최근의 자동화, 정밀, 제어 기술 등의 진보와 더불어 워터젯은 CNC공구, 레이저, 플라즈마, EDM(Electric Discharge Machining) 등과 대등한 경쟁에서 주 가공 공구로서의 입지를 높이고 있다.

워터젯 가공은 고에너지 밀도 가공법이므로 재료에 대한 변형 및 잔류응력이 없으며 대기중 분진의 비산이 적고 작업환경이 양호하다. 또한, 가공물에 노즐이 접촉하지 않고 자유롭게 곡선 및 곡면의 절단이 가능하며 가공 반력이 작아 노즐의 이동이 용이해 로봇에 의한 제어가 가능하다

연마재 워터젯에서 파괴 거동을 지배하는 주요 메카니즘은 연마재 입자가 소재 표면에 충돌한 뒤 충격지점에 인접해서 생기는 소성유동(Plastic flow)에 의한 재료제거와 충격에 의해 소재 내부에 발생되는 응력파(Stress wave), 균열병합(Network crack)으로 인한 재료 제거로 볼 수 있다

이에 워터젯 가공은 수많은 소재의 절단 및 절삭이 가능한 다방면의 가공법으로 금속, 비금속, 플라스틱, 암석, 나무, 식품, 의류 및 세라믹 등 항공기, 자동차, 반도체 산업 뿐만 아니라 다양한 제조 산업분야에 활용 가능하다.

특히 최근에는 국내외적으로 이슈가 되고 있는 원전 및 해양플랜트 해체 등에도 적용되고 있어 차세대 블루오션으로 주목받고 있다.

워터젯 가공 적용 산업 중 항공 산업에는 워터젯과 밀링이 동시 가능한 갠트리 타입의 복합가공기, 자동차 산업에는 6축 로봇을 이용한 워터젯 로봇이 적용되고 있다.

한국산업기술평가관리원(이하 KEIT) 관계자는 “워터젯 가공은 단순 절단가공에서 3D 형상 가공이 가능한 절삭가공으로 연구가 진행되고 있으며, 대표적으로 영국의 노팅엄 대학 주축의 산·학·연 컨소시엄이 ConforM-Jet 프로젝트를 수행하고 있다”고 소개했다.

연마재 워터젯 가공은 냉간, 비접촉식, 친환경의 특징과 소재(CFRP, Titanium, Inconel, 대리석, 식품, 섬유 등)의 제한이 없이 적용 가능한 장점이 있어 전 산업분야에 적용 가능하다.

특히, 제품의 친환경 및 고효율화에 따라 항공기, 자동차 산업 등에서 초경량소재인 탄소섬유복합소재(CFRP) 부품의 수요가 급증할 것으로 예상되며, 대량생산에 필요한 생산성과 품질을 만족시킬 수 있는 가공시스템 및 가공기술 개발이 요구되고 있다.

난삭재 가공기술 개발이 관건

워터젯 가공기 시장은 2010년 약 5억 4천 100만 달러에서 2018년 9억 400만 달러로, 항공기, 자동차, 반도체 산업 이외에 건축, 포장, 식품 등의 다양한 산업분야에 적용으로 인해 꾸준히 성장할 것으로 전망된다.
세계 워터젯 시장의 비율은 절단 시장이 20%, 세척 시장이 80%을 차지하며, 절단의 경우 4,000bar 이상의 소유량 초고압 펌프를 사용하고, 세척 시스템은 2,800bar의 대유량이면서 상대적으로 저압 펌프를 사용한다.
2013년 기준 국가별 상대적 점유율을 살펴보면, 미국이 전체 워터젯 가공기 시장의 약 36%정도 선점하고 있고, 유럽이 약 26%, 그 뒤를 이어 일본을 제외한 아시아가 약 21%를 차지하며 2018년에는 미국을 이어 세계 2위의 시장이 될 것으로 전망된다.
업체별 시장 점유율은 미국의 Flow사가 전 세계 시장의 약 58%를 차지하고 있고, 뒤이어 미국의 Omax, 중국의 Dardi 등이 점유하고 있다.
아시아지역의 연평균 성장률은 10.47%로 타 지역에 비해 급속히 성장하고 있으며, 이는 최근 동남아 시장의 성장과 더불어 중국을 비롯해 한국, 대만, 싱가포르, 인도에서 워터젯을 이용한 가공 및 부품 수요가 증가함을 나타낸다.
2012년 1억 2천 590만 달러 규모로 형성됐던 시장은 2018년 2억 3천 490만 달러로 규모로의 성장이 예상된다. 특히, 중국은 연평균 성장률이 11.63%로서 급속히 성장하는 추세이며, 그 뒤를 이어 인도, 한국, 대만이 시장을 형성하고 있고, 신흥 개발국들이 많은 아시아에서 저가 제품의 주문 생산에 대한 요구가 성장을 이끌고 있으며, 금속 가공에서 복합재, 대리석, 식품, 글라스, 의류 등의 새로운 분야로 급속히 확장되고 있다.
국내 워터젯 시장규모는 2012년 2천 740만 달러에서 2018년 4천 886만 달러로 연평균 성장률은 약 9.73%로 증대할 전망이며, 주로 적용되는 산업은 핸드폰 산업을 비롯해 일반 절단가공 분야이지만, 향후 자동차용 CFRP 부품 및 식품, 반도체 부품 가공 등을 비롯한 신규 시장 개척을 통해 시장규모가 더욱 커질 것으로 전망된다.
이 중에서도 CFRP의 절삭가공은 일반적으로 드릴링이나 트리밍, 라우팅 등이 많이 적용되고 있지만, 공구의 마모가 심하고 가격이 비싸기 때문에, 최근에는 워터젯 가공기술을 항공기, 자동차 이외에 정밀부품에도 적용될 것으로 기대된다.
워터젯은 각각의 부품을 가공하는 식의 기존의 솔리드 공구 대신에 범용성이 탁월할 뿐만 아니라, 공작물에 공구가 접촉하지 않기 때문에 표면이 깨끗하다는 특징과 기존의 절삭 기법을 사용하면 빈번이 발생하는 복합소재의 박리현상을 방지하고, 설치 시간과 제작 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 가공 기법으로 발전하고 있다.
기존 워터젯 가공분야는 커팅, 트리밍, 드릴링이 주가 되었으나, 최근 ICT 기술의 개발과 더불어 워터젯 로봇, 워터젯 밀링, 워터젯 마이크로 가공으로의 기술이 급속히 발전하고 있으며, 단순 2D 절단에서 다양한 형상의 3D 절삭이 가능한 기술로 개발되고 있다.
연마재 워터젯 가공은 냉간, 비접촉식, 친환경의 특징과 소재(CFRP, Titanium, Inconel, 대리석, 식품, 섬유 등)의 제한이 없이 적용 가능한 장점이 있어 전 산업분야에 적용이 가능하다.
수요가 증가하고 있는 CFRP 산업의 지속적인 성장과 시장 확대를 위해 가공시스템 국산화를 통해 국가 경쟁력 강화와 관련 핵심 장비 개발을 통한 시장 창출 및 신기술 산업 강국 실현이 가능하다.
하지만 우리나라의 경우 아직까지 워터젯 기술의 적용에 있어서 여러 분야에서 개발이 필요한 영역이 눈에 띄고 있다.
KEIT의 한 관계자는 “국내 워터젯 가공의 경우 소재 절단에만 한정돼 있고, 3D 형상 및 곡면 밀링 가공에 대한 기술은 전무한 실정”이라고 지적한 뒤, “CFRP와 같은 난삭재 가공기술에 대한 연구 및 관련 기술개발이 시급히 요구된다”고 언급했다.
덧붙여 이 관계자는 “워터젯 로봇 기술은 현재 성장하고 있는 워터젯 가공 분야와 로봇분야의 신규 창출된 융합 시장으로 자동차 산업과 같은 다품종 부품 생산을 위한 유연생산셀의 구현이 가능함으로 이에 대한 기술 개발도 병행돼야 한다”고 주장했다.

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김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

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안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.