사람 닮아 똑똑한 프레스, 작업환경 바꾼다

[산업일보]
장비나 기계가 첨단을 입으면서 점점 지능화되고 있다. 최근 사람을 닮아 보다 똑똑해지고 강력해진 프레스가 개발돼 작업환경이 크게 개선될 전망이다.

제품가격을 대폭 낮춘데다 에너지 소비량도 훨씬 줄였다.

미래창조과학부 산하 한국기계연구원(원장 임용택) 광응용기계연구실 강재훈 박사팀은 회전속도와 위치 등을 자유롭게 제어할 수 있는 서보 모터를 이용, 경량소재도 정밀하고 빠르게 성형할 수 있는 첨단 프레스를 개발했다.

서보 모터(Servo Motor)란 한 방향으로 단순 회전 운동을 하는 일반 모터와 달리 외부 신호에 의해 회전 속도와 위치 및 지연 시간, 방향을 자유롭게 제어할 수 있는 모터로 다수의 모터를 동일한 운동 정도로 동기화해 구동시킬 수 있는 특징이 있다.

‘쎄다(SEDA, Smart and Ecological Dual servo motor driven Advanced mechanical press) 프레스’로 이름 붙인 이 프레스는 한 방향으로 단순 회전 운동하는 일반 모터 대신, 회전속도와 방향을 자유롭게 제어하는 서보 모터(Servo Motor)를 사용했다. 특히 연구팀은 2개의 서보 모터를 마치 사람의 팔 같이 좌우 대칭 형태로 배치함으로써, 누르는 힘의 크기를 고효율로 키울 수 있는 고유 메커니즘을 개발했다.

프레스 성형 후 좌우 양 끝의 처짐 변형량(양단 편심량)을 9㎛ 이내가 되도록 능동제어 할 수 있는 것은 세계 최초다.



기존에는 가격이 비싸면서 크고 무거운 서보 모터 1개를 이용했기 때문에 프레스 가격이 높을 뿐더러, 상부가 무거운 ‘가분수 구조’였다. 반면, 이번에 개발한 프레스는 출력이 낮은 2개 서보 모터를 사용하면서도 최대 50배 이상 프레스 가압력을 낸다.

현재 우리나라 프레스 시장은 약 8,500억 원 규모이며, 이 중 30~40%가 서보 프레스로 대체될 것으로 전망된다. 이번에 개발된 기술로 기존 프레스의 75%까지 가격을 낮췄으며, 70% 수준까지 낮추기 위해 기술 개발이 진행 중이다.

이번 기술 개발의 또 다른 특징은 경량재의 정밀 부품화이다. 알루미늄이나 마그네슘 합금, 고장력판과 같이 미래형 자동차나 대형 디스플레이, 항공·군수기기 부품에 사용되는 난성형의 경량재는 복원력이 뛰어나고 파단이나 균열이 발생돼 기존 프레스 기술로 성형이 어려웠다. 기계연의 기술 개발로 성형 공정에서의 속도나 지연 시간 조절이 자유로워, 프레스의 동작을 원하는 대로 설정할 수 있어 이러한 소재의 성형에 적용이 가능해졌다.

난성형(難成型, Difficult to deform) 경량재는 일반 프레스로는 성형이 곤란해 사용을 기피해 왔으나 경량의 특성으로 인해 최근 소재 대체화가 필연적으로 요구되는 첨단 신소재다.

연구책임자인 강재훈 박사는 “지금까지 프레스는 공작기계의 첨단화되는 성능과 기능 발전을 따라가지 못했다”며, “이번에 개발한 서보프레스는 PC기반으로 운용되는 작업자 친화형의 조작 프로그램과 함께 성형 상태를 실시간으로 보여주는 그래픽 기능 등도 다양하게 갖춰 비숙련자들도 쉽게 다룰 수 있다”고 밝혔다.

한국기계연구원 임용택 원장은 “최근 국제적인 추세는 대형의 유압 또는 기계 프레스뿐만 아니라 저에너지를 필요로 하는 서보프레스를 사용해 점진적으로 복잡한 형상을 성형하는 방식이 개발되고 있으며, 본 연구 개발을 통해 성형기계의 환경친화성과 성형품의 정밀도 향상에 크게 기여할 수 있는 서보프레스 개발이 이루어진 것은 국내 뿌리산업 및 기계산업의 경쟁력 강화에 큰 발전을 이룰 수 있는 좋은 계기가 됐다,”고 밝혔다.

이 기술과 관련해 현재 국내특허가 5건 등록됐고, 국제특허 출원도 추진할 예정이다. 약 30% 이상의 절전 효과도 기대할 수 있어 향후 에코 인증화를 도입하는 등 스마트 공작기계로 거듭날 수 있는 후속 연구를 진행해 첨단 서보프레스의 기술경쟁력을 확보할 예정이다.