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[Webinar Issue]디엠지모리 울트라소닉 웨비나, 초음파 가공의 핵심 원리와 개선된 기능 살펴보기

입력 : 2020.08.07 16:30

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[헬로티] 


디엠지모리는 지난 6월 22일(목) ‘울트라소닉(초음파 가공) 고경도 및 취성이 큰 난삭재에 최적화된 초음파 가공기법’이라는 주제로 온라인 세미나(이하 웨비나)를 개최했다. 웨비나에서는 울트라소닉의 정의 및 작업 원리를 설명하고 적용 분야, 기술 사례에 대해 소개했다. 


▲울트라소닉(출처 : 디엠지모리코리아)


가공 효율화와 초음파 가공


울트라소닉은 스핀들이 회전할 때 공구 홀더 안에서 세로 방향으로 초음파 진동 중첩으로 작용하는 초음파 가공 장비다. 울트라소닉은 회전 및 상하 진동으로 배가되는 운동력으로 난삭재의 가공 효율을 극대화하는 가공 기법으로 손꼽힌다. 


이 기술은 재료 제거율 향상, 가공부하 감소에 따른 공구수명 증가, 소재 표면에서의 크랙 감소에 도움을 준다. 이뿐 아니라 세라믹, 유리, 텅스텐 카바이드처럼 단단하고 부서지기 쉬운 재료를 가공하고 복합 재료와 슈퍼 합금의 밀링에도 적용된다. 


한 예로, 티타늄 밀링 가공 시 기존 가공 대비 가공 부하를 최대 40%까지 줄인다. 가공 부하가 감소함에 따라, 가공물의 스트레스는 줄이고 가공 속도는 높일 수 있다. 


디엠지모리는 첨단 재료로 만들어진 복잡한 공작물의 5축 가공을 위한 울트라소닉 기술과 더불어 고성능 공작기계를 제공해왔다. 이번 웨비나에서 디엠지모리는 소재의 다양성을 비롯해 가공 가성비를 갖춘 울트라소닉 3세대 초음파 가공기계 등 신제품 소개와 더불어 뛰어난 가공능력과 실제 가공물을 선보였다. 


무엇보다 반도체 산업에 제안하는 획기적 신기술인 ‘ULTRASONIC microDRILL’, ‘axialGRINDING’, ‘펨토 레이저 가공’에 대해 알 수 있었다. 주최 측은 초음파 가공 기술이 적용된 장비인 ‘ULTRASONIC 50’을 디엠지모리코리아 본사 쇼룸에서 데모 가공이 가능하다고 밝혔다. 


웨비나 주최 측 관계자는 “대다수의 업체가 코로나19 팬데믹 이전과 현저히 떨어진 생산 수준과 예기치 못한 수요 감소로 인해 어려움을 겪고 있다. 다만 지금의 경제 공백은 곧 다가올 경제 성장에 대비하는 기회가 될 것”이라고 말했다. 


▲울트라소닉 작업 장면(출처 : 디엠지모리코리아)


울트라소닉의 핵심 원리


웨비나에 발표 연사로 참여한 김중경 디엠지모리 기술이사는 “우리는 4차 산업혁명 시대에 살고 있다. 통신기술의 발달은 세라믹 소재의 수요가 늘어나는 계기가 됐다”고 말했다. 


김중경 기술이사는 “세라믹은 가공하기 어려운 소재 중 하나다. 단단하고 취성이 강해 툴을 활용하기 어렵다. 조금만 힘을 줘도 툴이 부러지거나 소재에 크랙이 간다”며 세라믹 가공의 애로사항을 설명했다. 


웨비나에서 핵심적으로 다룬 울트라소닉은 초음파 진동을 넣으면 쉽게 구멍을 뚫을 수 있으며, 높은 조도를 얻을 수 있는 방법이다. 


김중경 기술이사는 “울트라소닉의 핵심 원리는 장비가 상하 진동과 회전이 동시에 이뤄지면서 툴 끝에서는 초음파를 내보내는 방법이다”며, “초음파의 높은 진동에너지를 유도전류로 스핀들에서 HSK를 홀더로 전달한다. 진통 모터 속에서 피에조 장치가 초음파 신호를 받고 툴 끝에서 진동한다”고 말했다. 


이어 그는 “울트라소닉을 활용해 그라인딩 작업을 진행할 때 가장 큰 장점은 상하진동이다. 이로 인해 절삭부하는 감소되며, 표면조도는 좋아진다”고 덧붙였다. 한편, 김중경 이사는 “울트라소닉 2.0, 모노블록 등 장비의 크기에 따라 액추에이터 스핀들의 크기와 모양이 다르다”고 말했다. 


▲울트라소닉 20 linear(출처 : 디엠지모리코리아)


개선된 기능 갖춘 울트라소닉 3세대


김중경 기술이사는 울트라소닉이 발전해온 과정을 언급하며, 최근 개발된 3세대에 추가된 기능에 대해 설명했다. “2001년부터 사우어(Sauer)가 울트라소닉을 개발해왔다. 수동 조작이었던 1세대는 작업자에 따라 능률의 차이가 있었다. 2세대에서 자동화가 실현되면서 사용이 편리해졌는데 최근 3세대로 올라오며 그 편의성이 보강됐다”고 말했다. 


이어 그는 “울트라소닉을 가공할 때는 일반 밀링 툴을 쓰면서 초음파를 옵션으로 사용한다. 3세대에서는 초음파의 진폭을 통제해 일정한 진폭을 유지함으로써 반복 생산이 가능해졌다”고 덧붙였다. 


울트라소닉은 사용 중인 툴에 초음파가 가동되는데, 최적화될 때는 초음파 기대치를 실시간으로 보여준다. 이외에도 작업자가 효율을 개선하는 기능이 추가됐다. 


이뿐 아니라 2세대와 3세대 초음파 액추에이터와 완벽하게 호환된다. 울트라소닉은 작업자가 컨트롤러를 볼 수 있으며, 자동으로 튜닝이 된다는 장점이 있다. 


또한, 하나의 가공물을 가공하고 다시 위치시키는데 30초면 가능하다. 가공물의 선반은 여섯 개며, 옵션에 따라 최대 다섯 개를 더 늘릴 수 있다. 무엇보다 전체 생산 과정에 디지털 트윈을 적용해 가공물 운반과정을 무인화 공정으로 만듦으로써 산업 인프라에 대한 개선이 진행됐다. 


한편, 울트라소닉을 활용함으로써 SIC소재 가공이 가장 큰 혜택을 봤다. 시간이 지남에 따라 가공부하는 올라가는데, 울트라소닉은 가공부하가 50%까지 감소된다. 가공부하가 떨어진다는 것은 절입량은 떨어지나 피드가 올라가서 생산성이 두 배 이상 높아진다. 

/서재창 기자(prmoed@hellot.net)

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