Sharp-E 뉴스 레터 2024년 10월

공구 제조 기술 발전 50주년을 맞이한 ANCA CNC 기계 사업부(호주 베이즈워터 노스)의 총괄 매니저인 에드먼드 볼랜드는 5년에서 10년 앞을 내다봅니다.

사람과 개 한 마리?

미래의 공장에는 사람과 개 한 마리가 근무하며, 사람의 역할은 개에게 먹이를 주는 것으로 제한되고 개는 사람을 기계에서 멀리 떨어뜨리는 역할을 맡는다는 오래된 이야기가 공구 연삭에서는 현실에 가까워질 것입니다.

볼랜드는 최소한 “원자재 입고부터 팔레트화, 레이저 에칭, 블랭크 준비, 공구 및 커터 연삭, 모서리 준비, 코팅, 완제품 배송에 이르기까지 전체 생산 공정이 디지털로 연결될 것”이라고 말합니다. 예를 들어, 특정 작업이 OD 준비에서 5축 연삭기로 전환되면 기계가 자동으로 올바른 프로그램을 호출하여 공구 연삭을 마무리합니다. 또한 모든 것이 회사의 ERP 및 MES 시스템과 연결되어 “매우 우수한 데이터 분석을 통해 올바른 결정을 내리고 프로세스를 개선하는 데 도움이 됩니다.”

이미 OD 연삭이나 스트림 마감과 같은 개별 공정은 한 번 설정하면 고도로 자동화된 경우가 많습니다. 따라서 볼랜드가 보기에 번창하는 기업들 간에 차이가 나는 것은 이러한 프로세스의 자동화 정도와 스테이션 간 자재 이송의 자동화 정도입니다.

“중소 규모의 공장에서는 아마도 사람이 직접 팔레트를 OD 기계에서 5축 기계로 옮기고 스캔하는 작업을 할 것입니다. 하지만 디지털 방식으로 5축 기계는 이 블랭크가 들어왔다는 파일을 수신하고, 이 모든 것이 ERP 시스템과 연결됩니다. 코팅을 하청하는 경우에도 마찬가지입니다. 디지털 방식으로 해당 정보를 도장업체에 전송하지만, 누군가는 5축에서 배송 부서로 공구를 수동으로 이동하고 있습니다. 반면 대형 매장에서는 로봇 카트가 물리적인 이동을 담당합니다.” ANCA의 통합 제조 시스템(AIMS)이 바로 이런 경우입니다.

설정 및 품질 개선

볼랜드는 공장에서 더 많은 자동화를 달성할수록 생산 품질이 더 일관되고 작업자는 AI의 도움을 받아 고립된 문제를 해결하고 전체 프로세스를 개선하는 데 더 집중할 수 있다고 말합니다. “항상 허용 오차를 벗어나는 도구가 있을 것입니다. 그리고 누군가는 '왜? 무엇을 조정해야 할까? 생산 단계 중 하나에 문제가 있는가? 프로그램이 잘못되었나요?”

따라서 경쟁력 있는 기업은 상대적으로 소수의 고도로 숙련된 문제 해결사에게 의존하게 됩니다. 이 사람들은 ANCA 아카데미에서 제공하는 고급 교육에 의존하게 될 것입니다.

볼랜드는 또한 숙련된 인력이 기계를 설치하는 역할을 계속 맡을 것으로 예상하지만, 이 분야에도 변화가 다가오고 있습니다. “예를 들어, 고정 받침대와 같은 기술에는 센서와 자동 조정 기능이 탑재될 것입니다.”

공정 중에 감지된 오류를 수정하는 자동 보정 기능은 이미 현실화되어 있으며 이 기능은 더욱 향상될 것이라고 볼랜드는 덧붙입니다. 예를 들어, 오늘날의 기술을 사용하면 기계가 비뚤어진 블랭크를 적재하면 프로브가 오류를 감지하고 연삭 문제를 자동으로 조정하여 만족스러운 공구를 생산할 수 있습니다. 하지만 “특히 새로운 유형의 공구인 경우 첫 번째 부품은 여전히 수동으로 확인해야 합니다. 그 후에는 시스템이 대신할 수 있습니다. '첫 번째 공구를 올바르게'는 이미 우리의 큰 모토입니다. 첫 번째 도구를 측정할 수 있어야 하고, 잘못된 경우 이를 보완할 수 있어야 합니다.”

내부 측정 장치의 성능이 계속 향상되고 있는 것도 한 가지 요인입니다. 볼랜드는 차세대 레이저가 냉각수 미스트와 공구 자체에 약간의 잔류 오일이 있는 상태에서도 측정할 수 있다고 말합니다. 비전 시스템은 여전히 사용 후 수동으로 배치하고 제거해야 하지만 “앞으로는 달라질 것입니다. 카메라 시스템은 레이저보다 더 나은 환기가 필요하지만 해결책이 있습니다. 로봇은 연삭 직후 기계 내부의 이물질을 날려버릴 수 있습니다. 또는 로봇을 사용하여 외부 위치에서 카메라를 기계 안으로 가져올 수도 있습니다.”

동시에 내부에서 측정하고 자동으로 보정할 수 있는 기능의 목록은 점점 더 늘어날 것입니다. 현재는 “OD, 공구 프로파일, 플루트 깊이와 같은 것들입니다. 머지않아 더 많은 것을 측정할 수 있게 될 것입니다. 예를 들어 스레드 밀이나 탭 내의 나사산. K-랜드. 또는 개쉬. 시스템 내에서 측정할 수만 있다면 보정할 수 있습니다.”

볼랜드는 특히 복잡한 형상을 측정할 때 ZOLLER Genius와 같은 독립형 측정기의 필요성이 없어질 것이라고는 생각하지 않습니다. 그러나 그는 이러한 시스템과 공구 연삭기 간의 상호 작용이 개선될 것으로 예상합니다.

그 핵심은 특정 기하학적 형상에 대한 표준화된 측정 프로토콜을 확립하는 것이라고 그는 설명합니다. “이러한 측정 프로토콜이 만들어지기 전까지는 어떤 공구 연삭기도 측정된 편차를 보정할 수 없습니다. 현재 ANCA는 간단한 엔드밀과 드릴에 사용할 수 있는 표준 측정 세트를 보유하고 있습니다. 하지만 고객 기반 전체에 AIMS를 설치하면서 고객과 협력하여 보정할 수 있는 측정 범위를 확장하고 있습니다. 예를 들어, 상당히 복잡한 프로파일 도구와 복잡한 엔드밀에 대한 보정 작업을 진행하고 있습니다.”

미크론 미만의 공차

공차가 점점 더 엄격해지고 있다는 것은 비밀이 아닙니다. 볼랜드는 미크론, 심지어 서브 미크론 수준의 정밀도를 달성하는 것이 미래의 많은 애플리케이션을 포착하는 데 핵심이 될 것이라고 말합니다. 이러한 정밀도에 대한 수요는 “이러한 절삭 공구의 장점으로 인해 증가할 것입니다. 가공되는 공작물의 표면 조도, 공구 수명 또는 기타 요인에 따라 달라질 수 있습니다. 절삭 공구의 작은 부정확성을 모두 제거하면 성능이 크게 향상됩니다.”

이것이 바로 시장이 인덱서블 커터 대신 견고한 원형 공구를 선호하는 이유이기도 합니다. “고객들은 단단한 원형 공구의 견고함과 공구를 밀면서 우수한 표면 조도를 얻을 수 있는 이점을 원합니다."라고 볼랜드는 말합니다.

더 높은 수준의 정밀도를 유지하려면 앞서 설명한 고기능 자동화, 공정 중 측정, 폐쇄 루프 보정 기능보다 더 많은 것이 필요합니다. 볼랜드는 “에어컨처럼 간단하지만 비용이 많이 드는 것”을 예로 들었습니다. “냉각수 시스템. 구입하는 휠의 종류... 공구와 커터 그라인더만 중요한 것이 아닙니다. 그 주변의 전체 시스템입니다.

“진동을 제거하는 것이 절대적으로 중요할 것입니다. 더 이상 캐노피 바로 아래에 미스트 추출기를 부착할 수 없게 될 것입니다. 공작 기계 내부의 공조 장치가 매우 중요해질 것입니다. 진동이 발생하면 문제를 일으킬 수 있기 때문입니다.” 따라서 중앙 냉각수 시스템과 중앙 미스트 추출이 필수 요건이 됩니다.

볼랜드는 더욱 정밀한 공구에 대한 수요가 증가할 것으로 예상하지만, 저비용 공구에 대한 수요도 계속 있을 것이라고 생각합니다. 여기에 내재된 비용과 엄격한 공차 충족의 어려움까지 더해져 방금 논의한 개선 사항의 채택이 제한될 것입니다.

재료 트렌드

볼랜드에 따르면 카바이드는 여전히 지배적인 절삭 공구 소재이지만, PCD 사용은 더 빠르게 증가하고 있습니다. 따라서 PCD는 10년 정도 후에는 시장의 30%에 도달할 것으로 예상됩니다. 세라믹도 더 많은 관심을 받고 있지만 아직은 작은 부분입니다.

마찬가지로 연삭 이외의 재료 제거 기술에 대한 필요성도 커질 것입니다. 현재 PCD에는 와이어와 로터리 EDM이 주류를 이루고 있지만 레이저 제거도 주목할 필요가 있다고 볼랜드는 말합니다. “확실히 떠오르는 기술입니다. 초기 장비를 보유한 고객들은 PCD뿐만 아니라 카바이드에도 이 장비를 사용하고 있습니다. 특히 마이크로 공구는 이제 레이저 절삭의 잠재력으로 여겨지고 있으며, 공구 제조업체들은 흥미로운 결과를 얻고 있습니다.

“PCD 측면에서 레이저 절삭은 분명 방전에 비해 장점이 있습니다. 냉각수나 소모품인 구리 전극이 필요하지 않습니다.” 따라서 경쟁 기술보다 40~50% 더 비쌀 수 있지만, 소모품 비용이 낮아 시간이 지남에 따라 비용을 절감할 수 있습니다. 또한 레이저 어블레이션은 표면 특징을 포함하여 침식으로는 만들 수 없는 형상을 만들 수 있습니다. 반대로 더 큰 직경의 공구를 플루팅하는 데는 적합하지 않습니다. 따라서 볼랜드는 레이저 어블레이션의 단기적인 미래가 틈새 솔루션 그 이상이 될 수 있을지는 불확실합니다.

마찬가지로 적층 가공은 산업에서 몇 가지 재료 제거 응용 분야 이상을 대체할 수 없을 것으로 보입니다. 그리고 절삭 공구 생산에 대한 적용 가능성도 제한적인 것으로 보입니다. “10년 안에 충분히 효율적이 될 것 같지는 않습니다. 하지만 내부 냉각수 채널 등 다른 방법으로는 불가능한 특수 공구를 생산하는 데는 잠재적으로 사용될 수 있습니다. 또한 크고 비싼 절삭 공구를 만드는 데도 활용될 수 있습니다. 하지만 이 기술이 발전하더라도 마감 연삭의 필요성을 없앨 만큼 정확하지는 않을 것 같습니다.”

기타 시장 고려 사항

볼랜드가 구상하는 생산 효율성을 고려할 때 재연삭이 사라질 것으로 예상할 수 있습니다. 그러나 앞서 설명한 자동화 솔루션이 재연삭에도 적용될 뿐만 아니라, 볼랜드는 지속 가능성 문제로 인해 재연삭이 계속 실행 가능한 사업이 될 것이라고 예상합니다.

동시에, 앞으로 나아가는 공구 생산업체의 효율성이 높아지면 소량 특수 공구의 경우에도 더 빠른 처리 시간에 대한 시장의 기대가 커질 것입니다. 볼랜드는 “특정 작업에 최적화된 특수 공구를 손쉽게 생산할 수 있는 능력이야말로 고객에게 중요한 요소가 될 것”이라고 말합니다.

당연히 전기자동차로의 전환은 자동차 부문의 절삭 공구 수요를 50%까지 감소시키고 있습니다. 이는 전 세계적으로 다양한데, 미국은 전기차 도입이 뒤처져 있습니다. 볼랜드는 전기 자동차의 전체 영향은 부인할 수 없을 만큼 크겠지만, “전기 자동차 영역 밖에서 이를 보완할 수 있는 애플리케이션이 증가하고 있다”고 말합니다.

"그리고 이 기술이 어디에 정착할지에 대한 질문이 있습니다. 하지만 이는 사실적인 논의라기보다는 거의 철학적 논의에 가깝습니다. 수소가 대체할까요? 초 청정 연료가 다시 등장하여 연소 엔진의 수명을 연장할 수 있을까요? 누가 알겠습니까?”

서비스 및 지원의 변화

볼랜드는 AI가 부품 고장을 사전에 정확하게 경고하는 데 기여하기 때문에 “미래에 엄청난 생산성 향상 메커니즘이 될 것”이라고 예측합니다. 심지어 교체 부품을 자동으로 주문할 수도 있습니다. 따라서 예방적 유지보수가 목표에 맞게 효율적으로 이루어지면서 거의 완벽한 가동 시간을 보장할 수 있습니다.

반대로 볼랜드는 멀티 머신 자동화가 다운타임을 견딜 수 없게 만든다고 지적합니다. “고객은 하루나 이틀 동안 기계 한 대 없이도 생활할 수 있습니다. 하지만 완전 자동화된 시스템이 몇 시간 내에 가동되지 않는다면 큰 문제입니다. 따라서 24시간 내내 신속하게 대응할 수 있는 능력이 중요해질 것입니다. 이를 가능하게 하는 다양한 기술이 등장할 것입니다.” 여기에는 원격 및 예측 진단이 포함되며, “서비스 담당자가 현장에 상주할 필요성을 줄여줍니다.”

미래가 어떻게 전개되든 흥미로운 일이 될 것입니다. 그리고 볼랜드의 예측이 틀린 것으로 판명되면 언제든 반려견을 믿고 맡길 수 있습니다.

8 10월 2024