뉴 블랙 골드

뉴 블랙 골드
(New Black Gold)

탄소 섬유는 아주 가볍고 강도도 높으며 매우 딱딱하다. 탄소 섬유의 이러한 특징들을 살려 플라스틱 소재를 강화시킴으로써, 차량의 연료 소비를 줄이기 위한 이상적인 재료를 사용할 뿐만 아니라, 전기 자동차에 이르기까지 그 영역을 확장하고 있다. 지금까지 높은 탄소 섬유 요소의 제조비용은 당연하다고 인식되어 왔지만, 이제는 점차 변하고 있으며, LIBA 사에 의해 개발된 새로운 방식으로 인해 생산 비용을 상당히 줄일 수 있게 됐다.
가공하지 않은 재료로서의 탄소 섬유는 ‘New black gold’라는 평판을 얻어왔다. 고비용인데다가, 직물 시트 형태의 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 만들어진 성분들로 가공하는데는 수많은 절차들과 시간이 소요된다. 따라서 탄소 섬유 강화 플라스틱 부품들은 일반적으로 비용을 넘어서 중량 비율에 있어 높은 강도를 우선적으로 필요로 하는 장비에 적용된다. 현재 포뮬러 1 경주용 자동차를 포함하여 고속정 및 초대형 풍력 터빈의 블레이드, 인공위성과 의학 장비와 같이 특수한 분야에 주로 사용되고 있다.
그럼에도 불구하고 기본적으로 시장을 변화시킬 수 있는 잠재력이 있을 뿐만 아니라, 지난 몇 년 간에 걸쳐 합성 섬유의 생산과 관련한 모든 분야에서 진보하였기 때문에, 매우 전도유망하다. 이렇게 ‘New black gold’를 통해 경량 구조물 시대의 도래를 알리고 미래의 운송과 물류 시스템을 재 정의하려는 수많은 징후들이 나타나고 있다.

 

유별나게 효율적인 제품
방직 전문 업체로 잘 알려진 LIBA Maschinenfabrik 사와 같이 혁신적인 시스템 제조업체는 개발의 진행 속도를 매우 중시한다. LIBA사의 인증된 장비 기술력의 오랜 전통은 새로운 Copcentra MAX 5 CNC 장비의 기반이 되었고, 멀티 축의 탄소 섬유 직물을 통해 상당히 효율적인 생산이 가능하다. 이 장비는 바깥쪽으로 벌어진 탄소 섬유 테이프의 조방사들을 공급받는다.
이것들은 장비에서 직접적으로 생산되거나 기타 다른 곳으로부터 직접적으로 공급된다. 이 테이프는 각기 다른 방향의 다축으로 향하는 각 레이어와 함께 폭이 50~150 인치 사이에서 폼 레이어와 평행한 스트립 밖에 가로로 놓이게 된다. 테이프의 스트립들은 체인에 장착된 클램프에 의해 각 끝단에서 부착된다. 이것들은 약 35m 길이의 시스템을 통해 직물을 이송시킨다.
7개 레이어의 직물들이 쌓이면, 레이어들은 날실과 함께 봉합되어진 정경 스테이션을 통과한다.
이러한 직물은 클램프에 의해 그 자리에 계속 고정된 상태로 완충 거리를 유지하며, 봉합 과정을 방해되는 요소를 막기 위한 시스템을 따라 이송된다. 직물의 가장자리는 다듬어진 후 감겨지고, 클램프에 의해 고정되었던 원단은 진공 흡입구로 빨려 들어가 제거된다.

높은 생산성과 높은 품질
Copcentra MAX 5 CNC가 정확한 길이로 잘린 테이프 스트립과 함께 작동한다는 사실은 그 비할 데 없는 효율성에 있어서도 중요한 역할을 한다. 다른 장비들은 보통 단독으로 이어진 테이프가 사용되는데, 이는 불가피하게 클램프 주변 부위를 떼어내서 버려야 되는 부분이 생겨서, 결국에는 과도한 낭비를 초래한다. LIBA사의 솔루션은 탄소 섬유를 아주 소중한 원료처럼 다루기 때문에 기존 방식의 시스템보다 더욱 경제적으로 탄소섬유를 활용할 수 있다.
탄소 섬유 직물 제조업체들은 높은 생산성과 안전한 생산 공정, 안정된 높은 수준의 품질을 요구한다. 이와 동시에, 대규모의 생산라인들은 새롭고 특정한 주문을 소화해 낼 수 있도록 최고의 유연성을 역시 반드시 갖춰야 한다.
이러한 수준의 유연성을 갖추기 위해, LIBA사는 다양한 요구를 반영할 수 있는 장비모듈을 개발했다.
그 중 탄소 테이프 생산을 위한 온라인 및 오프라인 시스템과 리니어 모터를 사용한 가이드 바 제어기, 경사각이 없도록 하는 모듈 그리고 코팅 및 접착 모듈 등이 바로 그것이다.
“우리의 모듈방식의 장비들은 실질적으로 고객의 어떠한 특별 요구에도 적절히 대응할 수 있는 시스템을 구축하기 위해서 다양한 방식으로 결합될 수 있습니다."라고 LIBA사의 다축 기술 전문가인 Rainer Seuβ씨는 설명한다. 또한 제어 기술 담당자인 그의 동료 Wolfgang Jahn씨는 "우리는 고객 특성에 맞는 제어 솔루션을 몇몇의 직원들만으로 수 시간 내에 수행해낼 수 있습니다."라고 자신 있게 말했다.

65개의 실제 축 과 20개의 가상 축
Copcentra MAX 5 CNC의 기본적인 모델조차 35개의 실제 축과 10개의 가상 축을 포함하고 있다는 것을 고려해 봤을 때, 이러한 유연성과 속도는 매우 인상적이다. LIBA사는 이미 총 65개의 실제 축과 20개의 가상 축을 가진 다양한 보조적인 모듈을 포함한 시스템을 선보였으며, 매우 복잡한 구조에도 불구하고 제어 시스템을 이처럼 빠르게 조작할 수 있는 기술력에 대해 완벽하게 통합된 B&R의 자동화 솔루션과 엔지니어의 능력 덕분이라고 생각했다.
“Copcentra MAX 5 CNC를 B&R의 자동화솔루션으로 업그레이드 한 후, 우리가 공급하는 모든 장비들 모두 B&R의 기본 제품에 바탕을 두고 있는 동일한 드라이브와 컨트롤 아키텍처를 갖게 되었습니다. 우리는 제어 및 HMI의 플랫폼으로써Power Panel PP420, ACOPOSmulti 드라이브와 X20 I/O모듈뿐만 아니라 B&R의 통합 세이프티 기술도 이용하고 있습니다."라고 LIBA사의 설계 및 개발 수석 책임자인 Jahn Martin씨가 설명한다.

1000 가지의 변수 - 1개의 소프트웨어 프로젝트
LIBA 사의 효율성과 유연성의 비결은 모든 장비에 동일한 소프트웨어 프로젝트가 적용된다는 점에서 비롯된다. 시스템과 시스템 상의 축들과 I/O모듈 및 세이프티 기술 등의 자동화 요소들은 런타임 상에서 설정된다. 필수 시스템 데이터는 XML파일로 제공된다. “XML 파일 덕분에 설정에 있어 상당한 차이가 있는 60대의 장비와 1000가지의 변수를 위한 제어 솔루션 관리가 가능합니다."라고 Jahn Martin씨가 말했다.
LIBA사의 접근법은 시스템 운영자에게도 명확한 이점이 있다.
업데이트를 수행할 때 해야 할 것은 컨트롤러에 새로운 소프트웨어 프로젝트를 업로드 하는 것뿐이다. 이때 설정 파일은 변하지 않고 그대로 남아있다. 모든 업데이트는 다음 번에 장비가 가동될 때 자동적으로 적용된다. 어떠한 특정 장비가 사용되고 있는지와 상관없이, 모든 고객들은 즉각적으로 아주 쉽사리 LIBA사의 최신 소프트웨어 개발의 혜택을 누릴 수 있다.
“현장에서 장비들을 변경하는 것 역시 아주 간단합니다. 새로운 시스템 설정을 적용할 때, 설정 파일을 변경하기 위해 어떠한 텍스트 편집기를 사용해도 좋습니다. 그 후 장비를 재시작하기만 하면 끝입니다. 따로 프로그래밍 할 필요가 전혀 없습니다."라고 Jahn Martin씨가 단언한다.

고 정밀 복합적 동기 운동
Copcentra MAX 5 CNC는 제어와 드라이브 기술에 있어서 매우 많은 것을 필요로 한다.
“컨트롤러는 복잡하게 얽혀있는 시퀀스 동작을 수행하기 위해, 수많은 축들 간의 아주 정밀하고 동시적인 연결을 유지할 수 있어야 합니다."라고 Seuβ씨는 말한다. “이는 생산 속도와 품질을 요구 수준까지 달성하고, 정밀하고 효과적인 프로세스를 구현하기 위해서 필수적인 것입니다." 이러한 모든 것이 가능하기 위해서는 축들은 고속에서도 서로 통신할 수 있어야 하며, 경로 제어는 매시간 자신들의 정확한 위치를 알아야 한다.
예를 들면, LIBA사는 정전과 같은 사건이 발생할 경우라도, 정확한 동시적인 차단을 보장하기 위해 재생 전원을 포함하는 공통 DC bus를 사용한다.
“우리의 장비가 있는 여러 나라들에서, 정전은 거의 매일 발생합니다. 우리의 이전 기술력은 정전이 발생할 때마다 장비를 켜고 재가동하는데 많은 시간을 소요했습니다."라고 Martin씨는 설명한다. “이제는 장비 내부에 존재하는 운동 에너지를 이용하여 전원이 차단되는 것을 인위적으로 제어할 수 있습니다. 그럼으로써 시스템이 즉시 재가동될 수 있도록 준비 상태가 됩니다."
축이 너무 느리게 움직이거나 가이드 바 제어기가 리니어 모터를 사용하기 때문에 장비가 충분한 에너지를 저장하지 못한 경우를 대비하여, LIBA사는 고속으로 회전하는 플라이휠이 장착된 인덕션 모터의 한 부분에 장착되는 운동에너지 버퍼 축을 개발했다. 이 버퍼 축은 또 다른 드라이브로써 동일한 DC bus에 연결되며, 이 축의 동작은 시스템 내부의 보조 에너지 역할을 한다. 이 에너지를 전원으로 사용하여 필요시에 정전에 의한 전원차단을 인위적으로 조절할 수 있다.
기타 모든 최첨단 기술적 특징들과 함께, 뛰어난 효율성을 바탕으로 Copcentra MAX 5 CNC는 탄소 섬유 직물을 생산하는 데 기여한다. 이로써 수송과 물류 산업의 미래를 설계하기 위한 탄소 섬유의 광범위한 활용의 길이 열리게 되었다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 뉴 블랙 골드