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복합가공기의 시대, 우리의 준비는? – 복합가공을 위한 CAM 솔루션 ③

지난 회까지 복합가공기의 가능성과 그 잠재력을 극대화 하는 GibbsCAM에 대해 소개 했다. 이번 회에서는 실제 복합가공기와 GibbsCAM 도입 사례를 소개하겠다. 비록 해외 업체들이지만 원가 절감, 납기 단축 등 국내 업체들과 동일한 문제에 대해 고민하고 있었다.

의료장비 제조업체 Slice Mfg. Studios 사례
2016년 미국 오하이오에 설립된 Slice Mfg. Studios는 의료기기와 그 외 산업분야에 필요한 제품을 생산하기 위한 설계, 개발, 목업, 측정, 포장까지 원스톱 종합 서비스를 제공하는 기업이다. 이 하이엔드 생산 스튜디오는 FDA와 ISO 13485 (의료기기 품질 경영시스템)을 인증한 클린룸까지 보유하고 있다.

 이 회사의 Joe Lah는 “우리 업계에서 가장 중요한 건 빠른 초도생산이다. 이를 위해 장비의 기능과 소프트웨어의 기능을 결합하여 빠르게 처리하는 것이 중요하다.”라고 말했다.
이 회사의 Joe Lah는 “우리 업계에서 가장 중요한 건 빠른 초도생산이다. 이를 위해 장비의 기능과 소프트웨어의 기능을 결합하여 빠르게 처리하는 것이 중요하다.”라고 말했다.

한 장비에서 셋업 한번으로 복잡한 제품 생산
Slice Mfg. Studios는 단일 인터페이스, 기계 시뮬레이션, 포스트 프로세서를 보유한 솔루션으로 다축 CNC 장비를 위한 NC 프로그램 작성하고자 했다. 이를 위해 3D Systems의 GibbsCAM과 Willemin-Macodel 508 수평형 복합가공기와 로봇이 사용되었다. 그 결과 생산공정 및 셋업의 표준화가 이루어졌고, 오류 및 유휴 시간이 감소했으며 절삭 시간을 최대 80%까지 감소할 수 있었다. 셋업 시간도 1/3로 감소했고 대기시간 단축 및 품질 및 정도 개선의 효과까지 누릴 수 있게 되었다.

제품: 의료기구와 산업 부품
Slice는 소규모 또는 중규모 고객들을 위해 힙 컵, 인공 관절, 척추 케이지, 보철 플레이트, 본 스크류 등 대단히 정교한 3차원 형상을 가진 제품들을 생산한다. 또한 방산, 심해 수중 탐사 등 여러 산업에서 요구되는 난이도 높은 제품들도 생산한다.

 본 스크류, 힙 컵, 인공 관절
본 스크류, 힙 컵, 인공 관절
 척추 케이지
척추 케이지

임플란트 분야는 다양한 변수가 있는 구성 요소 제품군이 포함되어 있기 때문에 높은 수준의 최적화가 필요하다. 예를들어 모든 사람들은 조금씩 다른 신체구조를 갖고 있기 때문에 척추 케이지는 15가지 크기 외에 3가지 또는 4가지 각기 다른 전만각을 가질 수 있다. 이런 변수들의 조합으로 Slice는 수백 개의 개별 제품들을 생산해야 한다. 이것은 각 제품마다 개별적으로 프로그래밍 해야 함을 의미한다. 따라서 프로그램 속도가 중요하다.

장비: 복합가공 CNC머신과 3D프린터
Slice는 그들의 생산 공정에 3D적층제조와 정밀가공을 모두 사용한다. 복합가공기를 이용하여 바 소재나 3D메탈프린트된 소재를 한 번의 셋업으로 정밀하게 가공한다. 특히 적층제조의 일환으로 Slice는 티타늄 분말을 이용해 의료용 임플란트를 제조하는 3D프린터와 수술용 공구 등의 목업 제조를 위해 3D Systems의 ProX® DMP 300을 보유하고 있다.

다축 가공: 복합가공기의 진정한 장점은 단 한번의 셋업으로 재 척킹 없이 높은 정밀도로 제품을 가공할 수 있다는 것이다. 복잡한 생산 공정 중 제품 배치와 관련된 여러 작업을 할 필요가 없기에 전체 생산공정을 표준화 할 수 있다.

Slice는 Willemin-Macodel 408과 508 복합가공기와 함께 제품을 탈부착 할 수 있는 로봇을 도입했다. 이 복합가공기들은 기본적으로 5축 밀턴 장비이지만 다중 스핀들, 바이스, 터렛 등의 조합으로 7축 장비와 유사한 효과를 발휘한다. 또한 Slice는 TORNOS의 스위스 장비를 이용하여 본 스크류, 서비컬 스크류 등도 생산한다. 

 Willemin-Macodel 508MT 복합가공기
Willemin-Macodel 508MT 복합가공기
TORNOS 스위스 복합가공기
TORNOS 스위스 복합가공기

불량 감소, 제품 품질 향상, 지속 생산: 한 장비에서 생산을 끝낸다는 것은 장비에서 장비로 이동하는 동안 불량이 생기는 것을 피할 수 있다는 것이다. 이것은 품질 관리상 중요한 부분이다. 그리고 GibbsCAM으로 복합가공기을 프로그래밍 함으로써, Slice는 공정의 시작부터 끝까지 한번에 확인하면서 다축 공정에서 발생할 수 있는 불량을 줄일 수 있었다. GibbsCAM에서는 시뮬레이션에서 공구경로뿐만 아니라 터렛 상의 모든 공구, 장비의 움직임을 실제와 동일하게 확인할 수 있기 때문이다.

대기시간 단축: 복합가공기는 그저 한대의 장비이기 때문에 셋업도 한번으로 끝난다. 특히 장비에서 장비로 이동할 때 발생하는 대기시간이 완전히 사라졌다. 

소프트웨어: GibbsCAM
Slice Mfg. Studios는 2016년 사업을 시작했을 때부터 Willemin-Macodel과 CNC 장비들의 NC프로그램을 3D Systems의 GibbsCAM으로 작성해 왔다.

신뢰성과 반복성: 장비 내부 간섭 또는 충돌로 복합가공기가 손상될 수 있기 때문에 Slice는 신뢰할 수 있는 CAM 소프트웨어가 필요했다. 충돌이 발생하면 막대한 수리비가 요구되는 초정밀 복합가공기의 경우 프로그래밍 소프트웨어에 의존하게 된다. 충돌이나 예기치 않은 기계 이동이 발생하지 않으며 포스트 프로세서를 통해 프로그램을 안정적으로 동작할 수 있어야 한다.

빠른 초도생산: Lah에 따르면 싸이클 시간 외에도 GibbsCAM의 가장 큰 판매 포인트는 빠른 초도생산이다. 그 업계에서는 제품을 설계하고 최초 생산하는 시간이 전체 생산 공정 중 많은 시간을 소모하기에 이것을 줄이는 것이 중요하다.

기계 시뮬레이션: 시뮬레이션은 복합가공기를 위한 GibbsCAM의 가장 큰 장점 중 하나이다. Slice는 GibbsCAM에서 제품을 스케치하고 모델링 하며 프로그래밍 할 수 있다. 그리고 GibbsCAM의 기계 시뮬레이션은 Slice가 기계 충돌을 막아 불필요한 시간 낭비와 수리비를 절약할 수 있게 한다.

 기계 시뮬레이션
기계 시뮬레이션

또한 GibbsCAM의 기계 시뮬레이션은 생산 시간도 단축한다. Willemin 508 장비에는 바이스, 보조 스핀들, 심압대가 모두 있고 필요에 따라 이들이 회전하며 지정된 위치로 이동한다. Slice는 시뮬레이션을 통해 이들의 위치를 미리 확인할 수 있다.

결론: 경쟁력 확보
복합가공기와 GibbsCAM을 통해 Slice Mfg. Studios는 의료 및 기타 산업 고객들에게 그들이 요구하는 복잡하고 굉장히 높은 정밀도를 요하는 제품을 납품할 수 있었으며 이는 대부분의 다른 경쟁사에서는 생산할 수 없었다.

예를들어 방산 고객은 엄청나게 긴 리드 시간과 많은 비용을 들이는 4단계의 설비에서 생산된 부품을 조달받고 있었다. Slice는 복합가공기와 GibbsCAM를 통해 단일 셋업으로 부품을 완성하여 3개의 셋업을 제거하고 사이클 시간을 20% 단축했다.

방산 부품 사례
방산 부품 사례

또 다른 예는 해외 고객을 위한 비구형 힙 컵이다. 그 고객은 3단계 가공과 2시간의 시간이 필요한 공장 3곳에서 컵을 가공했었다. Slice는 복합가공기와 GibbsCAM을 사용하여 힙 컵을 단일 셋업으로 제조하여 사이클시간을 20분으로 거의 80% 단축했다. Slice는 GibbsCAM을 통해 그들의 고객들이 공급망이나 프로젝트 마감일에 대한 걱정 없이 비즈니스를 진행할 수 있도록 했다.

비구형 힙 컵
비구형 힙 컵

다음 기고 안내
이번 호에서는 Slice Mfg. Studios의 사례를 소개했다. 이곳은 막대한 설비투자를 통해 가공 가능한 영역을 확장시켰다. 각기 다른 특징을 가진 가공장비들은 복잡한 고개들의 요구를 충족시킬 수 있었다. 특히 의료분야의 경우 까다로운 형상을 가진 경우가 많으며 방산분야의 경우 높은 경도의 소재에 정교한 공차가 적용되는 경우가 많다. 이러한 환경 속에서 Slice Mfg. Studios역시 경쟁업체들과 동일한 어려움을 겪고 있었으나 복합가공기를 도입하고 이것을 GibbsCAM을 통해 제어함으로써 기계의 능력을 최대한으로 활용할 수 있었다. 그리고 이는 경쟁업체들에 비해 시장을 선점하여 지속적인 매출 신장을 이끄는 초석이 되었다. 다음 호에서는 또 다른 복합가공기와 GibbsCAM 적용 사례를 소개하겠다.

김상재 엔지니어는 쓰리디시스템즈코리아 소프트웨어 사업부 GibbsCAM Application Engineer로서 5축 밀링, 복합가공기 관련 교육 및 기술지원, 컨설팅을 담당하고 있다.
김상재 엔지니어는 쓰리디시스템즈코리아 소프트웨어 사업부 GibbsCAM Application Engineer로서 5축 밀링, 복합가공기 관련 교육 및 기술지원, 컨설팅을 담당하고 있다.

 

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.