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판금의 판을 벌려 보자 – 워터젯 절단 <㈜티오피에스의 SJA-T300>

물은 쇠보다 강하다

워터젯 절단은 초고압으로 압축한 물을 노즐을 통해 분사하여 소재를 자르는 방식이다. 액체인 물로 어떻게 단단한 소재를 자르는 걸까. 이유는 바로 분사 속도와 연마재에 있다. 워터젯 절단에서 물은 음속의 2~3배 속도로 분사된다. 또 물을 분사할 때 가루 형태의 연마재를 집어넣어 절삭성을 높인다. 이를 가리켜 어브레시브 젯(abrasive jet)이라고 한다. 반대로 연마재를 넣지 않고 순수한 물로 가공하는 퓨어 젯(pure jet) 방식이 있다. 퓨어 젯 방식은 부드러운 재료나 박판 가공에 적합하며, 어브레시브 젯 방식은 후판, 철근 콘크리트 등 복합 재료를 절단할 수 있다.

SJA-T300을 이용해 소재를 절단하고 있다. 절단 속도와 소재 두께에 따라 액티브 커팅 헤드가 실시간으로 공구경을 보정해 0.05mm 이내의 가공정밀도를 유지할 수 있다.
SJA-T300을 이용해 소재를 절단하고 있다. 절단 속도와 소재 두께에 따라 액티브 커팅 헤드가 실시간으로 공구경을 보정해 0.05mm 이내의 가공정밀도를 유지할 수 있다.

㈜티오피에스의 SJA-T300은 직접주입방식의 어브레시브 젯 절단기다. 연마재로는 석류석, 즉 가넷을 사용하고 있다. 워터젯 절단의 대표적인 장점은 소재 손상 우려가 적다는 것이다. 높은 전력의 레이저로 가공할 경우 소재를 빠르게 가공할 수 있지만 자칫 소재 표면이 녹거나 산화될 수 있다. 하지만 워터젯 절단에서는 소재 손상이 적어 후가공에 필요한 수고를 줄일 수 있다. 또 두꺼운 소재나 난삭재 역시 손쉽게 가공할 수 있어 활용도가 높다.

정밀도 높이는 ActiveCutting™ 헤드
앞서 여러 장점을 늘어놓았지만 사용자의 관심은 결국 정밀도로 귀결될 수밖에 없다.
워터젯 장비에서 물은 위에서 아래로 분사 된다. 따라서 기존 장비에서는 두꺼운 소재를 절단할 때 소재 아랫부분이 윗부분보다 좁아지는 테이퍼(taper) 현상이 발생했다.

워터젯 절단 시스템 SJA-T300과 컨트롤러
워터젯 절단 시스템 SJA-T300과 컨트롤러

SJA-T300의 액티브 커팅 헤드는 이러한 테이퍼 현상을 방지하기 위해 미리 예상한 테이퍼 각도만큼 커팅 헤드를 기울여 소재를 절단한다. 테이퍼 각도를 좌우하는 변수로는 소재 두께와 가공 속도 등이 있다. 사용 자가 직접 보상각을 설정하고 싶다면 절단 부분별 속도 등급에 따라 보상각을 임의로 입력할 수도 있다. 이와 같은 테이퍼 각도 보정을 통해 SJA-T300은 소재 두께가 50mm일 경우 0.05mm 가량의 직각도를 보장한다. 또 서보모터와 볼스크류 구동 방식을 채택해 0.03mm의 반복정밀도를 제공한다.

워터젯 전용 소프트웨어 TopMaster™
SJA-T300은 워터젯 전용 소프트웨어인 TopMaster을 제공한다. 판금 소프트웨어와 비교했을 때 워터젯 전용 소프트웨어는 최근 ‘편의성’과 ‘데이터베이스’를 중시하는 방향으로 나아가고 있다. 이는 재질과 두께가 다양한 소재를 가공하는 워터젯 장비의 특성, 그리고 인력난에 시달리는 업계 상황을 반영한다.

과거에는 전문 지식을 가진 인력이 주로 프로그램을 다뤘지만, 현재 많은 기업들은 전문 인력을 구하지 못해 난처해 하고 있다. 또한 워터젯 가공은 다양한 소재에 대응할수 있기 때문에 각 소재에 대한 노하우를 쌓기에는 많은 시간이 필요하다. 따라서 방대한 데이터베이스를 토대로 클릭 몇 번만으로 손쉽게 작업할 수 있는 워터젯 전용 프로그램이 필요하다.

SJA-T300을 이용한 가공 샘플. 두꺼운 소재 역시 높은 정밀 도로 잘라낼 수 있다.
SJA-T300을 이용한 가공 샘플. 두꺼운 소재 역시 높은 정밀 도로 잘라낼 수 있다.

더 깨끗하게, 더 안전하게
과거 워터젯 장비는 연마재가 날리고 소음이 크다는 인식이 있었다. 이러한 인식을 불식시키기 위해 ㈜티오피에스는 다양한 노력을 시도했고, 그 결과물이 지난 해 출시된 SJA-T300이다. SJA-T300은 우선 연마재 공급장치에 모터를 달아 공급량을 제어할 수있다. 기존 장비는 장시간 가동시킬 경우 연마재 막힘 현상이 일어나 작업 효율에 차질을 주곤 했다. 하지만 SJA-T300은 연마재가 막힐 경우 알람이 울리고 자동으로 장비가 멈춰 물바다가 되는 것을 막을 수 있다.

또 워터젯 장비는 잔뜩 압축된 물을 800~1,000m/sec의 높은 속도로 분사하는 데, 이 때 큰 소음이 발생한다. 소음을 막기 위해서는 수위를 적절하게 조절하는 것이 중요하다. SJA-T300의 수위조절장치는 소재 두께에 따라 수위를 조절해 소음을 획기 적으로 줄일 수 있다. 이처럼 워터젯 장비는 장비의 강점을 살리는 방향으로 발전해 나가고 있다.

About 송해영 기자

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